Методическая система формирования у студентов технических ВУЗов способностей к инновационной инженерной деятельности в процессе обучения общетехническим дисциплинам

На правах рукописи

НАУМКИН Николай Иванович

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ФОРМИРОВАНИЯ У СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ СПОСОБНОСТЕЙ К ИННОВАЦИОННОЙ ИНЖЕНЕРНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ

Специальность 13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (общетехнические дисциплины и трудовое обучение)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

Москва - 2009

Работа выполнена на кафедре технического сервиса машин

Мордовского государственного университета имени Н. П. Огарева

Научные консультанты:

доктор педагогических наук, профессор

МАЙКОВ Эдуард Витальевич

доктор педагогических наук, доцент

МАСЛЕННИКОВА Людмила Васильевна

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор

ХОТУНЦЕВ Юрий Леонтьевич

доктор педагогических наук, профессор

ИВАНОВ Александр Иванович

доктор педагогических наук, доцент

МАМАЕВА Ирина Алексеевна

Ведущая организация:

Ульяновский государственный технический университет

Защита диссертации состоится «22» июня 2009 года в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.154.05 при Московском педагогическом государственном университете по адресу: 119435, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.29, ауд. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МПГУ по адресу:

119992, г. Москва, ул. Малая Пироговская, д.1.

Автореферат разослан «21» апреля 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Л.А. ПРОЯНЕНКОВА

Актуальность исследования. Россия выбрала инновационный путь развития экономики, в основе которого лежат развитая теория инноваций, понимание закономерностей цикличности смены поколений и направлений техники и технологий, технологических укладов и способов производства, соответствующих им институциональных форм, умелое использование рыночного хозяйственного механизма. Этот путь реализуется за счет инновационной деятельности - цикла работ от создания перспективного инновационного продукта до освоения его промышленного производства и реализации на рынке. В этих условиях одной из главных задач высшего профессионального образования является подготовка специалистов, способных к инновационной деятельности. Несмотря на то, что некоторыми вузами уже осуществляется подготовка таких специалистов, их выпускники являются в основном менеджерами, изучающими рынки сбыта и продвижения продукции на них. Специалистов же в области техники и технологий, непосредственно производящих инновационный продукт (ИП), по-прежнему в основном обучают традиционными дисциплинарно-знаниевыми методами, без учета требований, предъявляемых к ним современными инновационными предприятиями.

В связи с этим является своевременной необходимость подготовки таких специалистов, продекларированная в следующих официальных документах и программах: Федеральной программе реформирования высшего профессионального образования до 2010 г.; Федеральной целевой программе развития образования на период 2006-2010 гг.; основных принципах национальной доктрины инженерного образования; в договорах о присоединении к Болонскому и Копенгагенскому процессам.

В решении поставленных задач, в системе высшего профессионального образования особую значимость приобретают общетехнические дисциплины, формирующие у будущих специалистов основы инженерных знаний, способность к конструированию и инженерной инновационной деятельности (ИИД). В период перехода на двухуровневую систему образования общетехнические дисциплины не только не утрачивают своих позиций, но и начинают играть первостепенную роль, так как основная масса (до 70%) всех специалистов с высшим образованием будет представлена бакалаврами, которые должны получить за 4 года качественную фундаментальную и общетехническую подготовку и которые будут способны самостоятельно адаптироваться и трудоустраиваться на рынке труда, и в существенно меньших масштабах магистрами - специалистами с глубокими профессиональными знаниями и творческими способностями для выполнения прикладных научных исследований и решения сложных инженерных задач.

Из всех общетехнических дисциплин особо следует выделить механику которая, в соответствии с действующими ГОС ВПО РФ, объединяет в качестве разделов такие существовавшие ранее самостоятельно дисциплины как: «Сопротивление материалов», «Теория механизмов и машин», «Детали машин и основы конструирования». В механике изучаются фундаментальные понятия и законы, необходимые для освоения дисциплин естественнонаучного цикла и специальных дисциплин. Формирование знаний и адекватных им умений по механике способствует развитию у студентов творческого потенциала, способ ности к анализу, синтезу и проектированию механических систем, и следовательно, она вносит вклад в развитие способностей к инновационной инженерной деятельности (СИИД). В связи с этим, в проектах образовательных стандартов нового поколения «Механика» отнесена к профессиональному циклу дисциплин. Вместе с тем, в ГОС ВПО РФ образца 2001 года, как и в стандартах нового поколения, на значительный объем учебного материала по механике отводится меньшее количество часов по сравнению с учебными планами 1999-2000 г. г., из них 50% времени приходится на самостоятельную работу, требующую для обеспечения ее эффективности особой организации, разработки специальных учебно-методических материалов, а во время аудиторных занятий, интенсификации учебного процесса.

К проблеме преподавания отдельных разделов механики обращались такие исследователи, как: М.М. Зиновкина (детали машин и основы конструирования), Г.М. Ицкович (сопротивление материалов), Г.Н. Стайнов (детали машин), С.А. Чернавский (детали машин), Г.И. Шабанов (детали машин и основы конструирования), Д.В. Чернилевский (детали машин) и др. Вместе с тем, комплексныху ут олучить за 4 года исследований, посвященных подготовке студентов технических вузов по общетехническим дисциплинам, в процессе которой у студентов происходит формирование СИИД, до сих пор нет. Известны также отдельные исследования по проблеме подготовки студентов к ИИД на основе обучения их техническому творчеству в рамках специфических дисциплин, например, «Основы инженерного творчества и патентоведения» (ОИТ и П) и др.

