Информационные технологии в подготовке инженера и его профессиональной деятельности

УДК:378 ББК:74.58

Тараканов А.В.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ПОДГОТОВКЕ ИНЖЕНЕРА И ЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

Tarakanov A. V.

INFORMATION TECHNOLOGY IN THE PREPARATION OF THE ENGINEER AND HIS PROFESSIONAL ACTIVITY

Ключевые слова: профессиональная подготовка, информационные технологии, содержание обучения, профессиональная деятельность, теория обучения, методика обучения, вуз, учебные задачи, профессиональные задачи, компетенции.

Keywords: vocational training, information technology, learning content, professional activity, learning theory, teaching technique, high school, learning tasks, professional tasks, competences

Аннотация: в статье исследуется применение информационных технологий в профессиональной деятельности инженера для дальнейшего формирования содержания обучения. Рассмотрены теоретические и методические аспекты обучения с применением информационных технологий.

Abstract: this article examines the application of information technologies in professional activity of engineer for further development of the training content. Theoretical and methodological aspects of teaching with application of information technologies.

На рубеже XX - XXI вв. в жизни современного общества произошли значительные изменения, связанные в основном с формированием информационного общества. Развитие такого направления, как информационные технологии существенно изменило образ мира. На современном этапе могущество и рейтинг того или иного государства во многом определяются не только объемами промышленного производства, но и его информационными возможностями. На смену ценностям, характерным для индустриального общества, пришли другие, которые во многом определяются информационными ресурсами государства.

Процесс развития информационных технологий существенно повлиял на инженерную деятельность, роль которой в жизни современного общества неизмеримо возросла. Практическое использование научных знаний, повышение эффективности научных исследований и разработок придает все большую значимость профессиональной деятельности инженера.

Информатизация выдвинула на первый план новую отрасль - информационную индустрию, связанную с производством технических средств, методов, технологий для производства новых знаний.

За последние десятилетия значительные изменения произошли как в оснащенности промышленного производства средствами вычислительной техники, так и в формах и содержании инженерной деятельности. Повсеместное применение ЭВМ во всех сферах профессиональной деятельности современно-

го инженера - проектировании, конструировании технологического оборудования и систем, научных исследованиях, организации управления и планирования производства -предъявляет дополнительные требования к уровню подготовки специалистов в области информационных технологий, овладению ими совершенно новыми компетенциями.

Современные информационные и коммуникационные технологии представляют одно из самых значительных достижений человеческой мысли, их влияние на научно -технический прогресс переоценить очень сложно. Области применения средств вычислительной техники постоянно расширяются -от мощных вычислительных систем для научных исследований и управления технологическими объектами до простейших систем, встраиваемых в бытовую технику.

Компьютерная техника быстро и прочно вошла в нашу повседневную жизнь. Еще несколько лет назад персональный компьютер был редкостью из-за высокой стоимости, даже не все организации могли себе позволить его приобрести. А теперь невозможно представить жизнь современного человека без компьютерной техники. Компьютеры перестали быть доступными только для заводов, банков, крупных объединений. В настоящее время они стали достоянием и небольших предприятий, магазинов, учреждений и т.д.

Практически в любой организации имеется необходимость обработки документации и оперативного использования корпоративной информации. Персональный компьютер стал незаменимым средством для вывода на экран

дисплея широкоформатных таблиц и графического материала, организации бухгалтерских расчетов и т.п.

С помощью компьютерных систем осуществляется ведение документации, обеспечивается передача данных по электронной почте и связь с базами данных. Компьютерные сети связывают различных пользователей, расположенных в одном учреждении (корпоративная сеть) или находящихся в различных регионах страны.

Особую роль сегодня играет компьютерная глобальная сеть Internet, имеющая несколько сотен миллионов абонентов в более чем в ста странах мира. Фактически Internet образует своего рода ядро, обеспечивающее связь различных информационных сетей. Эта сеть предоставляет уникальные возможности глобальной связи по всему миру. Это оказывается очень удобным для фирм, имеющих свои филиалы в разных странах, транснациональных корпораций и структур управления. На сегодняшний день ни одно коммерческое учреждение не обходится без компьютерной техники, так как своевременное получение и анализ достоверной информации, принятие соответствующих управленческих решений являются залогом успешной деятельности организации в условиях жесткой конкуренции на мировом рынке.

