автореферат и диссертация по педагогике 13.00.08 для написания научной статьи или работы на тему: Тренажерный комплекс как средство формирования профессиональных умений и навыков у учащихся электромашиностроительного лицея

Автореферат диссертации по теме "Тренажерный комплекс как средство формирования профессиональных умений и навыков у учащихся электромашиностроительного лицея"

На правах рукописи УДК 377.3.014.544

ИВАНОВ Андрей Юрьевич Р Г Б ОД

•• " 7 ФЕВ 2000

ТРОШ2НШЙ ко&шкс КАК СРЕДСТВО ФОРЙКРОВАНКЯ

прогртшАлькых уыаш н нависов у учадкхся ШПШРОМАШИЮСТРОИТЕЛЫЮГО ЛИЦЕЯ

Специальность 13.00.08 - теория и методика профессионального

образования

АВТОРЕФЕРАТ дисссртсл,'"! ¡.я соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Санкт-Пэторвург 2000 год

Работа выполнена в лаборатории педагогического проектирования и дидактического обеспечения профессионального образования Института профессионально-технического образования Российской Академия образования

Научный руководитель: доктор педагогический наук, профессор А.Г.Соколов

Официальные оппоненты: доктор технических науч.

профессор И.А.Румянцев

кандидат педагогкчесгаж наук С.Ф.Артемьева

Ведущая организация: Янстигут повьсзекия квалификации и профессиональной переподготовки специалистов начального профессионального образования

Защита состоится " 2000 г. в часов

на заседании Диссертационного совета Д.018.14.01 при Институте профессионально-технического образования Российской академии образования' по адресу: 191119, Санкт-Петербург, ул. Черняховского, 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института Автореферат разослан "/£/" . 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета, , .

доктор педагогических наук И.Л.Ивлче!

, г, /■> / /о } О -

X / ! /

(/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Основной объем продукц/.и машиностроитель ках предприятий з настоящее время выпускается при покоил станков с числоеым программным' управлением (ЧТУ). Это обгоняется высокой производительностью такого оборудования, а также тем, что многие современнее конструкторские решения требуют высокой точности обра5от131 и характеризуются сложностью поверхностей деталей, которые не могут быть получены на универсальных станках. Но в последнее время произошли серьезше изменения как в методах использования автоматизированного оборудования, так и в структуре соответствующих подразделений промышленных предприятий.

В результате изменения социально-экономических условий рав-вития производства сложилось противоречие между содержанием профессиональной деятельности наладчика станков и манипуляторов г программным управлением и содержанием его профессиональной подготовки а учебных заведениях. Крупные промышленные 'предприятия с большой численностью персонала, для которых была харз/терна узкая специализащш работников, сменились небольшая прсисводс-твенными подразделениями, нудгаю-цтмися в спецга.".истах снрокого профиля. Современному производству требуется наладчик, епсссбччй не только к операторской работе по управлению автсмптизирзпан^ьа« оборудованием, а специалист, который может обеспечить весь ц::кл изготовления детали - от ч<?ртеж-1 до готового изделия (т.е. требуется фактическое совмещение нескольких профессий и специальностей: оператор, наладчик, затсчник режущего инструмента, программист, расчетчик, технолог).

В результате бурного развития вычислительной техники :1 автоматизации производства возникло противоречие между требованиями, которые предъявляет к наладчику его профессиональная среда, и теми методами обучения, которые приняты в большинстве учебных заведений. Появление на роосийском рынке отечественных и зарубежных систем ЧПУ 5-го и б-го поколений с их мерными и достаточно сложней языковыми средствами превратило пгогра.^.;:рсЕ^нн систем ЧПУ а самостоятельную дис-иплину, но конструктивно-техническая специфики станка затрудняет изучение этой дисцих-.эш непосредственно на рабочем месте, требуя создлкия специальны, ди-

дактическил средств в виде компьютерных тренажеров - гаштацчон-ных моделей профессиональной среды наладчика, ксторые в настоящее время ещэ недостаточно разработаны. В российской педагогической науке накоплен определенный теоретический и практический опыт пр;ме;нения информационных технологий а обучении. Это теоретические и прикладные исследования С.Ф.Артемьевой, Н.Е.Астафьевой, А.М.Довгялло, А.П.Ершова, Н.Н.Ершоьа, И.В.Марусевой, Е.И.Масбица, А.Г.Молибога,•И.А.РумячцеЕа. А.Я.Савельева, Н.Ф.Талызиной,' Г.А.Шешериной и др. Отмечая ценность рзСэт указанных авторов, следует вместе с тем отметить, что в основном они посвящены проблемам развития информационных технологии обучения на основе обучающих, контролирующих и инструментальных программно- педагогических средств, в то время как проблемы использования в учебном процессе имитационно-моделирующих коглаютерных программ еще не полумили достаточной прорзбстки. Поэтому существует необходимость создании новых тренажеров-имитаторов и разработки дидактически обоснованных методов их использования в учебном процессе.

Таким образом, актуальность исследования подтверждается наличием и необходимостью разрешения ряда противоречий в рассматриваемой проблемной области, а именно:

1) между обязательным набором умений и навыков, необходимых наладчикам станков и манипуляторов с программным управлением на современном производстве и традиционным содержанием профессиональной подготовки в учебшзс заведениях начального профессионального образования, . .

