Формирование графической компетентности студентов технического вуза на основе трехмерного моделирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

13.00.08 - Теория и методика профессионального образования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

ФОРМИРОВАНИЕ ГРАФИЧЕСКОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА НА ОСНОВЕ ТРЕХМЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Федотова Наталья Викторовна

Тамбов - 2011

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

Научный руководитель - доктор педагогических наук, профессор Петрунева Раиса Морадовна

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук, профессор Кострюков Андрей Всеволодович кандидат педагогических наук

Острожков Павел Алексеевич

Ведущая организация - ФГБОУ ВПО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Защита состоится 23 декабря 2011 г. в 14 часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.260.03 при ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Советская, 106, ТГТУ.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет» по адресу: 329032, г. Тамбов, ул. Мичуринская, 112.

Электронная версия автореферата размещена на официальном сайте ГОУ ВПО ТГТУ 23 ноября 2011г.Автореферат разослан 22 ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.п.н., профессор Л.В. Самокрутова

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Современные направления развития постиндустриального общества, характеризующиеся ростом наукоемкого производства, обуславливают необходимость усиления требований к подготовке высококвалифицированных технических специалистов. На рынке труда интерес для работодателя в настоящее время представляет специалист технического профиля, обладающий профессиональными компетенциями, которые соответствуют уровню развития современных проектно-конструкторских технологий. Работодатели предъявляют ряд требований к уровню подготовки молодых специалистов, декларируют намерение участвовать в формировании содержания подготовки будущих инженеров; предлагают отражать меняющиеся требования промышленности в тех программах, которые сегодня реализуют вузы; высказывают неудовлетворенность уровнем профессиональной и психологической готовности молодых специалистов участвовать в производственной деятельности. Работодатели требуют от выпускников технического вуза способности к изменению видов и способов деятельности с учетом современного состояния и перспектив развития производства, позиционировать себя в профессии как компетентного специалиста.

Проблема формирования профессиональной компетентности связана с переходом отечественной промышленности на рыночную экономику, с изменением целевых установок образования в связи с введением новых ФГОС ВПО, а также с необходимостью решения профессиональных задач с применением компьютерных технологий. Особое место в современном производстве отводится технологиям проектирования объектов профессиональной деятельности на основе трехмерного моделирования. Таким образом, графическая компетентность становится значимой составляющей профессиональной компетентности, уровень сформированности которой определяет успешность овладения знаниями в ходе подготовки по специальным дисциплинам и эффективность будущей профессиональной деятельности выпускников технического вуза. Следовательно, возникает необходимость теоретических и методических основ формирования графической компетентности специалистов инженерного профиля и совершенствования методик преподавания графических дисциплин в техническом вузе.

Степень научной разработанности проблемы. Вопросами, связанными с формированием компетентности в профессиональном образовании и компетентностного подхода занимались В.И. Байденко, И.Д. Белоновская, А.С. Белкин, И.А. Зимняя, Э.Ф. Зеер, Е.А. Климов, А.Я. Найн, Р.М. Петрунева, З.С. Сазонова, В.В. Сериков, А.В. Хуторской, С.Е. Шишов и др.

Дидактическим аспектам преподавания начертательной геометрии и инженерной графики (геометрического моделирования) посвящены работы Н.А. Бабулина, М.Б. Воловича, В.А. Гусева, В.А. Далингера, А.В. Кострюкова, В.И. Курдюмова, А.И. Лагерь, Г. Монжа, Н.А. Рынина, Я.А. Севастьянова, Е.С. Федорова, Н.Ф.Четверухина, В.И. Якунина и др. Вопросами разработки и внедрения компьютерной графики в учебный процесс занимались Г.Ф. Горшков, И.И. Котов, С.А. Фролов, Т.В. Чемоданова В.И. Якунин, и др. Проблемам визуализации и наглядности в обучении посвятили свои труды такие исследователи, как В.Н. Березин, Р.Л. Грегори, Е.И. Машбиц, Л.М. Фридман, Ю.Е. Шаболин, И.С. Якиманская, геометрическому моделированию при помощи компьютерных технологий П. Безье, К.И. Вальков, Н.Н. Голованов, М.И. Григорьев, П. Кастельжо, А.Л. Хейфец и др. Е.П. Вох рассматривалась графическая компетентность в контексте познавательной деятельности, П.А. Острожков выделяет факторы формирования графической компетентности, связанные с самостоятельной работой студентов. Следует отметить, что понятие «графическая компетентность» не было выделено в качестве отдельной составляющей профессиональной компетентности для выпускника технического вуза, хотя очевидна необходимость рассмотрения процесса формирования графической компетентности как составной части профессиональной, что вызвано потребностями практики современного производства.

Анализ научной литературы и диссертационных исследований позволяет сделать вывод о том, что при всей научной и методической ценности представленных работ, проблема формирования графической компетентности выпускников технического вуза требует дальнейшего научно-теоретического обоснования по таким направлениям как: овладение специальными знаниями, умениями и навыками, необходимыми для дальнейшей продуктивной профессиональной деятельности; развитого пространственного мышления, готовности использовать в учебной и последующей профессиональной деятельности современные методы автоматизированного проектирования, в частности методы трехмерного моделирования.