Анализ результатов констатирующего этапа педагогического эксперимента и публикаций по проблеме исследования свидетельствует о низком уровне умений студентов комплексно применять инновационные, фундаментальные и общетехнические знания к решению профессиональных задач. Общетехнический цикл не опирается в должной степени на естественнонаучные и инновационно-ориентированные дисциплины и студенты не осознают цели обучения общетехническим дисциплинам, в частности дисциплине «Механика» как фундаменту специальных дисциплин и будущей профессиональной инновационной деятельности. Кроме того, студенты не могут трансформировать знания по естественнонаучным дисциплинам в общетехнические и специальные и эффективно их использовать при выполнении курсовых проектно-конструкторских работ и дипломных проектов. Хотя, в этих условиях и возможно развитие творческого потенциала студентов технических вузов - основы (ИИД), однако, студенты остаются не подготовленными к такой деятельности.

Таким образом, анализ состояния инженерного образования в России, а также программ высшей профессиональной школы, научных исследований, посвященных проблемам обучения общетехническим дисциплинам, позволяет выделить в существующей системе обучения студентов технических вузов следующие противоречия:

1) между потребностью современного высокотехнологичного производства в специалистах высокой квалификации, способных к ИИД, и устоявшимся, консервативным научно-методическим обеспечением учебного процесса, который не позволяет полностью решить эту задачу;

2) между потенциалом, которым обладают все компоненты целостной системы подготовки будущих инженеров (обучение, практический опыт, научные исследования, профессиональное и личное общение) для формирования у студентов СИИД, и существующей методической системой обучения общетехническим дисциплинам в техническом университете, не предусматривающей формирование у них этих способностей;

3) между высоким не только прикладным, но и фундаментальным потенциалом большинства общетехнических дисциплин (например, для курса «Механика») и существующей методической системой подготовки будущих инженеров, характеризующейся недостаточной степенью использования этого потенциала.

Наличие выделенных противоречий позволяет сделать вывод о необходимости разработки методической системы формирования у студентов технических вузов СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам. Этим обусловлена актуальность исследования по предложенной теме, соответствующей основным положениям национальной образовательной доктрины, ориентированной на повышение роли технических вузов в условиях инновационного подхода к развитию экономики России. Проблемой исследования является поиск ответа на вопрос: какими должны быть теоретические основы и практическая реализация методической системы формирования у студентов СИИД.

Объект исследования - процесс обучения общетехническим дисциплинам студентов инженерных специальностей вузов в условиях инновационной среды промышленных предприятий.

Предметом исследования является методическая система формирования у студентов технических вузов способностей к инновационной инженерной деятельности в процессе обучения общетехническим дисциплинам.

Цель исследования состоит в теоретическом обосновании, создании и реализации методической системы формирования у студентов технических вузов СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам.

Гипотеза исследования формулируется следующим образом.

Методическая система формирования у студентов технических вузов способностей к инновационной инженерной деятельности будет эффективной, если она будет построена на основе:

- интеграции таких подходов, как инновационный, компетентностный, деятельностный, модульный, дифференцированный;

- принципов единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения с учетом индивидуальных особенностей студентов во всех формах и видах занятий, а именно при проведении лекций, практических и лабораторных занятий, курсовом проектировании и самостоятельной работе студентов;

и реализована

- как в рамках основного курса «Механика», так и в рамках курса «Основы инженерного творчества и патентоведения», а также в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды;

- во всех компонентах образовательной деятельности - содержательном, мотивационном и процессуальном.

Под эффективностью понимается повышение уровня сформированности у студентов СИИД (с низкого до среднего и высокого) и наличие у них готовности к ИИД.

В соответствии со сформулированными целью, предметом и гипотезой решались следующие задачи:

1. Раскрыть сущность и содержание понятий «инновационная инженерная деятельность» и «способности к инновационной инженерной деятельности», выявить структурные компоненты способностей и определяющие их компетенции.

2. Изучить состояние проблемы обучения студентов втузов общетехническим дисциплинам, установить их влияние на формирование у студентов СИИД и исследовать возможности использования для этого современных педагогических технологий.

3. Выявить вклад основного курса «Механика», сопутствующих учебных дисциплин и внеаудиторной работы студентов в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды в процесс формирования у студентов технических вузов СИИД.

4. Разработать методологические подходы к проектированию методической системы обучения студентов втузов общетехническим дисциплинам, на основе развития их творческого потенциала, обеспечивающие формирование у них СИИД.

5. Разработать концепцию методической системы формирования у студентов технических вузов СИИД в процессе обучения основному курсу «Механика», а также сопутствующему курсу ОИТ и П и обучения в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды.

6. Разработать модель подготовки студентов к ИИД как совокупность связанных между собой компонентов и всех взаимодействий между ними, отражающую обучение основному курсу «Механика», техническому творчеству и обучение в олимпиадной и научно-исследовательской среде.

7. Проверить эффективность разработанной методической системы формирования СИИД в педагогическом эксперименте.

