Проблемно-ориентированный подход в профессиональной подготовке будущих инженеров

ные формы включения школьников в исследовательскую деятельность должны реализоваться в комплексе и последовательно.

Преподаватели физики и математики отбирают предметное содержание, на котором можно организовать исследовательскую деятельность или ее элементы, соответствующий дидактический инструментарий: набор заданий и задач, оборудование и т. п. [5]. По мере усвоения учащимися научных основ содержания и формирования предметных и исследовательских умений возрастает доля их самостоятельной исследовательской работы и уменьшается прямое руководство ею со стороны преподавателя. Поэтому такие формы работы, как физический практикум и выполнение индивидуальных исследовательских проектов, включаются в план работы позже.

Наиболее эффективным при организации исследовательской деятельности является сочетание фронтальной и групповых форм организации учащихся. Именно на этапе работы в группах происходит освоение способа деятельности, который запланирован на данном занятии. По мере формирования исследовательских умений включаются индивидуальные исследовательские проекты.

Практика работы физико-математической школы показала, что учащиеся, прошедшие двухгодичную подготовку, поступая на профильные факультеты, успешно адаптируются к вузовской системе обучения и продолжают заниматься исследовательской работой. Зачастую, начиная заниматься исследованиями в лабораториях университета со школьной скамьи, студент продолжает их под руководством тех же преподавателей в качестве курсовых и дипломных проектов, магистерских диссертаций [6].

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Савенков А. И. Психологические основы исследовательского подхода к обучению: учеб. пособие. М.: Ось-89, 2006. 480 с

2. Кукар У. Ю. Развитие исследовательских умений старшеклассников в учреждении дополнительного образования: автореф. дис. ... канд. пед. наук. Магнитогорск, 2010. 22 с.

3. Марков К. А., Лебедева О. В., Фаддеев М. А. Подготовка школьников на физическом факультете ННГУ к получению профессионального естественнонаучного образования // Нижегородское образование. 2010. № 4. С. 27-32.

4. Гребенев И. В., Лебедева О. В. Физический практикум в подготовке школьников в системе «школа - вуз» // Соврем. физ. практикум: материалы XI Междунар. учеб.-метод. конф. Минск: Издат. центр БГУ, 2010.С.275-276.

5. Веретенникова О. Н. Об исследовании в задачах на построение, решаемых методом геометрических мест точек // Мат. вестн. педвузов и ун-тов Волго-Вятского региона: период. межвуз. сб. науч.-метод. работ. Вып. 12. Киров: ВятГГУ, 2010. С. 234-239.

6. Опыт воспроизводства кадрового потенциала в области естественных наук на физическом факультете ННГУ: образовательный комплекс «школа - вуз - предприятие» / И. В. Гребенев, О. В. Лебедева, К. А. Марков, М. А. Фаддеев, В. Н. Чувильдеев // Развитие науч. потенциала Приволж. федеральн. округа: опыт высш. учеб. заведений: сб. ст. Вып. 6. Н. Новгород: Изд-во ННГУ им. Н. И. Лобачевского, 2010. С. 51-59.

ПРОБЛЕМНО-ОРИЕНТИРОВАННЫЙ ПОДХОД В ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКЕ БУДУЩИХ ИНЖЕНЕРОВ

PROBLEM-ORIENTED APPROACH IN THE PROFESSIONAL TRAINING OF FUTURE ENGINEERS

И. А. Крутова, А. Г. Валишева

В статье изложены сущность и условия применения проблемно-ориентированного подхода в обучении студентов инженерных направлений. Приведены примеры типовых профессиональных задач инженера в области машиностроения, решить которые можно с применением физических знаний.

I. A. Krutova, A. G. Valisheva

The article describes the essence and existence conditions of a problem-oriented approach in the education of students of engineering specialties. The article gives examples of typical professional problems of mechanical engineer, which can be solved with the use of physical knowledge.

Ключевые слова: инженерное образование, проблемно-ориентированный подход, типовые профессиональные задачи, обобщенный метод.

Keywords: the engineering education, the problem-oriented approach, standard professional tasks, the generalized method.