Таким образом, в настоящее время существует потребность разрешения объективно существующих противоречий между:

1. социальным заказом постиндустриального общества на подготовку компетентных технических специалистов, владеющих современными методами графического проектирования на основе трехмерного моделирования и существующей практикой обучения графическим дисциплинам в техническом вузе;

2. традиционными методами преподавания графических дисциплин в техническом вузе и необходимостью совершенствования преподавания графических дисциплин в контексте формирования и развития графической компетентности для успешного осуществления профессиональной деятельности выпускников вуза в проектно-конструкторской, научно-исследовательской, технологической деятельности.

Противоречия обозначили проблему исследования, которая заключается в определении теоретических и методических основ организации графической подготовки студентов технического вуза, обеспечивающих формирование графической компетентности как основы профессиональной компетентности выпускника вуза на базе использования трехмерного моделирования.

Выявленные противоречия, актуальность и необходимость решения обозначенной проблемы, а также ее недостаточная научно-теоретическая и практическая разработанность, обусловили тему исследования «Формирование графической компетентности студентов технического вуза на основе трехмерного моделирования».

Цель исследования - теоретическое и методическое обоснование процесса формирования графической компетентности будущих специалистов инженерного профиля в техническом вузе.

Объект исследования - процесс графической подготовки студентов в условиях высшего технического образования.

Предмет исследования - формирование графической компетентности студентов технического вуза на основе трехмерного моделирования.

Гипотеза исследования заключается в том, что формирование графической компетентности, обеспечивающей профессиональное продвижение студентов при дальнейшем изучении цикла специальных дисциплин, будет более эффективным, если:

1. графическая компетентность будет признаваться значимой составляющей профессиональной компетентности будущих инженеров, раскрываться в направленности на профессиональное развитие, предусматривать владение специальными знаниями, характеризоваться способностью эффективно применять знания, умения, навыки в графических дисциплинах на основе современных информационных технологий, а также актуализировать субъектные качества личности для решения профессиональных задач различной сложности в соответствии с требованиями постиндустриального общества;

2. графическая подготовка студентов технического вуза будет осуществляться на основе модели, учитывающей приоритетные направления и условия совершенствования графической подготовки в вузе и современные технологии для реализации профессиональной деятельности, которые обеспечиваются современным учебно-методическим сопровождением;

3. технология организации учебного процесса будет ориентирована на поэтапное достижение заданного уровня графической компетентности на основе современных средств обучения.

Цель и гипотеза исследования обусловили необходимость решения следующих задач:

1. раскрыть сущностные характеристики понятия «графическая компетентность» на основе анализа ФГОС ВПО нового поколения в условиях информационного общества;

2. определить и теоретически обосновать приоритетные направления и условия совершенствования графической подготовки студентов в техническом университете; разработать структурно-процессуальную модель формирования графической компетентности на основе трехмерного моделирования;

3. разработать технологию графической подготовки студентов с использованием современных графических пакетов программ для формирования графической компетентности;

4. разработать критериально-диагностический аппарат для определения уровней владения графическими дисциплинами студентами и степени сформированности их графической компетентности.

5. Провести опытно-экспериментальную проверку разработанной модели.

Теоретико-методологической основой исследования являются:

- деятельностный подход и теория поэтапного формирования навыков (В.П. Беспалько, Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, Н.Ф. Талызина.); системный подход в образовании (И.Ф.Исаев, В.А. Сластенин, Дж. Шилеппи), личностно-ориентированный подход (Ш.А. Амонашвили, В.В. Сериков; И.С. Якиманская);

- основные идеи философского понимания математического и пространственного мышления (Ж. Адамар, П.П. Блонский, Л.С. Выготский, Ж. Пиаже, Я.А. Пономарев, А. Пуанкаре, С.Л. Рубинштейн, Г.П. Щедровицкий), формирования пространственного мышления в процессе обучения геометрии (Г.Д. Глейзер, И.С. Якиманская), использования конструктивного подхода к изучению геометрии (А.Д. Александров, М.Б. Волович, В.А. Гусев, В.А. Далингер, А.В. Кострюков, А.А. Столяр, Л.М. Фридман др.);

- общедидактические принципы и критерии оптимизации учебного процесса (С.И. Архангельский, Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, В.С. Леднев, И.Я. Лернер, В.И. Загвязинский и др.);

- положения теории профессиональной педагогики и теоретические основы формирования профессиональной готовности специалиста к деятельности (А.П.Беляева, М.Т. Громкова, Л.И. Гурье, А.Л. Денисова, А.С. Казаринов, В.В. Кондратьев, Е.А. Климов, М.И. Махмутов, Н.Н. Михайлова, Н.В. Молоткова, Ю.Н. Семин, М.П. Сибирская, В.А. Сластенин, Ю.К. Стрелков);

- труды, посвященные теории и практике подготовки специалистов, формированию их профессионально важных качеств (А.А. Вербицкий, М.Т. Громкова, В.М. Жураковский, Э. Ф. Зеер, Е.А. Климов, Н.П. Клушина, С.В. Коршунов, П.Ф. Кубрушко, В.С. Леднев, А.К. Митина, Р.М. Петрунева, А.В. Пономарев, А.М. Новиков, Г.М. Романцев, И.П. Смирнов, Ю.Т.Татур, Н.В. Тельтевская, Е.В. Ткаченко, И.Б. Федоров, и др.);

- идеи компетентностного подхода в профессиональном образовании (В.И. Байденко, И.Д. Белоновская, А.С. Белкин, В.А. Болотов, И.А. Зимняя, Э.Ф. Зеер, Е.А. Климов, В.В. Кольга, М.Г. Минин, А.Я. Найн, Р.М. Петрунева, З.С. Сазонова, В.В. Сериков, А.В. Хуторской, С.Е. Шишов и др.);