Методологической основой исследования послужили результаты следующих исследований по основным направлениям развития современного инновационного образования (Б.Л. Аграновича, Н.М. Анисимова, Г.В. Белоновской, В.М. Жураковского, В.В. Ларионова, Ю.П. Похолкова, В.М. Полонского, Д.В. Чернилевского, В.Е. Шукшунова и др.); по развитию технических способностей (С.Л. Рубинштейна, Б.М. Теплова, В.Д. Шадрикова, С.М. Василейского, М.Г. Давлетшина, Т.В. Кудрявцева, Н.Д. Левитова, Н.С. Пурышевой, П.М. Якобсона и др.); по теоретическим основам развития творческого потенциала личности и организации творческой деятельности инженера (Г.С. Альтшуллера, Н.М. Анисимова, А.М. Дорошкевича, М.М. Зиновкиной, А.И. Половинкина и др.); по дидактическому обеспечению лабораторных работ и курсовых проектов по техническим дисциплинам (И.И Артоболевского, П.Г. Гузенкова, М.Н. Иванова, В.Н. Кудрявцева, П.И. Орлова, Г.Н. Стайнова, Д.В. Чернилевского, Г.И. Ша- банова и др.); по проблемам проектирования педагогических технологий (Ш.А. Амонашвили, В.В. Давыдова, М.В. Кларина, А.Н. Леонтьева, И.Я. Лернера, А.М. Матюшкина, М.И. Махмутова, С.Л. Рубинштейна и др.); по проблемам фундаментальности и профессиональной направленности обучения в вузе (О.Н. Голубевой, А.О. Измайлова, А.И. Наумова, Э.В. Майкова, Л.В. Масленниковой, А.Д. Суханова и др.); в области психологии, педагогики и методики высшей школы (С.И. Архангельского, В.В. Давыдова, А.Н. Леонтьева, И.Я. Лернера, Н.Ф. Талызиной и др.); по теории и методике преподавания общетехнических дисциплин в вузах и технологии в средней школе (А.А. Измайловой, Э.Д. Новожилова и др.); по проблемам построения государственных образовательных стандартов (В.И. Байденко, А.А. Кузнецова и др.); по теоретическим и технологическим основам профессиональной подготовки специалистов (А.О. Измайлова, В.М. Никифоровой, С.А.Тихомирова и др.); по теории методологических подходов в педагогике и технике (В.В. Гузеева, А.Н. Леонтьева, И.Я. Лернера, Э.Г. Юдина и др.); по проблемам обучения в олимпиадной среде (Б.П. Вирачева, Б.С. Кирьякова, А.И. Попова, Н.Н. Тулькибаевой, А.В. Усовой, И.Г. Шомполова и др.).

Методы исследования

Теоретические: анализ философской, естественнонаучной, общетехнической, инженерно-специальной, психолого-педагогической и патентной литературы по проблеме исследования; анализ и экстраполяция результатов исследований и педагогического опыта; моделирование педагогических ситуаций; анализ образовательных стандартов, зарубежных и отечественных программ общетехнической подготовки специалистов, учебников и учебных пособий; общенаучные методы исследования, такие как: обобщение, классификация, систематизация, сравнение, сопоставление, моделирование; частнонаучные методы исследования, такие как: системно-элементный, системно-структурный и системно-функциональный анализ целей и содержания обучения общетехническим дисциплинам, анализ и обобщение педагогического опыта преподавания общетехнических дисциплин во втузах. Экспериментальные: психодиагностические (анкетирование, беседа, наблюдение, самооценка, метод экспертных оценок, тестирование и др.) и статистические (методы обработки экспериментальных данных, анализ результатов деятельности студентов).

Организация и этапы исследования. В соответствии с поставленными задачами исследование проводилось в три этапа.

1-й этап - (1992-2000 г.г.) состоял в анализе психолого-педагогической и методической литературы по проблеме основных концептуальных, нормативных документов, регламентирующих образовательную деятельность в техническом университете на современном этапе, изучении передового педагогического опыта по формированию СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам, на этом этапе были сформулированы исходная гипотеза, цели и задачи исследования.

2-й этап - (1999-2004 г.г.) был посвящен разработке концепции и модели методической системы формирования у студентов технических вузов СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам на основе интеграции основных положений существующих передовых методических подходов, теорий обучения и технологий, принципов единства фундаментальности и профессиональной направленности, с учетом индивидуальных особенностей студентов.

3-й этап - (2004-2008 г.г.) был связан с проведением обучающего эксперимента по проверке выдвинутой гипотезы исследования и статистической обработкой результатов эксперимента. Были опубликованы рабочие программы по ряду общетехнических дисциплин, способствующие формированию у студентов технических вузов СИИД, учебники, конспекты лекций, электронные и другие учебные пособия, лабораторные практикумы, курсовое проектирование. По материалам исследований были скорректированы концепция и модель методической системы формирования СИИД.

Апробация и внедрение результатов исследований. Теоретические и практические результаты докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, региональных научно-методических и научно-технических конференциях: Москва, МПГУ, («Физическое образование: проблемы и перспективы развития», 2006 - 2009); Днепропетровск («Днi науки - «2006», 2006); Бишкек, КТУ («Проблема механики и технологии», 1994); Караганда, КТУ («Импульс-90», 1990); Саранск, МГУ им. Н.П. Огарева («Огаревские чтения», 1995-2008); Саранск, НИИГН при Правительстве РМ («Роль науки и инноваций в развитии хозяйственного комплекса региона», 2002 - 2008); Саранск, МГУ им. Н.П. Огарева («Функционирования механических и энергетических систем» 2002, 2004, 2007); Рузаевка, МГУ им. Н.П. Огарева («Организационные, философские и технические проблемы современных машиностроительных производств» 2000, 2004, 2007); Оренбург, СамГУПС («Подготовка без отрыва от производства и повышение квалификации инженерных кадров в современных условиях», 2004); Кострома, КострГСХА («Проблемы модернизации высшего профессионального образования», 2004); Казань, КГУ («100 лет механизму Беннета», 2004); Тамбов, ТГТУ («Развитие творческих способностей личности в условиях олимпиадного движения», 2005); Самара, СамГУПС («Наука и культура России», 2005, 2007, 2008); Саранск, МГУ им. Н.П. Огарева («Роль студенческих олимпиад в формировании творческой молодежи», 2001-2008); Ижевск, ИжГСХА («50 лет - агроринженерному образованию Удмуртии», 2005); Чебоксары, Чебоксарский ин-т («Образование. Наука. Производство. Инновационный аспект», 2005); Саранск, МГУ им. Н. П. Огарева («Интеграция региональных систем образования», 2006, 2008); Астрахань, ОГОУ ДПО АИПКП («Проблемы повышения квалификации педагогов: современные подходы», 2007); Новосибирск, ГНУ СибИМЭ («Машинно-технологическое, энергетическое и сервисное обеспечение сельхозтоваропроизводителей Сибири», 2008).