Стремление российских производителей занять ведущее место не только на отечественном, но и на мировом рынке труда, стать конкурентоспособным предприятием приводит к изменению требований, предъявляемых к потенциальным работникам, большинство из которых составляют выпускники вузов. Рост конкурентоспособности российских производителей напрямую зависит от степени обеспечения производства высококвалифицированными кадрами, способными решать профессиональные задачи разной степени трудности, быть мобильными и уметь приспосабливаться к условиям быстро меняющегося производства, принимать активное участие в инновационной деятельности предприятия.

Сложившаяся на протяжении долгих лет система подготовки инженерных кадров перестала соответствовать запросам государства и бизнеса. Все университеты мира пришли к пониманию того, что их роль заключается не только в обучении, но еще и в том, чтобы сформировать у студентов умения решать проблемы реального производства, включаться в исследовательские, предпринимательские проекты.

Осознавая необходимость изменений в системе высшего профессионального образования, мировая академическая и научная общественность стремится выработать единую позицию к образовательной среде, в которой возможна эффективная подготовка выпускников к их профессиональной деятельности.

На данный момент развитие высшего образования предполагает изменения содержания и методологии учебного процесса. Для подготовки высококвалифицированного специалиста необходимо пересмотреть содержание учебных планов, программ учебных дисциплин, практик таким образом, чтобы создать условия для успешного формирования у студентов профессиональных компетенций.

За время обучения в вузе студенты должны научиться управлять инженерными процессами, проектировать и создавать продукты и системы и применять полученные знания в своей профессиональной деятельности. Встает вопрос о том, какими образовательными технологиями, подходами к обучению и методами обучения можно подготовить инженера, отвечающего всем современным требованиям к специалисту [1].

Реализация проблемно-ориентированного подхода к обучению, в основе которого лежит принцип практической направленности обучения [2], позволяет подготовить выпускника, способного ориентироваться в быстро меняющихся условиях профессиональной деятельности. Для внедрения данного подхода необходимо выявить проблемные ситуации и задачи, встающие перед инженером, и разработать обобщенные методы их решения. Обобщенный метод - это последовательность логически взаимосвязанных обобщенных действий, выполнение которых приводит к достижению заданной цели. Обобщенное действие - результат обобщения конечных продуктов

выполнения конкретной деятельности [3]. Психологами установлено, что обобщенные методы обладают свойством широкого переноса: их можно использовать при решении большого круга задач не только в рамках одного предмета, но и на занятиях по другим дисциплинам, а также в практической деятельности.

Чтобы подготовить конкурентоспособного специалиста, необходимо при изучении учебных дисциплин научить студентов решать конкретные проблемные задачи, адекватные ситуациям профессиональной деятельности. Именно решение задач-проблем подталкивает студентов к осознанному поиску знаний, необходимых для их решения. Данный вид деятельности требует от студентов не только знания комплекса дисциплин, но и самостоятельности в поиске информации, ее анализе. При решении задач-проблем студенты приобретают коммуникативные навыки, опыт взаимодействия в разных группах через исполнение новых социальных ролей, навыки практической деятельности. Стоит отметить, что задача-проблема может решаться с опорой на знания одной учебной дисциплины и предлагаться студентам младших курсов. Старшекурсникам необходимо предлагать задания-проблемы (проекты), требующие для своего решения системы знаний разных дисциплин. Проекты могут быть сквозными, индивидуальными или командными, при выполнении которых приобретаются навыки работы в группах. Результаты выполнения проектов должны работать на реализацию задач экономического развития России и отдельных регионов и способствовать решению реальных производственных проблем. Для этого необходимо взаимодействие вузов с производством. Работодателям необходимо предлагать такие задания и взаимодействовать с вузом в сфере экспертной оценки качества подготовки специалистов [4].

Проблемно-ориентированное обучение организуется не только на практических аудиторных занятиях, но и за счет времени, отводимого на самостоятельное изучение ряда курсов из блока естественнонаучных и специальных дисциплин, научно-исследовательскую работу студентов, научно-исследовательскую (производственную) практику. Конечным продуктом такого обучения является выполнение индивидуальных выпускных квалификационных работ (ВКР) каждым студентом и общей ВКР всей мини-группы, работающей над большим проектом.