- идеи о профессиональной ориентации содержания дисциплин по инженерной графике и начертательной геометрии (И.И. Акмаев, А.Д. Ботвинников, Г.Ф. Горшков, В.А. Козаков, В.А. Рукавишников, В.И. Якунин, и др.);

- идеи информатизации профессионального образования (Н.Г. Астафьева, Г.Ф. Горшков, А.Л.Денисова, И.Г. Захарова, М.П. Лапчик, И.И. Мархель, П.К. Петров, И.В. Роберт, М.С. Чванова, Т.В. Чемоданова и др.);

- разработки по проблеме самостоятельной познавательной деятельности студентов (В.В. Завьялов, В.Г. Кучеров, П.И. Пидкасистый и др.), в том числе при изучении графических дисциплин (Л.П. Григоевский, П.А. Острожков, Э.Г. Юматова).

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования:

а) теоретические: анализ философской, психолого-педагогической, дидактической и методической литературы по проблеме совершенствования графической подготовки будущих инженеров и формирования пространственного мышления и воображения; изучение и обобщение передового опыта преподавателей начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графики, изучение нормативных документов (ФГОС ВПО, учебных планов, рабочих программ), регламентирующих процесс графической подготовки в технических вузах;

б) эмпирические: педагогическое наблюдение, беседа, анкетирование, тестирование, изучение продуктов учебной деятельности и документации деканатов, педагогический эксперимент;

в) методы математической обработки экспериментальных данных и их интерпретация.

Эмпирическую базу исследования составил машинострительный факультет ФГБОУ ВПО «Волгоградского государственного технического университета». Эксперимент проводился на кафедре «Начертательная геометрия и компьютерная графика» со студентами первого курса.

Этапы исследования: диссертационное исследование осуществлялось поэтапно в период с 2003-2011 гг.

На первом этапе (2003-2005г.г.) (теоретико-аналитический) - проводился анализ философской, психолого-педагогической и методической литературы, формулирование актуальности и проблемы исследования, происходил сбор и анализ эмпирических данных, осмысление теоретических подходов к определению особенностей современной графической подготовки в техническом вузе, ее содержания и путей совершенствования. Анализ научных концепций, сопоставление и обобщение различных точек зрения позволил определить концептуальный замысел исследования.

Второй этап (2005-2009г.г.) - опытно-экспериментальный - был связан с проведением педагогического эксперимента в ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», в ходе которого проверялись выдвинутые гипотетические предположения, выявлялась эффективность организации подготовки по графическим дисциплинам на основе трехмерного моделирования, учебно-методического комплекса и учета опыта успешных преподавателей технических вузов РФ с использованием трехмерного моделирования, анализировались и систематизировались полученные эмпирические данные; создавался критериально-диагностический аппарат для определения уровней владения графикой студентами технического вуза, оценивалась сформированность графической компетентности у студентов контрольных и экспериментальных групп.

Третий этап (2009-2011г.г.) - описательно-итоговый. На данном этапе продолжался эксперимент по формированию графической компетентности с использованием учебно-методического комплекса, обсуждались результаты, обрабатывались результаты предложенной методики, систематизировались и уточнялись выводы, оформлялась диссертационная работа.

Научная новизна результатов исследования:

1. В содержании профессиональной компетентности выделена графическая компетентность, как личностная характеристика, раскрывающаяся в направленности на профессиональное развитие будущего технического специалиста и предусматривающая владение специальными знаниями, графическими умениями и практическими навыками необходимыми для дальнейшей деятельности конкурентоспособного специалиста, обладающего высокой мотивацией к конструкторско-проектной деятельности, развитым пространственным мышлением, готовностью к освоению новых технологий в профессиональной деятельности, к постоянному личностному и профессиональному росту в условиях информатизации общества.

2. Обоснована и разработана структурно-процессуальная модель формирования графической компетентности студентов технического вуза при изучении графических дисциплин, в основе которой лежит технология трехмерного моделирования с использованием современных графических программ, что способствует развитию пространственного воображения, более эффективному восприятию и пониманию студентами нового учебного материала.

3. Теоретически обоснованы и реализованы в учебном процессе условия совершенствования графической подготовки студентов технического вуза: отбор содержания учебного материала в соответствии с ФГОС ВПО с усилением их профессионально-контекстного содержания, использование в качестве ведущего педагогического средства формирования графической компетентности современных пакетов графических программ, создание и совершенствование методических систем обучения и соответствующих диагностирующих методик заданного уровня графической компетентности.

4. Разработана технология на основе учебно-методического комплекса дисциплины «Начертательная геометрия. Инженерная графика», базирующаяся на классических принципах «Начертательной геометрии». При этом она позволяет создавать наглядные трехмерные изображения реальных технических объектов сложной формы и получать на их основе проекционные чертежи, которые являются эквивалентами пространственных объектов. При этом у студентов вырабатывается навык перехода от трехмерных к двумерным изображениями и обратно.

5. Обоснована и экспериментально проверена система мониторинга графической подготовки на основе бенчмаркингового метода, дополнено научное знание о степени владения графикой и определяющих ее критериях. Определены уровни и критерии сформированности графической компетентности.