Результаты исследования опубликованы в 142 научно-методических работах общим объемом 318,8 п.л. (авторских - 209,7 п.л.), в том числе в 3-х монографиях, в 13-ти статьях в журналах из перечня ВАК, в 3-х отчетах по грантовым проектам, где диссертант являлся (является) одним из исполнителей: ФЦП «Интеграция» (2001-2004), ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2007-2008). Материалы исследований внедрены в образовательный процесс Мордовского государственного университета им. Н.П. Огарева и его филиалов, Самарского государственного университета путей сообщения, Башкирского государственного аграрного университета, Калмыцкого государственного университета, Ижевской государственной сельскохозяйственной академии, Пензенской государственной сельскохозяйственной академии, Мордовском государственном институте переподготовки кадров агробизнеса.

Монографии, учебные пособия, статьи размещены в открытом доступе на сайте: http://ime.mrsu.ru

Научная новизна результатов исследования

1. Обоснована необходимость и возможность формирования у студентов технических вузов способностей к инновационной инженерной деятельности в процессе обучения общетехническим дисциплинам.

2. Разработана концепция методической системы формирования у студентов технических вузов СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам, взаимосвязи естественнонаучных, общетехнических и специальных дисциплин, которая включает следующие положения:

· структура методической системы должна быть сформирована по блочно-иерархическому принципу и включать мотивационно-целевой, содержательный, процессуально-технологический и диагностический компоненты;

· методическую систему обучения студентов втузов общетехническим дисциплинам необходимо строить на основе интеграции инновационного, компетентностного, деятельностного, модульного и дифференцированного подходов, способствующих формированию у студентов СИИД, а также принципов единства фундаментальности и профессиональной направленности обучения с учетом индивидуальных особенностей студентов;

· методическую систему формирования у студентов технических вузов СИИД необходимо строить на основе интеграции обучения основному курсу «Механика» и сопутствующим учебным дисциплинам, а также внеаудиторной работы студентов в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды;

· методы, формы и средства системы формирования СИИД вместе с традиционными должны соответствовать методологической направленности процесса обучения общетехническим дисциплинам на профессиональную ИИД, связи содержания с наукоемкими технологиями современных инновационных предприятий получения инновационных продуктов;

· творческая самостоятельная работа студентов в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды как учебная ИИД, ориентированная на формирование СИИД, должна соответствовать актуальным задачам науки и практики получения инновационных продуктов на уровне проекта, патента, изделия, и обеспечивать взаимодействие между субъектами учебного процесса, методиками и средствами обучения и оперативное управление этими процессами.

3. Построена модель методической системы формирования у студентов технических вузов СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам включающая цели, содержание, методы, принципы, формы и средства обучения с отражением взаимосвязи циклов дисциплин, с учетом интеграции фундаментальных, общетехнических и профессионально-направленных знаний и умений, а также модель методики обучения основному курсу «Механика» и модель погружения в инженерное творчество (обучение техническому творчеству и обучение в олимпиадной и научно-исследовательской среде).

4. Разработана методическая система формирования у студентов технических вузов СИИД, особенностью которой является интеграция обучения основному курсу «Механика», техническому творчеству и обучения в олимпиадной среде.

5. Обоснованы требования к отбору содержания общетехнических дисциплин (на примере основного курса «Механика»), направленного на формирование у студентов СИИД:

- содержание общетехнических дисциплин, в том числе, дисциплины «Механика», формируется и реализуется через структурные компоненты методической системы - целевой, содержательный, процессуальный и диагностический;

- содержание общетехнической подготовки, способствующей формированию у студентов СИИД, формируется на основе интеграции основной дисциплины (в частности «Механика»), сопутствующих дисциплин (в частности дисциплины «Основы инженерного творчества и патентоведения») и самостоятельной работы студентов в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды;

- дисциплины общетехнической подготовки включают в единстве содержательный и процессуальный компоненты, способствующие формированию у студентов СИИД;

- в содержании общетехнических дисциплин фундаментальное научное и техническое знание представлено в единстве, при этом первое составляет инвариантную часть содержания, второе - варьируемую, что также способствует формированию у студентов СИИД;

- содержание общетехнических дисциплин группируется вокруг фундаментальных физических и научно-технических теорий, что позволяет реализовать целостность профессионального образования и способствует формированию у студентов СИИД;

6. Обоснована структура учебно-методического комплекса (на бумажных и электронных носителях) для студентов технических вузов, предназначенного для формирования у них СИИД, включающего наряду с традиционными структурными элементами (рабочие программы, учебно-методический материал лекций и т.п.), систему информационно-компьютерной поддержки курса в виде электронных учебников, пакетов прикладных программ и других программных средств, позволяющую студентам втузов самостоятельно получать знания и умения по основному курсу «Механика» и осуществлять самоконтроль уровня усвоения материала.