Вычислительные системы нашли свое применение при выполнении широкого круга производственных задач. Благодаря системам управления, реализуемым на основе широкого применения микропроцессоров, обеспечивается бесперебойная работа сложных технических систем. Особую актуальность это имеет для так называемых опасных производств -химического, нефтехимического, атомного и др., требующих соответствующих систем управления, способных адекватно реагировать на быстротекущие процессы, время которых порой достигает долей секунды.

Микропроцессоры применяются в системах, контролирующих различные физические параметры (температура, давление, влажность и т.п.) при управлении различными технологическими процессами. В случае отклонения системы от заданных режимов работы вырабатываются соответствующие управляющие воздействия, восстанавливающие требуемые параметры процесса. Они же используются для управления робототехниче-скими системами, на которые возлагаются значительные надежды в плане освобождения человека от монотонного и тяжелого физического труда. И надо сказать, что эти надежды имеют под собой весомые основания. Так, уже созданы робототехнические устройства, качественно осуществляющие многократно

повторяющиеся операции (затягивание болтов или окраску деталей кузова) на автомобильных заводах. Робототехнические устройства широко применяются для выполнения работ, которые для людей оказываются слишком тяжелыми или невозможными (например, в условиях сильного радиационного излучения или загазованности, при изготовлении опасных химических препаратов и т.д.). Во многих случаях внедрение гибких автоматизированных систем и линий способствует повышению производительности труда и снижению себестоимости продукции.

На современном этапе информатизации социума без компьютеров не обходится разработка любого большого и сложного проекта, например, создание нового самолета, корабля, здания или автоматизированной системы управления. Такого рода проекты, как правило, представляют собой один из самых трудоемких видов инженерной работы. Целые коллективы конструкторов и инженеров тратят месяцы на исследования, расчеты, изготовление чертежей и моделирование сложных технических объектов и систем. В то же время сегодня уже трудно представить, каковы были бы временные затраты без применения систем автоматизированного проектирования, позволяющих конструкторам в значительной степени сосредоточить свое внимание на истинно творческой работе.

В настоящее время трудно вообразить производство сложных наукоемких изделий без применения вычислительной техники. Так, при конструировании самолетов с помощью компьютера, например, можно исследовать влияние формы фюзеляжа на рабочие характеристики самолета. С помощь таких устройств, как электронное перо и планшет, конструктор быстро и легко вносит любые изменения в проект, при этом результаты тут же появляются на экране дисплея. Компьютер может представить какую-то часть чертежа в увеличенном масштабе или под различными углами зрения. Подобная техника позволяет испытывать большое количество разнообразных проектов, не создавая каждый раз экспериментального макета. В результате экономятся время и средства.

Применяются компьютеры и при проектировании различных технических объектов, зданий, мостов, сооружений и т.д. На первом этапе создается подробная наглядная модель, а затем с помощью компьютера определяется форма, рассчитываются размеры, вес объекта и т.д. Затем на основе полученных данных вносятся соответствующие изменения в первоначальный проект. Проектно-конструктор-ская деятельность инженера на сегодняшний момент неосуществима без привлечения вы-

сокоинтеллектуальных технологий, так как при разработке сложных систем на различных этапах проектирования очень часто возникает

необходимость возврата к предыдущему этапу.

Разработка практически любого современного технического объекта или системы выполняется сегодня группой специалистов в условиях жесткой дифференциации труда. Это обусловливает необходимость обмена результатами их работы на всех этапах проектирования для координации дальнейших действий, что, в свою очередь, потребовало внедрения информационных технологий в процесс организации и управления инженерной деятельностью.