Теоретическая значимость результатов исследования состоит в том, что оно представляет графическую компетентность как важную часть профессиональной компетентности выпускника технического вуза; систематизирует и углубляет теоретические представления о сущности и значении графических дисциплин для профессионального становления будущих технических специалистов; может служить теоретической базой для дальнейшей разработки проблемы совершенствования преподавания графических дисциплин с помощью трехмерного моделирования в образовательном процессе высшей технической школы, в том числе на основе бенчмаркинга; развивает теорию педагогических измерений и пути совершенствования графической подготовки будущих инженеров.

Практическая ценность результатов исследования заключается во внедрении в подготовку технических специалистов в ГОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», что подтверждается Актом о внедрении ФГБОУ ВПО «Волгогадский государственный технический университет» комплекса учебных пособий, методических материалов (комплекс многоуровневых тестов, заданий и упражнений на развитие пространственного мышления), которые могут также использоваться в технических вузах при изучении курса «Начертательная геометрия. Инженерная графика», обеспечении вариативной базы для создания методических разработок и рекомендаций по организации графической подготовки и формированию графической компетентности будущих инженеров в условиях перехода к новым ФГОС. Разработанный методический подход способствует активизации учебно-познавательной деятельности студентов в процессе овладения графическими дисциплинами, мотивации к изучению данного курса и приобретения профессионально-значимого опыта.

В результате проведенного исследования на защиту выносятся следующие положения:

1. Сущностные характеристики графической компетентности как важной составляющей профессиональной компетентности специалиста инженерного профиля;

2. Структурно-процессуальная модель формирования графической компетентности студентов на основе трехмерного моделирования с учетом приоритетных направлений и условий совершенствования графической подготовки, а также технология организации учебного процесса для формирования заданных уровней графической компетентности студентов технического вуза;

3. Система мониторинга графических знаний, базирующаяся на бенчмаркинговом методе, позволяющая сделать заключение о результативности графической подготовки студентов технического университета с определением уровней и критериев графической компетентности. технический образование графический компетентность

Достоверность результатов исследования и сделанные на их основе выводы обеспечивались исходными методологическими позициями; комплексом методов педагогического исследования, адекватных его предмету, целям и задачам; репрезентативностью выборки; длительностью исследования, проводимого в условиях естественного эксперимента; опытно-экспериментальной проверкой гипотезы; использованием методов математической обработки статистических данных.

Апробация результатов исследования осуществлялась посредством публикации в печати в виде 4 статей в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 2 учебников, изданных в соавторстве, 3 учебных пособий, в том числе с грифом УМО по университетскому политехническому образованию, а также статей в сборниках научных трудов и материалов научных конференций и обсуждением на международных конференциях: IV научная международная конференция «Актуальные проблемы науки и образования» (Варадеро, Куба, 2009); Всероссийской заочной научно-практической конференции «Вопросы совершенствования предметных методик в условиях информатизации образования» (Славянск-на-Кубани, 2009); внутривузовских научных конференций Волгоградского государственного технического университета (Волгоград, 2008-2010 гг.) и отчетов на заседаниях кафедры начертательной геометрии и компьютерной графики ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет», на заседании межрегиональной научно-исследовательской лаборатории «Современные технологии в образовании и бизнесе» ФГБОУ ВПО «Тамбовский государственный технический университет». По теме исследования опубликовано 19 работ, авт. 13,44 п. л., а также издано 13 методических указаний к практическим работам, авт. 4,53 п. л.

Внедрение результатов исследования осуществлялось через практическую деятельность, как самого исследователя, так и преподавателей кафедры «Начертательная геометрия и компьютерная графика» ФГБОУ ВПО «Волгоградский государственный технический университет».

Объем и структура диссертации обусловлены логикой исследовательских задач. Диссертация включает в себя введение, три главы, заключение, список литературы и приложения.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Структура диссертации

Во введении обоснована проблема, выбор темы, ее актуальность, определены цель, задачи, объект, предмет, гипотеза, теоретико-методологическая основа, положения, выносимые на защиту, раскрыта научная новизна исследования, приведены сведения об апробации и внедрении результатов исследования.

В главе 1 «Научно-теоретические основы повышения эффективности графической подготовки студентов технического вуза», проведен ретроспективный анализ исследуемой проблемы, проанализирована литература по проблеме профессиональной подготовки бакалавров, уточнена сущность графической подготовки, определены пути повышения графической подготовки в техническом вузе. Рассмотрено понятие профессиональной компетентности специалиста инженерного профиля на основе анализа профессиональной деятельности специалиста данного профиля, обоснована значимость графической компетентности как составной части профессиональной компетентности и показана необходимость достижения высокого уровня его сформированности.

Как показывает обзор специальной литературы, формирование профессиональных требований к специалисту, как правило, рассматривается с позиций формирования компетентности (А.Г. Бермус, Н.Ф. Ефремова, И.А. Зимняя, Д.С. Цодикова), а также нового подхода к конструированию образовательных стандартов (А.В.Хуторской и др.). В работах доказывается, что компетентность представляет собой совокупность способностей, качеств и свойств личности, необходимых для успешной деятельности в определенной сфере. Профессиональная компетентность рассматривается как интегральная характеристика деловых и личностных качеств, отражающая нравственную позицию выпускника технического вуза, уровень знаний, умений, опыта, достаточных для достижения целей профессиональной деятельности. При этом его деятельность при решении профессиональных задач и проблем должна быть организованной и самостоятельной. Качество графической подготовки бакалавров является одним из показателей их профессиональной компетентности.