7. Разработаны все компоненты учебно-методического комплекса, обеспечивающие решаемые задачи исследования.

8. На основе дидактических и частнометодических принципов разработана подсистема обучения студентов в олимпиадной среде, способствующая формированию у них СИИД и представленная в виде единой гибкой и управляемой системы, включающей такие компоненты, как подготовка, участие и рефлексивно-оценочный компонент результатов выступления студентов в олимпиадах и конкурсах.

9. Разработана подсистема обучения студентов техническому творчеству, построенная на основе обучения теории эвристических методов и решения изобретательских задач с использованием программно-методической базы интеллектуальной поддержки «Изобретающая машина» как в рамках сопутствующего курса ОИТ и П, так и в условиях молодежных творческих коллективов (СКБ, НИРС, научных кружков, научных школ).

Теоретическая значимость полученных результатов определяется тем, что:

- внесен вклад в развитие методологических подходов (инновационного, компетентностного, системного, деятельностного и др.) применительно к методике обучения студентов втузов общетехническим дисциплинам, а именно показана их роль в формировании у студентов СИИД;

- введено понятие «способности к инновационной инженерной деятельности», определена структура этих способностей, отражающая, в том числе компетенции, определяющие эти способности;

- конкретизирована система дидактических принципов обучения (интеграции, непрерывности и преемственности профессионального обучения, фундаментальности, профессиональной направленности, межпредметных связей и др.), применительно к формированию у студентов СИИД;

- сформулированы концептуальные положения и создана совокупность моделей обучения основному курсу «Механика» и погружения в инженерное творчество, представляющие собой теоретические основы методической системы формирования СИИД студентов технических вузов при обучении общетехническим дисциплинам.

Практическая значимость исследования заключается в создании методической системы формирования у студентов технических вузов СИИД, включающей обучение основному курсу «Механика», дисциплине ОИТ и П, а также обучение в олимпиадной и научно-исследовательской среде, ее результаты доведены до уровня конкретных методических разработок и рекомендаций к числу которых относятся:

· методика подготовки студентов к предметным всероссийским студенческим олимпиадам по общетехническим и дисциплинам и конкурсам по специальностям и направлениям (1-3 туров), а также их организации, проведения, подведения итогов и анализа выступления, представленных в виде изданных: трех монографий, сборников задач (3-х, в том числе 2-а с грифом УМО), учебно-методических указаний (в количестве 8-и);

· методика обучения техническому творчеству как в рамках учебного курса «Основы инженерного творчества и патентоведения», так и в условиях молодежных творческих коллективов (СКБ, НИРС и др.) представленная в виде изданных: двух монографий, учебных пособий (3-х, в том числе 2-а с грифом УМО), учебно-методических указаний (6-ть), научно-методических статей;

· учебно-методический комплекс по курсу «Механика» для технического университета, представленный изданными учебником, конспектами лекций, сборниками задач, лабораторным практикумом, курсовым проектированием (всего 17 пособий, из них: 1- с грифом Минсельхоза РФ, 11- с грифом УМО), а также 17-ю учебно-методическими указаниями;

· инновационные продукты (7-мь патентов на изобретения и полезные модели, полученные автором, в том числе в соавторстве со студентами, 4-е серийно изготавливаемые сельскохозяйственные машины и др.) полученными в процессе работы над реальными профессионально-ориентированными курсовыми проектами, во время обучения в научно-исследовательской среде;

· комплекты тестов для студентов по всем разделам курса «Механика», а также системы заданий на курсовое профессионально-ориентированное проектирование, расчетно-графические, лабораторные и практические работы, позволяющие осуществлять качественный контроль знаний;

· диагностический инструментарий в виде разработанных, изготовленных и зарегистрированных в ФГУП НТЦ «ИНФОРМРЕГИСТР» 3-х электронных учебных пособий, который может быть использован преподавателями-практиками.

Положения, выносимые на защиту

1. Концепция методической системы формирования СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам, отражающая взаимосвязи естественнонаучных, общетехнических и специальных дисциплин и включающая целевые доминанты, основные подходы, принципы, образовательные стратегии, технологии, методы и средства, условия, диагностику уровня сформированности СИИД, являющуюся теоретико-методологической основой подготовки студентов технических университетов к ИИД.

2. Модель методической системы формирования у студентов технических вузов СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам отражает интеграцию фундаментальных, общетехнических и профессионально-направленных знаний и умений и состоит из моделей обучения основному курсу «Механика» и погружения в инженерное творчество (обучение техническому творчеству и обучение в олимпиадной и научно-исследовательской среде).

3. Основными механизмами, обеспечивающими реализацию эффективной подготовки студентов технических университетов к ИИД, являются специфические технологии обучения, позволяющие интенсивно и качественно формировать у студентов СИИД (структурирования научно-технических знаний, инновационные, сотрудничества и др.).

4. Содержание общетехнической подготовки, обеспечивающей формирование у студентов СИИД, должно формироваться на основе интеграции курса «Механика» и курса ОИТ и П, способствующего развитию творческого потенциала, а также самостоятельной работы в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды. Фундаментальное научное и техническое знание должны быть представлены в единстве (первое составляет инвариантную часть содержания, второе - варьируемую), содержание курсов общетехнических дисциплин следует группировать вокруг фундаментальных физических и научно-технических теорий, что позволяет реализовать целостность профессионального образования при теоретическом изучении и обобщении материала научно-технического характера, при практическом применении полученных знаний в решении и составлении технических задач, многофункциональных упражнений и заданий, при выполнении экспериментальных профессионально-ориентированных работ, а также реального профессионально-ориентирован-ного курсового проектирования.