Особое место в инженерной деятельности занимают вычислительный эксперимент и имитационное моделирование различных технологических объектов и систем. В докомпьютерную эру приходилось создавать материальные (натурные) модели, что требовало значительных дополнительных временных и материальных затрат. Более того, моделирование некоторых процессов без применения микропроцессорной техники осуществить вообще невозможно в силу их необычности, вредности, опасности и т.п. Правда, при этом приобретает особую актуальность проблема адекватности компьютерной модели реальному объекту, явлению или процессу.

Незаменимой оказывается помощь компьютера при инженерных исследованиях, в ходе которых необходимо собрать информацию из сотен источников, систематизировать ее, провести тщательный анализ, с тем, чтобы сделать соответствующий вывод.

Несомненно, применение компьютеров стало обыденным делом при выполнении инженерных расчетов. Более того, появление информационных технологий привело к кардинальному изменению среды создания и формы представления технической информации.

Конструкторско-технологическая документация во многих отраслях промышленности все в большей степени создается в среде интегрированных систем автоматизированного проектирования и производства (CAD/CAM/CAE). В этих системах:

CAD - Computer aided design - инженерное программное обеспечение для проектирования и конструирования;

CAM - Computer aided manufacturing -общее наименование инженерного программного обеспечения для подготовки производства;

CAE - Computer aided engineering - программное обеспечение для проведения расчетов (прочность, динамика, акустика и т.п.);

PDM - Product data management - систе-

ма управления проектом.1

Интенсивный переход к проектированию, изготовлению и эксплуатации техники на основе информационных технологий - это сложный и наукоемкий процесс, зависящий от решения ряда взаимосвязанных научных, инженерных и организационно-управленческих задач.

Это обстоятельство предопределяет необходимость внедрения в различных областях информационных систем, сложность которых постоянно возрастает. Современные крупные проекты по разработке информационных систем характеризуются, как правило, следующими основными особенностями:

- сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов, данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного анализа и моделирования объекта разработки;

- отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;

- необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых информационных систем и технических объектов.

Для успешной реализации таких проектов необходимо осуществить адекватное описание объекта разработки, построить полные и непротиворечивые информационные и функциональные модели информационной системы. Накопленный к настоящему времени опыт проектирования информационных систем показывает, что это логически сложная, трудоемкая и длительная по времени работа, требующая высокой квалификации инженера. До последнего времени проектирование информационных систем выполнялось преимущественно на интуитивном уровне. В основном применялись неформализованные методы, базирующиеся на практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования информационных систем.

На современном этапе при проектировании информационных систем применяются программно-аппаратные комплексы, реализующие CASE-технологию создания и сопровождения информационных систем. Обычно под термином CASE (ComputerAided SoftwareEngineering) понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения информационных систем (ИС). Эти процессы включают анализ и формулировку требований к ИС, проекти-

1 Юрин В.Н. Инженерное образование и информационные технологии: проблемы и опыт их решения / В.Н. Юрин // Вестник машиностроения. -1998. - Э.5. - С. 44-51.

рование прикладного программного обеспечения (приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом и т.д. CASE-средства вместе с системным программным обеспечением и техническими средствами образуют полную среду разработки информационных систем, являясь средством автоматизации системотехнической деятельности современного инженера.

В целом виртуализация и информатизация профессиональной деятельности инженера предъявляет все более жесткие требования к его компетенциям. Сегодня не достаточно обладать определенным набором знаний и умений, а необходимо уметь применять их в конкретных ситуациях. С другой стороны стремительное развитие компьютерных технологий и их влияние на социальную жизнь общества требует от инженера не только профессионально ориентированных компетенций в сфере информационных технологий и постоянного повышения квалификации в этой области, но и общей культуры, особенно при социотехническом проектировании.

Исходя из проведенного анализа1 можно констатировать, что инженерная деятельность, формировавшаяся веками, сложна и многогранна. Она предстает как совокупность конкретных исторических способов реализации духовно-практического созидания материального мира, а также как способ праксео-логического преобразовательного отношения субъекта к объекту на основе познавательной деятельности, опосредующей техническую деятельность. При таком подходе сущностью инженерной деятельности выступает «произведение» субъектом объекта в идеально-образцовой или материально-образцовой форме.