Общепрофессиональная подготовка и углубленная специализация позволяет выпускнику осуществлять профессиональную деятельность - от конструкторской до научно-исследовательской. Ориентация на формирование графической компетентности как неотъемлемой части профессиональной подготовки позволит выпускнику сократить до минимума период адаптации в профессиональной сфере, проявлять творческий подход и креативность при решении конкретных производственных задач.

В связи со стремительной информатизацией, в сфере преподавания графических дисциплин наблюдается переломный момент, когда решается вопрос о том, какова доля ручного черчения при обучении студентов технических вузов. Одни ученые ставят под сомнение изучение начертательной геометрии, предлагая полностью заменить ее методами твердотельного моделирования с помощью графических программ (В.А. Рукавишников); другие - предлагают изучать методы начертательной геометрии в полном объеме, разделив их на отдельные дисциплины ? инженерную графику и компьютерную (Л.Г. Нартова, В.И. Якунин).

Нет единого мнения относительно содержания общепрофессиональной подготовки, об обязательном усвоении студентами специальных знаний, умений и навыков, необходимых для их будущей деятельности (Б.М. Бим-Бад, В.А. Сластенин и др.). Другие исследователи считают, что в структуру данного понятия также необходимо включить средства формирования личности, ее опыта, нормы поведения (В.П. Беспалько, В.С. Леднев, Р.М. Петрунева, Ю.Г. Татур и др.). В качестве одного из основных положений обновления содержания образования провозглашается компетентностный подход, которому уделено большое внимание в трудах В.И.Байденко, В.А. Болотова, И.А. Зимней, В.В. Серикова, Ю. Г. Татура, А.В. Хуторского и др.

Предмет «Начертательная геометрия», с одной стороны, является теоретической основой для создания чертежей машин и механизмов, а с другой - является базовым для общеинженерных дисциплин. Он связан междисциплинарными отношениями с «Инженерной графикой», «Теоретической механикой», «Теорией машин и механизмов», «Деталями машин» и другими предметами общеинженерного цикла. Опираясь на принцип двойного вхождения базисных компонентов содержания образования в систему (по В.С. Ледневу), принцип преемственности относительно базовой системы понятий дисциплины (по Е.А.Ракитиной), мы определяем графическую подготовку в техническом вузе как процесс усвоения специальных графических и геометрических знаний, направленный на профессиональное развитие будущего инженера, готового к профессиональному росту, самообразованию, решению нестандартных практических задач с помощью современных компьютерных технологий.

В работе под графической компетентностью будущего инженера понимается значимая составляющая профессиональной компетентности, которая характеризуется способностью студентов эффективно применять знания, умения, навыки в графических дисциплинах на основе современных информационных технологий, а также актуализировать субъектные качества личности для решения профессиональных задач различной сложности в соответствии с требованиями постиндустриального общества.

В ходе исследования проведен содержательный анализ профессиональной деятельности технического специалиста на основе ФГОС ВПО. Полученные данные соотнесены с рассмотрением сущности и структуры профессиональной компетентности технического специалиста, в которой в качестве базовых выделены производственные, организационные, научные, проектно-конструкторские составляющие. Каждая составляющая, в свою очередь, включает графический компонент, что позволило выделить графические компетенции и включить их в составную часть профессиональных компетенций.

Анализ научных исследований и собственный педагогический опыт автора позволили акцентировать внимание на графической компетентности технического специалиста. Графическая компетентность пронизывает все другие профессиональные и специальные компетентности и является базисом и средством их совершенствования, выступает предпосылкой к развитию научно-исследовательской деятельности, заключает в себе возможности для успешного решения профессиональных задач, опирается на развитое при помощи компьютерных технологий пространственное мышление и способствует развитию творческих способностей.

Таким образом, графическая подготовка в техническом вузе должна быть ориентирована на формирование и развитие высокого уровня графической компетентности, что требует дополнительного исследования вопроса отбора содержания и выбора методов и средств обучения в рамках освоения графической подготовки.

Глава 2 «Современные компьютерные технологии как средство формирования графической компетентности» посвящена изучению проблем подготовки будущих инженеров в области графических дисциплин, определены приоритетные направления совершенствования графической подготовки студентов, моделированию системы графической подготовки студентов, совершенствованию технологии организации учебного процесса для формирования заданных уровней графической компетентности студентов технического вуза.

Совершенствование графической подготовки будущих специалистов инженерного профиля в нашем исследовании предполагает выявление, теоретическое обоснование и внедрение в учебный процесс таких условий организации графической подготовки, которые будут этому содействовать. К их числу отнесены:

а). Отбор содержания учебного материала с усилением профессионального контекста: объекты графической работы должны иметь прототипами реально существующие детали и сборочные единицы, адаптированные с учетом особенностей обучения изучаемой дисциплины - только в этом случае происходит развитие профессионального интереса к графическим дисциплинам.

б). Использование в качестве ведущего педагогического средства графической подготовки и повышения ее качества современных графических программ, таких как AutoCAD, КОМПАС, SolidWorks и т.д. В качестве основных требований к программам определены: возможность создания двухмерных чертежей, отвечающих ГОСТам и стандартам; разнообразный круг инструментов для моделирования объемных объектов. В качестве дополнительных требований были приняты: дружественный интерфейс, доступные машинные ресурсы, доступная для учебных заведений цена, использование данных графических пакетов на производстве, поскольку современные графические программы активно внедряются во все сферы инженерной деятельности.