5. Обучение в олимпиадной среде должно быть представлено в виде единой гибкой и управляемой системы подготовки к олимпиадам, участия, проведения и анализа результатов выступления в олимпиадах и конкурсах, позволяющей осуществить индивидуализацию и дифференциацию обучения и обоснованно формировать микрогруппы - команды для самостоятельной работы. Такое обучение позволяет осуществлять физическое моделирование ИИД в «концентрированном виде». При этом, предметные олимпиады по механике развивают творческий потенциал студентов, степень владения фундаментальными и общетехническим знаниями, способность решать творческие задачи, приучают к работе в команде и к самостоятельности при принятии решения. Конкурсы развивают способность к проектированию, изобретательству, умению решать профессиональные задачи на основе междисциплинарного подхода, а самое главное - формируют стремление к представлению решения в виде ИП. Обучение в научно-исследовательской среде должно быть построено на основе обучения теории эвристических методов и решения изобретательских задач с использованием программно-методической базы интеллектуальной поддержки «Изобретающая машина», как в рамках курса ОИТ и П, так и в условиях молодежных творческих коллективов (СКБ, НИРС, научных кружков, научных школ).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений. Общий объём диссертации 499 страниц, основной текст диссертации составляет 408 страниц. Работа включает: 88 рисунков и 34 таблицы. Список литературы содержит 329 наименований. Приложение составляет 91 страницу.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении раскрывается актуальность темы, определяются объект, предмет, цель, гипотеза, задачи и методы исследования, описывается концепция исследования, характеризуется его научная новизна, теоретическая и практическая значимость, сведения об апробации исследования.

В первой главе «Задачи и проблемы инженерного образования при подготовке специалистов к инновационной инженерной деятельности» рассмотрено современное состояние подготовки специалистов в области техники и технологий к ИИД. Установлено, что в настоящее время, когда инновационный путь развития экономики страны является безальтернативным, при решении задач развития общества, подготовка специалистов, готовых к ИИД, становится первостепенной задачей высшего профессионального образования.

Конкретизировано понятие инновационной инженерной деятельности, под которой предлагается понимать разработку и создание новой техники и технологий (инновационных продуктов), доведенных до вида товарной продукции, представленной охранными документами на интеллектуальную собственность, технической документацией или промышленными образцами, обеспечивающими экономический, социальный или другой эффект, и являющихся конкурентоспособными на отечественном и международном рынках. Разработана структура ИИД, включающая характеристики, виды инновационной деятельности и инновационные продукты, раскрыто их содержание. Показан алгоритм получения инновационного продукта (Рис.1)



Рис. 1. Общий алгоритм получения инновационных продуктов

Для успешного осуществления ИИД специалисту необходимо обладать определенными специфическими способностями - СИИД, которые формируются и развиваются в процессе обучения. В рамках исследования сформулировано также рабочее определение способностей к инновационной инженерной деятельности как совокупности взаимосвязанных индивидуально-психических особенностей личности, определяющей пригодность студента к успешной инновационной инженерной деятельности, существующей и развивающейся в условиях этой деятельности, при наличии соответствующих знаний и умений, а также определяющей готовность к обучению новым способам и приемам этой деятельности.

На основе обобщенной структуры технических способностей М.Г. Давлетшина - Н.Л. Курилевой была получена структура СИИД включающая мотивоционно-потребностный компонент, компонент «Совокупность высших психических функций», операционально-деятельностный компонент и соответствующие им компетенции: 1) способность решать творческие задачи; 2) владение фундаментальными знаниями; 3) владение общетехническими знаниями; 4) способность решать инженерные задачи; 5) владение технологией производства; 6) способность к постановке задачи; 7) способность к проектированию; 8) способность к изобретательству; 9) умение принимать решение; 10) умение работать в команде; 11) владение междисциплинарными знаниями; 12) представление решения в конечном виде; 13) способность разрабатывать и адаптировать механические системы.

Приведены результаты констатирующего эксперимента, организованного среди студентов и преподавателей различных технических вузов страны, позволяющие судить не только об уровне умений студентов применять фундаментальные и общетехнические знания при решении профессиональных задач в условиях инновационной экономики, но и о месте и значении циклов учебных дисциплин, а также различных компонентов целостной системы подготовки инженеров в формировании у студентов элементов, характеризующих СИИД.

На рис. 2 приведены результаты распределения по мнению студентов мест дисциплин, НИРС и СРС по степени их значимости в формировании СИИД, откуда видно, что наиболее эффективно СИИД формируются у студентов в процессе обучения дисциплине «Механика», затем идут естественнонаучные дисциплины, а также ОИТ и П. Третье место разделили ОПД и НИРС. СД и ВСО также эффективны в формировании СИИД, хотя и занимают четвертое место. Результаты ответа преподавателей на вопрос о формировании элементов СИИД в процессе различных обучающих процессов приведены на рис. 3. Откуда видно, что наибольшее количество респондентов (до 90%) указали на значимость курса «Механика» в формировании элементов СИИД, однако наблюдается большой разброс данных по отдельным элементам (от 10 до 90 %). Очень близки по значениям к этим показателям результаты опроса по столбцам: ОИТ и П, ВСО и НИРС, СД, причем, по столбцам ВСО и НИРС наблюдается наименьшим разбросом данных. Это не случайно, так как ВСО и НИРС

позволяют реализовать моделирование будущей профессиональной ИИД.