В исследованиях Г. П. Стефановой предлагается идея выявления профессиональных задач специалиста любого профиля, основанная на анализе видов профессиональной деятельности конкретных специалистов, выделении в них конечных продуктов деятельности и обобщении их в виде типовых профессиональных задач [2]. Методы решения выявленных профессиональных задач разрабатываются с учетом знаний, приобретаемых студентами при изучении различных учебных дисциплин в вузе.

Приведем типовые профессиональные задачи инженера в области машиностроения, многократно встре-

чающиеся в его профессиональной деятельности. Для выделения таких задач нами были проанализированы профессиональные компетенции выпускника, заложенные ФГОС по направлению «Машиностроение», проведен опрос специалистов, работающих в машиностроительной отрасли, проанализированы профессиональные задачи, которые решают специалисты любого профиля с применением знаний по физике, предложенные Г. П. Стефановой [2].

Такой анализ позволил установить, что при подготовке специалистов в области машиностроения студентов необходимо обучить решению следующих типовых профессиональных задач:

1) создание объекта с заданными свойствами;

2) разработка технологии (метода) создания объекта с заданными свойствами или выполнение деятельности с определенными объектами в определенных условиях;

3) устранение отклонений от нормы значений параметров состояний объекта;

4) хранение или транспортировка объекта без изменения заданных свойств;

5) нахождение или оценка значения величин, описывающих свойства объекта в определенном состоянии;

6) управление технологическим процессом получения объекта с заданными свойствами;

7) эксплуатация технического оборудования (приборов и технических устройств, предназначенных для получения сварных соединений, контроля качества сварных соединений, выпускаемой продукции и участвующих в технологическом процессе);

8) проектирование деталей и узлов машиностроительных конструкций различного назначения в соответствии с заданием;

9) наладка, настройка и регулирование технического оборудования (приборов и технических устройств, предназначенных для получения сварных соединений, контроля качества сварных соединений, выпускаемой продукции и участвующих в технологическом процессе);

10) моделирование процессов и оборудования.

Научить студентов решать такие задачи можно путем

специального формирования обобщенных методов решения типовых профессиональных задач. Обобщенные методы решения некоторых типов задач описаны в статьях [5-6]. Многократное выполнение действий методов приводит к овладению умением решать различные задачи, встречающиеся в профессиональной деятельности инженера.

Приведем примеры типовых профессиональных задач инженера в области машиностроения, решаемых с использованием знаний по физике:

1. Создать устройство для фиксации и прижатия заплат, устанавливаемых в отверстия изнутри или снаружи трубы магистрального газопровода, с целью дальнейшей приварки (задача первого типа).

2. Разработайте технологию слива вязкого нефтепродукта из нефтеналивных судов (задача второго типа).

3. В процессе сварки и резки металлов воздух загрязняется оксидами металлов и газообразными соединениями, что оказывает вредное влияние на здоровье людей, находящихся рядом. Предотвратите загрязнение воздуха от вредных веществ (задача третьего типа).

4. Обеспечьте безопасное хранение водорода при температуре 20°С в баллоне вместимостью 40 л, имеющем полуторакратный запас прочности, если известно, что 10 кг азота, хранившиеся в таком же баллоне, ворвались при температуре 60°С (задача четвертого типа).

5. Докажите, что в котле, состоящем из цилиндрической части (обечайки) и двух полусферических днищ, прочности обечайки и днищ окажутся равными, если сделать днища вдвое более тонкими, чем стенки обечайки (задача пятого типа).

Рассмотрим решение четвертой задачи, связанной с хранением объекта без изменения заданных свойств, опираясь на обобщенный метод.

В первом действии обобщенного метода необходимо выделить объект, свойства которого должны оставаться неизменными. В качестве такого объекта примем баллон с водородом, хранящийся при температуре 20°С.

Второе действие заключается в выделении свойств объекта, которые должны оставаться неизменными в течение длительного времени. Согласно условию задачи давление внутри баллона с водородом должно составлять 2/3 значения от предельно допустимого давления. Зная массу азота, объем баллона и температуру взрыва баллона, найдем предельно допустимое давление, при котором баллон с азотом взорвется:

КГ

р —^ = 2 5МП

Р ^У

Следовательно, рабочее давление внутри баллона с водородом равно

Рра6 = = 1 6,6 МПа.