Задачей современного инженера сегодня является не только создание технических систем, механизмов и т.п., но и обеспечение их нормального функционирования в социуме. Последнее обстоятельство входит в очевидное противоречие с тем, что ориентация современного выпускника только на естественнонаучное и техническое знание не отвечает роли инженера в современном научно-техническом развитии общества. В связи с этим возникает необходимость рассмотрения гуманитарных наук в качестве еще одного источника общекультурного компонента содержания профессиональной подготовки будущего инженера в условиях современной си-

1 Пугач В.И., Тараканов А.В. Развитие содержания профессиональной подготовки инженера в области информационных технологий: Монография. - Самара, 2007. 118 с.

стемы образования. Однако междисциплинарный контекст технических и гуманитарных наук как источник общекультурного компонента содержания профессиональной подготовки будущего инженера занимает в образовательных программах все еще незначительное место. Между тем именно этот контекст должен непременно стать составной частью содержания профессиональной подготовки будущих инженеров в области информационных технологий, поскольку только на его основе возможно формирование у студентов целостной информационной картины мира.

Особое место при формировании уровня инженерной подготовки, отвечающего современным требованиям, занимает использование персональных компьютеров, средств телекоммуникаций, локальных и глобальных информационных сетей, электронных библиотек и т.п. Применение информационных средств обучения позволяет не только увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных качеств, как интуиция, образное мышление, выработка алгоритмического стиля мышления и т.п. Кроме того компьютерные средства обучения непосредственно участвуют в формировании навыков и умений по использованию современных информационных технологий при решении учебных и профессиональных задач, что позволяет формироватьсоответствующие компетенции. Однако наряду с освоением будущими техническими специалистами новых информационных технологий в ходе компьютеризации обучения необходимо сохранить техническую подготовку в конкретной предметной области, базирующуюся на знании и понимании фундаментальных принципов построения и функционирования технических объектов и систем.

Необходимость использования новых информационных технологий «как высокоэффективного педагогического инструмента, позволяющего получить новое качество образовательного процесса при меньших затратах сил и времени как преподавателей, так и уча-щихся»,2 информатизация всех сторон общественной жизни, стремительный рост требований к профессиональным компетенциям современного технического специалиста заставляют искать новые пути решения таких проблем как: зачем, чему и как учить, т.е. актуализируются проблемы целей, содержания, методов, средств и форм обучения. В свою очередь эти фундаментальные вопросы педа-

2 Колин К.К. Информатизация образования: новые приоритеты // Л1шаМа1ег. - М., 2002. - с. 16.

гогической практики стимулируют переосмысление основ педагогической науки, ее категориального аппарата, предмета и мето-дов.123

Особую актуальность данные вопросы приобретают при обучении студентов информатике и последующим дисциплинам, в рамках которых осуществляется подготовка будущего выпускника в области информационных технологий.

Содержание учебного процесса призвано в первую очередь обеспечить содержательные условия, новое информационное поле для формирования очередного образа профессионального будущего с одной стороны, а также призвано снять возникающие противоречия с другой, что является достаточно сложным, так как приводит к постановке нового ряда задач, выявляющих очередные противоречия между учебной и профессиональной деятельностью будущего выпускника. Данный аспект позволил сделать вывод, что формирование системы или способа информационно-профессиональной деятельности оказывается возможным, если технология обучения реализует выработку у студента способа деятельности, адекватного способу профессиональной деятельности.

Основным принципом при построении содержания обучения в области информационных технологий явилось согласование информационной составляющей в разных дисциплинах и обеспечение преемственности на всех уровнях обучения. Элементы содержания профессиональной подготовки в области информационных технологий представляют собой отдельные модули на уровне учебных дисциплин и их разделов, что предоставляет возможность их совершенствования, изменения или замены с учетом развития информационных технологий.

В целом необходимо использовать такие методы и технологии обучения, где особое место будут занимать: решение учебно-профессиональных задач и использование информационных технологий.

Учебно-профессиональная деятельность представляет собой сложную динамическую

1 Гершунский Б.С. Компьютеризация в сфере образования: Проблемы и перспективы. - М.: Педагогика, 1987.