Сделано предположение о том, что решение проблемы формирования у студентов СИИД при обучении общепрофессиональным дисциплинам должно быть обусловлено как новыми подходами к науке о механике, так и современными методическими подходами, способствующими развитию творческого потенциала и педагогическими технологиями (структурирования научно-технических знаний, инновационные, сотрудничества и др.), а также реализацией интеграции обучения основному курсу «Механика», сопутствующим курсам и внеаудиторного обучения в олимпиадной и научно-исследовательской среде.

Во второй главе «Теоретические основы формирования способностей к инновационной инженерной деятельности» рассмотрены методологические основы построения концепции формирования у студентов технических вузов СИИД в процессе обучения общетехническим дисциплинам на примере курса «Механика». Изложены сущность и базовые понятия основных методологических подходов (системного, деятельностного, копетентностного, инновационного, дифференцированного), способствующих формированию СИИД во взаимосвязи с принципами фундаментальности, профессиональной направленности и интеграции образования.

Системный подход (Н.М. Анисимов, В.И. Загвязинский и др.) использовался наиболее продуктивно на этапе определения структуры системы, типизации связей, анализа и определения компонентов, оптимизации образовательной среды.

Деятельностный подход (Б.А. Голуб, Г.С. Кочеткова, А.Я. Найн, Г.Н. Стайнов, Д.В. Чернилевский и др.) использовался для определения целей обучения, отбора содержания, выбора форм представления материала, демонстрации учебных задач, выбора средств обучения (научно-исследовательская и проектная деятельность), организации контроля результатов обучения, а также при реализации исследований в педагогической практике.

Компетентностный подход (И.Д. Белоновская, И.А. Зимняя, Ю.Г. Татур и др.) позволил структурировать СИИД и выделить необходимые элементы (компетенции), характеризующие их как интегральную способность студента решать возникающие в их будущей ИИД профессиональные задачи.

Инновационный подход к обучению (Б.Л. Агранович, Н.М. Анисимов, Г.В. Белоновская, В.М. Жураковский, В.В. Ларионов, Ю.П. Похолков, В.М. Полонский и др.) позволил отобрать методы и средства формирования СИИД как в процессе обучения основному курсу «Механика», так и сопутствующему курсу ОИТ и П, а также обучения в олимпиадной и научно-исследовательской среде (контекстное обучение, обучение на основе опыта, междисциплинарный подход в обучении на основе анализа реальных задач в инженерной практике, обучение в команде и др.). При контекстном обучении формирование СИИД достигается путем выстраивания отношений между конкретным знанием и его применением. Обучение на основе опыта подразумевает возможность интеграции собственного опыта с предметом обучения. Междисциплинарный подход к обучению реализуется посредством самостоятельного приобретения студентом знаний из разных дисциплин и использованием их при решении профессиональных задач. При работе в команде создаются условия, практически полностью соответствующие реальной ИИД и студенты приобретают опыт комплексного решения профессиональных инженерных задач с распределением функций и ответственности между членами коллектива.

Кроме указанных подходов, для осуществления образовательной деятельности в исследовании также использовались дифференцированный, личностно- и профессионально-ориентированный подходы, проблемное, развивающее, модульное и активное обучение, педагогика сотрудничества, а также элементы педагогики полного усвоения. Указанные подходы и методы формируют эффективное взаимодействие субъектов педагогической деятельности.

Эффективность подготовки студентов к ИИД в процессе обучение обеспечивалась также системой дидактических принципов (специальных и общих). К специальным принципам относятся принцип интеграции и принцип единства фундаментальности и профессиональной направленности, реализуемые в методах обучения. Общими принципами являются принципы единства науки и обучения; политехнизма и профессиональной направленности; систематичности и последовательности; межпредметных связей; наглядности обучения; доступности; индивидуализации и дифференциации; сознательности и активности; создания положительного отношения к учению и мотивации, полного усвоения. Перечисленные принципы обучения организуют работу преподавателя на решение задач формирования СИИД.

На основе указанных подходов и положений была разработана концепция формирования у студентов технических вузов СИИД в виде следующих положений:

1) структура методической системы должна быть сформирована по блочно-иерархическому принципу и включать мотивационно-целевой, содержательный, процессуально-технологический и диагностический компоненты;

2) методическую систему обучения студентов втузов общетехническим дисциплинам необходимо строить на основе интеграции инновационного, компетентностного, деятельностного, модульного и дифференцированного подходов, способствующих формированию у студентов СИИД, а также принципов единства фундаментальности и профессиональной направленности с учетом индивидуальных особенностей студентов;

3) методическую систему формирования у студентов технических вузов СИИД необходимо строить на основе интеграции обучения основному курсу «Механика» и сопутствующим учебным дисциплинам, а также внеаудиторной работы студентов в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды;

4) методы, формы и средства системы формирования СИИД вместе с традиционными должны соответствовать методологической направленности процесса обучения общетехническим дисциплинам на профессиональную ИИД, связи содержания с наукоемкими технологиями современных инновационных предприятий по получению инновационных продуктов;

5) творческая самостоятельная работа студентов в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды как учебная ИИД ориентированная на формирование СИИД, должна соответствовать актуальным задачам науки и практики в получении инновационных продуктов на уровне проекта, патента, изделия, и обеспечивать взаимодействие между субъектами учебного процесса, методиками и средствами обучения и оперативное управление этими процессами.