Далее выделяем условия, при которых указанные свойства объекта могут оставаться неизменными в течение длительного времени. Давление внутри баллона прямо пропорционально температуре, поэтому давление будет неизменным, если температура водорода останется постоянной. Также известен запас прочности баллона, поэтому повышение температуры возможно до некоторого определенного (критического) значения.

Следующим действием необходимо выявить явления, процессы, воздействия, способные нарушить эти условия. Для этого найдем значение критической температуры, при которой возможен взрыв баллона с водородом:

Г =]р^гн = 439,5К.

взР Н2 Н2 '

Р

раб

Таким образом, повышение температуры выше 166,5 °С приведет к взрыву баллона с водородом.

Далее выделим условия, при которых эти явления, процессы, воздействия не могут существовать (сведены к

минимуму). Баллон с водородом может храниться на открытых или закрытых площадках в условиях отсутствия очагов возгорания или источников тепла, нагревающих окружающий воздух до температур выше критических.

Следующее действие метода предполагает создание условия, при которых указанные свойства объекта могут оставаться неизменными в течение длительного времени. В результате приходим к выводу, что хранение баллона с водородом не требует создания дополнительных условий, кроме тех, которые прописаны в предыдущем действии.

Данная задача решается с опорой на знания одной учебной дисциплины - физики, и выполняется студентами младших курсов. Формировать у студентов обобщенные методы решения профессиональных задач необходимо не только в курсе физики, но и при изучении других дисциплин естественнонаучного цикла, где возможно осуществить деятельность по созданию реальных объектов или разработке технологий по получению конечного продукта. При системном изучении таких курсов (например, химии и экологии) закладывается фундамент, позволяющий в будущем студентам самостоятельно решать различные задачи-проблемы, возникающие в профессиональной деятельности инженера.

На старших курсах при изучении дисциплин профессионального и специального циклов продолжается формирование обобщенных методов решения типовых профессиональных задач. Старшекурсникам необходимо предлагать такие задачи-проблемы, решения которых осуществляется с опорой на знания и умения, приобретенные в процессе обучения нескольких дисциплин. Задания должны способствовать решению реальных производственных проблем и отвечать потребностям региона в частности и экономического развития страны в целом. В связи с открытием новых нефтегазовых месторождений Астраханская область нуждается в разработке передовых методов транспортировки углеводородов, что также может послужить темами проектов. Примером такого задания может служить междисциплинарный проект по разработке технологии изготовления пограничного мостового перехода через реку Кигач на трассе Е 40 (участок Астрахань - Актау). Данные проекты актуальны для Астра-

ханской области и вносят существенный вклад в развитие ее транспортной инфраструктуры.

Таким образом, для подготовки конкурентоспособного инженера необходимо создать условия для формирования у студентов обобщенных методов решения профессиональных задач, что позволит будущему специалисту успешно решать различные проблемы, возникающие в его профессиональной деятельности.

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ

1. Крутова И. А., Валишева А. Г. Формирование у студентов обобщенных методов решения типовых профессиональных задач как средство подготовки конкурентоспособного инженера // Наука и школа. 2011. № 6. С. 69-72.

2. Stephanova G. P. Theoretical Fundamentals of Realizing the Principle of Practical Tendency of Training in Teaching Physics. Monograph. М.: Академия, 2011. 224 с.

3. Смирнов В. В. Методическая система формирования обобщенных методов проведения физических экспериментальных исследований у студентов физико-математического направления подготовки: автореф. дис. ... д-ра пед. наук.

4. Стефанова Г. П., Крутова И. А., Валишева А. Г. Организация инновационной образовательной среды в университете на основе инициативы CDIO // Инновационное образование: практико-ориентированный подход в обучении: материалы IV Междунар. науч.-метод. конф. (Астрахань, 17 апреля 2012) / отв. ред. Г. П. Стефанова. Астрахань: Изд. дом «Астраханский университет», 2012.С.99-103.

5. Крутова И. А., Валишева А. Г. Обучение студентов обобщенным методам решения профессиональных задач инженера // Вестн. Томск. Гос. пед. ун-та, 2011. № 2. С. 95-99.

6. Стефанова Г. П., Крутова И. А., Валишева А. Г. Инновационный подход к формированию методов решения типовых профессиональных задач у будущих инженеров // Альма-матер. Вестн. высш. шк. 2011. Вып. 8. С. 48-51.