в). Педагогическое взаимодействие преподавателя и обучающихся в ходе учебно-воспитательного процесса на основе партнерских отношений, обеспечение формирования устойчивых мотивов к изучению графических дисциплин. Основными аспектами взаимодействия нами определены: гуманизация обучения как основа педагогического общения, организация плодотворной самостоятельной работы студентов и психолого-педагогическое сопровождение учебного процесса, в т. ч. процедуры контроля знаний.

г). Создание и совершенствование технологии и модели обучения, ориентированных на развитие графической компетентности, формирование умений к самостоятельному приобретению знаний, освоению новых технологий проектирования, связанных с профессиональной деятельностью.

д). Разработка диагностирующих методик для установления уровня графической компетентности, контроля и оценки знаний.

При обучении графическим дисциплинам современный уровень программных и технических средств позволяет перейти от традиционных ручных методов создания чертежей к новым технологиям. Выделены следующие подходы на основе компьютерных технологий. Первый подход базируется на двухмерной графической модели, при этом компьютер используется как электронный кульман.

Второй подход характеризуется созданием трехмерной геометрической модели проектируемого изделия. Применение компьютерных методов, позволяющих создавать пространственную модель оригинала, решать геометрические задачи и получать изображения оригинала на плоскости по пространственной модели, обеспечивает переход на более высокий качественный уровень конструирования, позволяющий не только строить графические изображения, но и рассчитывать массоинерционные свойства изделия (масса, объем, центр инерции, момент инерции). В процессе профессиональной деятельности выпускникам технического вуза приходится решать задачи, связанные с пространственными образами, производить умственные действия, направленные на преобразование пространственных объектов и мысленное воссоздание формы объекта. Из вышесказанного следует вывод о том, что при подготовке по графическим дисциплинам необходимо с самых первых шагов развивать пространственное мышление студентов с помощью компьютерных технологий.

Содержание традиционной теории изображений составляют методы изображений; изучается не столько само изображение, сколько методы его построения: аксонометрия, метод проекционного чертежа, метод Монжа -- и, как следствие, дублируется решение одних и тех же задач. Традиционные методики обучения направлены на изучение плоскостных изображений, чтение эпюров, в основе которых лежит целая система умственных действий, направленных на мысленное воссоздание формы предмета, что вызывает у студентов трудности восприятия учебного материала. С целью повышения эффективности обучения и в связи с компьютеризацией учебного процесса необходима частичная переструктуризация учебных программ и технологий.

Предложенный нами подход к обучению на основе трехмерного моделирования не вступает в противоречие со сложившимся традиционным алгоритмом формирования изображений на основе ортогонального проецирования. При разработке структуры занятий отправной точкой являлась идея использования трехмерного моделирования не только как демонстратора показа, но и как активного инструмента решения графических задач.

Для экспериментальной группы были внесены изменения в рабочую программу по дисциплине «Начертательная геометрия. Инженерная графика». Содержательно-логическая структура учебного материала представлена следующими укрупненными дидактическими единицами: основы работы с графическими пакетами; принципы работы с координатными системами и объектами (точка, прямая, плоскость); принципы формообразования поверхностей, многообразие способов их построения; решение позиционных задач на взаиморасположение объектов относительно друг друга в пространстве; определение линий пересечения поверхностей.

Рис. 1 Структурно-процессуальная модель формирования графической компетентности студентов технического вуза

Инженерная графика как учебная дисциплина, строго ориентированная на стандарты выполнения графических изображений, содержательно дополняется: раздел «Аксонометрия» заменен построением трехмерных объектов в форме презентаций с использованием динамического движения, наложением текстуры, цвета, света и фона; создание сборочных единиц с параметризацией объектов.

В результате проведенной экспериментальной работы отмечены положительные результаты при планировании студентами учебного времени: увеличилось число вовремя сданных графических работ, уменьшилось количество типовых ошибок в выполненных работах, а также сократилось время на их исправление, повысилось качество восприятия нового материала и формирование навыков осознанной работы в графическом редакторе, и как следствие, опыта профессиональной деятельности будущего инженера.

В результате исследования теоретических и методических работ по применению компетентностного, системного и личностно-ориентированного подходов нами предложена структурно-процессуальная модель (рис.1) формирования графической компетентности студентов, изучающих «Начертательную геометрию» и «Инженерную графику» на основе компьютерных технологий Так, целевой блок предполагает обоснование целей и задач формирования графической компетентности и детерминирует развитие профессиональных компетентностей.

В процессе исследования выделены и включены в отдельный блок приоритетные направления совершенствования графической подготовки и определены педагогические условия, обеспечивающие единую организационно-методическую стратегию обучения графическим дисциплинам.

В содержательный блок включены методы, средства организации учебного процесса с учетом необходимости развития и формирования графической компетентности, состоящей из содержательно-профессионального, творческого и ценностно-мотивационного компонента. Определены основные этапы формирования графической компетентности, отнесенные в процессуальный блок. Особое внимание уделено результативному блоку формирования графической компетентности, определены уровни, критерии и показатели владения графикой студентами, изучающими графические дисциплины на основе трехмерного моделирования. Поскольку в состав содержательного блока (рис.1) включен учебно-методический комплекс, то нами представлена технология организации учебного процесса для формирования заданных уровней компетентности (рис.2).