2 Роберт И.В. О понятийном аппарате информатизации образования // Информатика и образование. 2002. №12. с. 2., 2003. №1. с. 2., №2. с. 8.

3 Сенько Ю.В. Проблема становления методологической культуры преподавателя вуза // Проблемы теории и методики обучения. 2002. №6. с. 5.

4 Определение набора знаний и умений как результата обучения по дисциплине: метод.указ. / Самар. гос. техн. ун-т.; Сост. В.М. Нестеренко, О.И. Льноградская, В.К. Ягодкин. Самара, 2004. 10 с.

систему, обеспечивающую адаптацию студента к формам организации учебного процесса, к новой социально-культурной среде, у будущей профессиональной деятельности в условиях современного информационного общества.

Использование учебно-профессиональных задач необходимо для формирования гипотетической картины планируемого будущего, отображающей целостную модель профессиональной деятельности.

При решении учебно-профессиональных задач, выявляемые в этой модели взаимосвязи между ее элементами и функциями стали основополагающими и смыслообразую-щими факторами в отношении изучаемых дисциплин.

Таким образом, студент получает возможность увидеть смысл той или иной дисциплины в контексте своей будущей профессиональной деятельности, а само понимание данного аспекта выступает в качестве фактора стимулирующего дальнейшую образовательную деятельность.

Гипотетическую картину планируемого будущего в ходе образовательного процесса необходимо постепенно менять в сторону насыщения и усложнения, приближения к реальной профессиональной деятельности, являющейся конечной целью подготовки выпускника.

Использование гипотетической картины планируемого будущего с одной стороны позволяет решить ряд профессиональных задач, а с другой сформировать у студента способность к комплексному видению поставленной задачи. Однако решение учебно-профессиональных задач включает также решение социально значимых задач, выходящих из реальных ситуаций, складывающихся в обществе, средством же становится техническая деятельность, связанная с развитием техносферы.

Все это сопряжено с большими трудностями, так как в каждой сфере инженерной деятельности сочетание учебно-профессиональной и социально-культурной среды является индивидуальной. Однако эта индивидуальность не исключает единства в принадлежности к общечеловеческой культуре.

Применение информационных технологий в обучении дало возможность использования психолого-педагогических разработок, позволяющих интенсифицировать учебный процесс, с реализацией идей гуманистического подхода и развивающего обучения. Возможности информационных технологий как инструмента педагогического воздействия и принципиально нового средства обучения привело к изменению и появлению новых методов и организационных форм обучения.

Так в обучении студентов информационным технологиям компьютер может выступать как объектом изучения, так и средством обучения, развития, воспитания и диагностики усвоения полученных знаний, т.е., возможны два направления использования компьютерных технологий в учебном процессе.

Первое направление предполагает усвоение знаний, умений и навыков, ведущих к осознанию возможностей информационных технологий, к формированию умений их использования при решении учебно-профессиональных задач.

Второе же направление подразумевает то, что информационные технологии являются мощным средством повышения эффективности организации учебно-воспитательного процесса.

В связи с этим основной задачей является использование этих двух направлений в наиболее эффективном сочетании. Такая двойственность информационных технологий в учебном процессе является довольно таки полезной, так как позволяет рассмотреть использование информационных технологий более детально. Однако здесь не следует возлагать функции обучения полностью на вычислительную машину и отождествлять ее с преподавателем.

нонаучного представления об окружающем мире, а также способствует раскрытию, сохранению и развитию личностных качеств студента.

Таким образом, рассмотрев роль и значимость информационных технологий в профессиональной деятельности современного инженера, были предложены отдельные направления организации учебного процесса. При этом наиболее интересным остается вопрос содержания профессиональной подготовки инженера в области информационных технологий. Учитывая многообразие сфер применения информационных технологий в профессиональной деятельности инженера необходимо выделить ряд основных областей, на основе которых будет строиться содержание профессиональной подготовки. Понятно, что выделение таких областей не тривиальная задача и подчас требует самой тщательной проработки учебного материала и представление его с требуемой глубиной изложения. Изучение каких-либо общих принципов и подходов в том или ином учебном материале бесспорно необходимо, но лишь для того чтобы потом на этой базе можно было рассмотреть частные вопросы с требуемой степенью детализации.1

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гершунский, Б.С. Компьютеризация в сфере образования: Проблемы и перспективы / Б.С. Гершунский. - М.: Педагогика, 1987.