Разработанная на основе концепции модель формирования СИИД, включает в себя модель обучения основному курсу «Механика» и модель погружения в инженерное творчество (обучение техническому творчеству и обучение в олимпиадной и научно-исследовательской среде). Она состоит (рис. 4) из мотивоционно-целевого, методологического, процессуально-технологичес-кого и диагностического компонентов.

Мотивоционно-целевой компонент модели включает в себя иерархию целей. Главная из которых - обеспечение высокой эффективности подготовки специалистов к ИИД, за счет формирования у них специфических способностей (СИИД), определяемых соответствующими предметными и надпредметными компетенциями, а также за счет формирования у студентов мотивации к осознанному стремлению развивать свои СИИД. Частными (специфическими) целями являются: 1) формирование знаний об алгоритмах расчета деталей машин, обеспечивающих определение оптимальных эксплуатационных показателей деталей и сборочных единиц (прочность, надежность, долговечность); 2) формирование экспериментальных знаний о физико-механической сущности явлений, происходящих в моделях деталей при воздействии на них различных факторов в условиях производства и эксплуатации машин и механизмов; 3) формирование базы данных параметров машиностроительных деталей, машин, их свойств и областей применения; 4) формирование научного убеждения, что дисциплина «Механика» - фундаментальная основа всех технологических дисциплин, изучающих процессы проектирования, конструирования, изготовления деталей и эксплуатации их в составе машин и механизмов; 5) развитие творческого мышления студентов инженерных специальностей с целью профессионального применения знаний и умений для проектирования и конструирования деталей машин и механизмов.

Методологический компонент модели основан на теории и методике обучения общетехническим дисциплинам, теории высшего профессионального образования, а также на идее интеграции всех компонентов целостной системы подготовки специалиста.

Содержательный компонент состоит из фундаментальных законов, понятий, научно-технических теорий, изучаемых при обучении общетехническим дисциплинам, профессионально направленных на решение проблем инженерных специальностей и профилей, а также учитывает непрерывность, преемственность, единство и взаимодополнение процесса обучения основного курса Механика», сопутствующего курса ОИТ и П и обучения в олимпиадной и научно-исследовательской среде. Он базируется на общедидактических и частнодидактических принципах, а также соответствующих им критериях отбора учебного материала. Содержание обучения помогает достичь сформулированной цели, а ее постановка определяет содержание обучения. Цели обучения и содержание курса «Механика» для технических вузов реализуются в учебном процессе в рамках процессуально-технологического компонента модели методической системы, который включает методы, формы и средства обучения. Принцип интеграции фундаментальных, профессионально-направленных и проектных знаний и умений реализуется в методах обучения. Так, наряду с информационно-иллюстративным и репродуктивным, применяются частично-поисковый, проблемный и исследовательский методы.



В рамках этого компонента рассмотрен основной курс «Механика» как учебный предмет, формирующий у специалистов в области техники и технологий СИИД. Именно «Механика» содержит основы инженерных знаний и позволяет сформировать у студентов соответствующие им необходимые общие (ключевые), предметные и частично специальные компетенции, определяющие СИИД. Как учебный предмет «Механика» представляет собой науку, изучающую движение, равновесие и взаимодействие материальных тел. Как прикладная наука она изучает наиболее общие законы исследования машин, механизмов и механических систем, а также их расчета, проектирования и создания. То есть наиболее полно отвечает требованиям ИИД. Опираясь на знания естественнонаучного цикла дисциплин, «Механика» сама является носителем фундаментальных знаний и ретранслятором их в специальные дисциплины. В диссертации проанализированы потенциальные возможности курса по формированию СИИД в мотивоционно-потребностном и операционно-деятельностном компонентах, а также компоненте «Совокупность высших психических функций». Показано, что в процессе обучения механике формируются практически все необходимые компетенции, определяющие СИИД.

Выполненный анализ структуры общепрофессионального знания позволил формулировать конкретные требования к содержанию курса «Механика», способствующего формированию СИИД:

- содержание общетехнической дисциплины «Механика», в соответствии с поставленной целью, формируется и реализуется через структурные компоненты методической системы - целевой, содержательный, процессуальный и диагностический;

- содержание общетехнической подготовки, способствующей формированию у студентов СИИД, должно формироваться на основе интеграции основного курса «Механика», сопутствующих формированию СИИД курсов (в частности «Основы инженерного творчества и патентоведения») и самостоятельной работы в условиях олимпиадной и научно-исследовательской среды;

- учебные дисциплины общетехнической подготовки в техническом вузе должны рассматриваться в единстве содержательного и процессуального компонентов;

- в содержании основного курса «Механика», как и в содержании других общетехнических дисциплин и сопутствующих дисциплин, фундаментальное научное и техническое знание должны быть представлены в единстве, при этом первое составляет инвариантную часть содержания, второе - варьируемую;

- содержание варьируемой части курса «Механика» должно быть связано с содержанием профессиональной и специальной подготовки студентов втузов, для определения содержания варьируемого (профессионально направленного) материала;

- содержание курсов общетехнических дисциплин следует группировать вокруг фундаментальных физических и научно-технических теорий, что позволяет реализовать целостность профессионального образования;

- учебно-методический комплекс (на бумажных носителях и в электронной форме), направленный на формирование у студентов СИИД, должен включать наряду с традиционными структурными элементами (рабочие программы, учебно-методический материал лекций и т.п.), систему информационно-компь-ютерной поддержки курса в виде электронных учебников, пакетов прикладных программ и других программных средств, позволяющую студентам втузов самостоятельно получать знания и умения по основному курсу «Механика» и осуществлять самоконтроль уровня усвоения материала.