Учебно-методический комплекс включает рабочую программу по дисциплине «Начертательная геометрия» для направлений 1509 (технология, оборудование и автоматизация машиностроительного производства) и 2202 (автоматизация и управление), авторское учебное пособие, методические указания, тесты по диагностике пространственного мышления, комплект разноуровневых задач, основанный на применении технологии трехмерного моделирования, варианты семестровых заданий по дисциплине.

В диссертации подробно раскрыты назначение и компоненты подготовительного блока, процессуального, результативного, блока диагностики достижений и корректировки изменений в методику преподавания.

Опыт применения авторского учебно-методического комплекса в учебном процессе продемонстрировал, что систематическая работа с ним способствует развитию у студентов пространственного мышления и воображения, облегчает восприятие нового материала и формирует графическую компетентность, которая является составной частью профессиональной компетентности.

В третьей главе «Исследование эффективности использования средств трехмерного моделирования в процессе становлении графической компетентности будущего инженера» раскрывается логика и содержание основных этапов экспериментальной работы, дается анализ эмпирических результатов, полученных в процессе реализации технологии, содействующей совершенствованию графической подготовки студентов технического вуза. Для определения результативности графической подготовки студентов технического вуза, были выявлены и теоретически обоснованы уровни владения графическими знания- ми на основе бенчмаркингового метода, определению места и роли бенчмаркингового метода как инструмента педагогического мониторинга качества подготовки технических специалистов в вузе по графическим дисциплинам.

Рис.2. Технология организации учебного процесса для формирования заданных уровней графической компетентности студентов технического вуза.

Основными критериями выделения данных уровней явились использование опыта преподавателей графики из разных вузов России и требования работодателей для технических специалистов. Они включают: 1) качество построения графических изображений, распознавания и чтения чертежа; 2) уровень успеваемости и освоение содержания изучаемых дисциплин; 3) уверенное

знание современных технологий, применяемых в мировой конструкторской практике; 4) знание принципов работы современного чертежного оборудования; 5) развитость навыков работы на персональном компьютере; 6) умение обслуживать чертежное оборудование в необходимых пределах; 7) владение основами конструкторского документооборота, стандартами ЕСКД; 8) знание английского языка как показателя способности работать с технической документацией на иностранном языке; 9) творческий подход, инициативность, креативность в решении конструкторско-графических проблем.

В эксперименте участвовали студенческие группы первого курса машиностроительного факультета ФГБОУ ВПО «Волгоградского государственного технического университета». Достоверность полученных данных обеспечивалась репрезентативностью выборки и значительным количеством полученных и проанализированных данных по различным параметрам в течение длительного периода.

Проведение педагогического эксперимента предполагало обучение в контрольных группах с применением традиционной методики обучения, а в экспериментальных - внедрение новой технологии организации графической подготовки на основе трехмерного моделирования для формирования заданного уровня графической компетентности студентов технического вуза.

В констатирующем эксперименте проводилась предварительная диагностика уровня владения графикой студентами технического вуза, выявлялась сформированность профессионального интереса к изучению графических дисциплин как источнику получения новейшей информации для учебной, научной и профессиональной деятельности, анализировались продукты учебной деятельности студентов. Результаты диагностики позволяют сделать вывод о низком уровне мотивации к овладению графическими дисциплинами. Студенты недостаточно осознают цель их изучения в вузе, слабо представляют значимость графики для будущей профессиональной деятельности инженера.

На каждом этапе педагогического эксперимента производился сбор эмпирического материала, его обработка и предварительный анализ полученных результатов. В завершение экспериментального исследования были получены данные итогового среза по определению достигнутого уровня владения графическими навыками студентами, что позволило провести сравнительный анализ достижений студентов исследуемых групп (рис.3).

Степень сформированности профессионального интереса, мотивации к изучению графических дисциплин и учебно-познавательная активность студентов интегрируются в учебные достижения, которые оцениваются традиционными методами - через оценку (5-ти или 100-бальная шкала).

Анализ полученных данных свидетельствует о том, что в традиционных условиях студенты контрольной группы имеют невысокий уровень владения графикой, т.е. явно видна необходимость совершенствования графической подготовки посредством внедрения в учебный процесс технологии формирования графической компетентности средствами трехмерного моделирования, которые получили теоретическое обоснование в первой главе.

Методы обучения (словесные, наглядные, объяснительно-иллюстратив-ные, контроль за результативностью овладения знаниями, совместная работа преподавателя и студента) применялись в единстве с различными дидактическими средствами (учебные пособия, задачи для развития пространственного мышления, пособие по начертательной геометрии по разделу «Пересечение поверхностей», разноуровневые задачи, тесты, методические указания по работе с графической программой AutoCAD), которые позволяют активизировать процессы, направленные на формирование графической компетентности.

Рис. 3 Средний балл сдачи экзамена по начертательной геометрии студентами контрольной и экспериментальной группы по годам (по традиционной шкале и с учетом рейтинговой оценки)

Структура учебно-методического комплекса формирования графической компетентности студентов представлена на рис. 4. Организация работы в группах на практических занятиях способствовала тому, что количество вносимых преподавателем исправлений после проверки уменьшилось на 85%, количество обращений к преподавателю за консультацией - в 3 раза, количество ошибок при решении задач уменьшилось на 56 %. Анкетирование студентов эксперимен тальной группы показало, что подавляющее большинство не относят начертательную геометрию к числу самых трудных для сдачи дисциплин и позитивно относятся к предмету «Инженерная графика» изучаемом во втором семестре, и в котором не используется черчение вручную.