2. Глушков, В.М. Основы безбумажной информатики / В.М. Глушков. - М.: Наука, 1987.

- 552 с.

3. Дворецкий, С. Информационные технологии в подготовке инженеров / С. Дворецкий, В. Таров, Е. Муратова // Высшее образование в России. - 2001. - №3.

4. Долженко, О.В. Современные методы и технология обучения в техническом вузе / О.В. Долженко, В.Л. Шатуновский. - М.: Высш. школа, 1990. - 191 с.

5. Иванов, Д.В. Виртуализация общества / Д.В. Иванов. - СПб.: Петербургское востоковедение, 2000. - 96 с.

6. Колин, К.К. Информатизация образования: новые приоритеты // A1maMater. - М., 2002.

- С. 16.

7. Крайнова, Е.А. Повышение качества обучения за счет формирования информационной компетентности // Фундаментальные исследования. - 2008. - №7 - С. 68-69.

8. Крайнова, Е.А. Проблемы развития теории и методов программирования // NovaInfo.Ru (Электронный журнал.) - 2015. - № 32. - Ц^: http://novainfo.ru/archive/ 32/razvitie-teorii-i-шetodov-prograшшirovaniya.

9. Краснов, С.В., Куралесова Н.О., Садова К.В. Управление эффективностью работы высококвалифицированных специалистов // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. -2015. - № 1 (23). - С. 31-36.

Использование компьютерных технологий изменяет цели и содержание обучения, что связано с повышением роли гуманитарной подготовки, формированием естествен-

1 Тараканов А.В. Особенности управляющих вычислительных машин // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. Серия «Информатика» Выпуск 18. - Тольятти: Волжский университет им. В.Н. Татищева, 2011. С. 125-130.

10. Лапчик, М. Информатика и технология: компоненты педагогического образования / М. Лапчик // ИНФО. - 1991. - №6. - С. 3-8.

11. Леднев, В.С. Содержание образования: сущность, структура, перспективы / В.С. Лед-нев. - М.: Высш. школа, 1991. - 224 с.

12. Лернер, И.Я. Дидактические основы методов обучения / И.Я. Лернер. - М.: Педагогика, 1981.

13. Определение набора знаний и умений как результата обучения по дисциплине: метод. указ. / Самар. гос. техн. ун-т.; сост. В.М. Нестеренко, О.И. Льноградская, В.К. Ягодкин. - Самара, 2004. - 10 с.

14. Роберт, И.В. Влияние тенденций информатизации, массовой коммуникации и глобализации на образование / И.В. Роберт // Математика и информатика: наука и образование: межвуз. сб. науч. трудов. Ежегодник. - Вып. 1. - Омск: Изд-во ОмГПУ, 2001. - С. 265-269.

15. Роберт, И.В. О понятийном аппарате информатизации образования // Информатика и образование. - 2002. - №12. - С. 2., 2003. - №1. - С. 2., №2. - С. 8.

16. Сенько, Ю.В. Проблема становления методологической культуры преподавателя вуза // Проблемы теории и методики обучения. - 2002. - №6. - С. 5.

17. Тараканов, А.В. Особенности управляющих вычислительных машин // Вестник Волжского университета им. В.Н. Татищева. Серия «Информатика». Выпуск 18. - Тольятти: Волжский университет им. В.Н. Татищева, 2011. - С. 125-130.

18. Тараканов, А.В. Развитие содержания профессиональной подготовки инженера в области информационных технологий / А.В. Тараканов, В.И. Пугач. - Самара: Самар. гос. пед. ун-т, 2007. - 118 с.

19. Юрин, В.Н. Инженерное образование и информационные технологии: проблемы и опыт их решения / В.Н. Юрин // Вестник машиностроения. -1998. - Э.5. - С. 44-51.