Рис. 4. Структура учебно-методического комплекса формирования графической компетенции студентов технического вуза

Согласно данным, приведенным в 3 главе, уровень владения графикой студентами экспериментальной группы существенно повысился, в то время как аналогичный показатель контрольной группы остался практически на одном уровне.

Достоверность полученных результатов проверялась с использованием критерия Стьюдента, который равен 3,843.

Таким образом, полученные в процессе опытно-экспериментальной работы эмпирические данные подтвердили причинно-следственную связь между внедрением новой технологии обучения графическим дисциплинам с использованием учебно-методического комплекса (рис. 4) и формированием графической компетентности студентов технического вуза.

В рамках данного эксперимента внимание акцентировалось не только на повышении успеваемости по графическим дисциплинам, но и на формировании и изменении заданных уровней сформированности графической составляющей в профессиональной компетентности будущего инженера. Оценивались способности осуществлять выбор профессионально значимых средств и навыки их использования в процессе изучения специальных дисциплин на старших курсах при решении профессионально ориентированных задач, при курсовом проектировании, результаты выпускных бакалаврских работ, активность в научно-исследовательской работе, стремление к совершенствованию в профессиональной сфере. Положительная динамика уровней графической компетентности по выделенным показателям, свидетельствует об эффективности предложенной технологии (рис. 5).

Рис. 5. Оценка сформированности графической компетентности в контрольной и экспериментальной группе.

Разумеется, полученные на этой основе выводы не претендуют на окончательное и исчерпывающее решение проблемы совершенствования графической подготовки студентов технического вуза и предполагают проведение других исследований, связанных с преподаванием графических дисциплин на вечернем и заочном отделениях.

В заключении диссертационного исследования обобщены результаты, подведены итоги, позволившие подтвердить гипотезу и решение поставленных задач, сформулированы основные выводы, конкретизированы перспективы дальнейшего исследования поставленной проблемы; проанализированы результаты экспериментальной проверки с позиций реализации поставленных задач.

Результаты квалификационных бакалаврских работ, положительные отзывы экспертов - руководителей проектов и преподавателей дисциплин по специальности - также подтверждают эффективность предложенной технологии обучения графическим дисциплинам студентов технического вуза.

Проведенное исследование затронуло лишь одно из направлений в решении проблемы преподавания графических дисциплин в техническом вузе и определило необходимость дальнейшей разработки и теоретического обоснования более полного комплекса технологии формирования профессиональной компетентности и диагностических методик с целью повышения качества подготовки высококвалифицированных специалистов, в том числе в системе заочного и дистанционного образования.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ ПУБЛИКАЦИЯХ АВТОРА

Статьи, в изданиях рекомендованные ВАК РФ

1. Федотова Н.В., Педагогические условия повышения эффективности графической подготовки будущих инженеров / Н.В. Федотова // Журнал Вопросы современной науки и практики. Университет имени В.И.Вернадского. - Тамбов, 2010.- Вып.3.-с. 124-126 (0,2 п.л.).

2. Федотова Н.В., Бенчмаркинговый метод определения уровней владения графикой студентами технического вуза / Н.В. Федотова // Журнал Вопросы современной науки и практики. Университет имени В.И.Вернадского. - Тамбов, 2010.- Вып.4.-с. 240-243 (0,38 п.л.).

3. Федотова Н.В., Технология трехмерного моделирования в преподавании графических дисциплин в техническом вузе / Н.В. Федотова // Известия Волгоградского государственного технического университета. - Волгоград, 2011(Сер. Проблемы социально-гуманитарного знания) Вып.10. - с. - 132-134с. (0,31 п.л.).

4. Федотова Н.В., Трехмерное моделирование в преподавании графических дисциплин / Н.В. Федотова // «Фундаментальные исследования», // Российская Академия Естествознания.- М., Вып. 12(часть1). - 68-70с. 2011, Россия (0,3 п.л.).

Учебники, учебные пособия

5. Проектирование спецмашин. Ч.3. Проектирование самоходных артиллерийских установок: учебник. Доп. УМО вузов по университетскому политехн. образованию / В.Ф. Зубков, В.И. Колмаков, В.Г. Кучеров, В.В. Новиков, Н.В. Федотова, Г.В. Ханов, В.А. Шурыгин и др.; под ред.чл.-корр. РАРАН А. Королева, чл.-корр. МАНПО В.Г. Кучерова; МГТУ им. Н.Э. Баумана, ВолгГТУ. - Волгоград: РПК «Политехник», 2007. - 348 с. (22 п.л., авт. 1,1 п.л.)

6. Проектирование спецмашин. Ч.2 Лафеты: учебник. Доп. УМО вузов по университетскому политехн. образованию / Е.И. Бобков, А.А. Королев, В.Г. Кучеров, Н.В. Федотова, Г.В. Ханов др., под ред. чл.-корр. РАРАН А. А. Королева, чл.-корр. МАНПО В.Г. Кучерова; - Волгоград: 2009. - 384 с. (24 п.л., авт. 0,9 п.л.)

7. Инженерная графика (основы начертательной геометрии и черчения): учеб. пособие./Сост. Ю.С. Елагин, Г.В. Ханов, Р.П. Хомкина, Н.В. Федотова; ВолгГТУ. - Волгоград: РПК «Политехник», 2004. - 91с. (5,75 п.л., авт. 1,7 п.л.)