2) между высокой информационной насыщенностью, сложными я?ы-ковыми . средстзами современных станков с ЧПУ и методами обучения будущих наладчиков а области программирования; ,

3) м^жгу техническим.! и педагогическими характеристиками . разрабатываемых тренажеров, и реальными потребностям:: учебного

процесс:, по подготовке наладчиков; ,

4) между зысок;м уровнем развития технических средств обуче-

и несовершенными методами преподавания программирования систем '-ГУ.

Исходя из вышесказанного нал» поставлена проблеиа научного обоснования концепции компьютерных тренажеров на базе имитацион-шх моделей с?ая::ав с ЧПУ и дидактических условий аффективно-•о использования в учебном процессе.

Цель исследования - научное обоснование дидактических аре-5овачий к тренажерное/ комплексу и методов его аффективного ;ю-юльзования п подготовке высококвалифицированного специалиста, сонкурентоспособного на рынке труда.

Объект исследования - процесс формирования профессиональных имении и навыков у учащихся электромапиностроительного лицея.

Предиот исследования - тренажерный комплекс как средство ¡армирования профессиональных умэни:": и навыков и дидактические гсловия его использования в теоретическом обучении нала^-ь^ков ;танков и манипуляторов с програм^ни; управлением.

Гипотеза исследования - процесс формирования профессионала-шх умений и навьпаэз с использованием тренажерного ;:омпле»:са 61 -;ет эффективным, если:

1) определены современные требования к подготовке рабочих ?ля автоматизированного производства, оснаденного станками о ШУ;

2) проведено моделирование учебного процесса л разработана соответствующая педагогическая технология использована комплекса компьютерных тренажеров для выработки у учгтзвсся конкретных троСессполалиНнх умений и навыков;

. 3) определены и использованы в практике дидактические усло-зия внедрения в учебный процесс тренажерного комплекса, базирующегося на имитационных моделях станков с ЧПУ;

4) обосноза:!« критерии эффективности, применения в учебш.« зроцсосе кс1/п>ютернгх тренажеров.

Цель, предмет и гипс^еза лсследовгчга предопределили неоо-'.одимэсть постановки и ре.-ения сдедупдих 8адач:

1) изучить проблему в!чдрек:тя ч«тодсв компьютерно-о обуче-Г'Я в педагогическую науку практику;

2) определить современна.,- требования к подгогск.' высококвалифицированных и конкурентоспособных специалистов в оол^тк »(етадлообраСотки на автоиахизир^вгнном прей; гз-с-ео;

е

3) провести моделирование процесса формирования профессис нальных умений и навыков с ' помост в компьютерных тренажеров построить соответствующую педагогическую технологию;

4) обосновать систему двдакппеских условий - примеке-ш комплекса компьютерных тренажеров а обучении наладчиков станкс и манипуляторов с программным управлением;

5) создать комплекс-компьютерны:-, -тренажеров, б&зируюпдос на имитационных моделях станкоз с ЧГ1У;

6) разработать методику оценивания качества компьютернь тренажерсз на базе имитационных моделей станков с ЧПУ как прог раммно-педагогических средств;

7) обосновать,критерии эффективное*и применения комплекс компьютерных тренэнеров .при формировании у учащихся профессис нальных умений навыков.

Методологический бааио исследования составили комплексный системный, кибернетический и модульный подходы к изучении проб лем профессионального образования.

В своей работе мы опирались на учения, идеи и концепции раскрывающие:

- положения системного подходз в педагогических исследова ниях и организации педагогических систем (И.С.Батракова, А.П.Бе ляева, И.В.Блауберг, В.В.Краевский, Н.В.Кузьмина, И.Я.Лернер);

- концепции научного'подхода к формированию содержания про фессионального обраговани? (Ю.К.БаСанский, С.Я.Батнзев, Н.И.Дум ченко, В.Ю.Крзевский, В.С.Леднев, В.В.Шапкин);

- идеи технодогизации и :сомпьютеризации учебного процесса принципы программированного обучения (В.В.Беспалько, А.М.Довгял ло, А.П.Ершов, 'Л.А.Румянцев, А.Я.Савельев, Е.А.Машбиц, А.Г.Мели бог); ■-':.--' : .- .

- теория поэтапного формирования умственных действи (П.Я.Ггпьперин,' А.Н-.Леонтьев, Н.Ф. Талызина);

-.идеи профессионално-редагогической технологии (С.Я.Бзты ш£'з, А.П.Беляева, Р.Х.Джураев, Н.Е. Кузнецова);

." - принципы управления профессиональными учебными гьгэдеиия' ки (И.А.Богачек, Н.Н.Булынский, М.И.Кондаков, А.Я.Найн, Т.Г.:!а вчзова, А.Г.Соколов). .

Для реализации поставленных целей и задач использовались следующие методы исследования: анализ и синтез психолого-педаго-гичесной и технической литературы по теме исследования, моделирование процесса профессионального-обучения, педагогический эксперимент, качественный и количественный анализ резулматов эксперимента.

Исследование проводилось в 1996-1999 гг. и включило три этапа.

На первом этапе (1993-1997 гг.) осуществлялся анализ состояния. проблемы внедрения компьютерных технологий в процесс обучения. Определялись требования к подготовке наладчиков станков с ЧПУ. Проводилось обоснование требований к компьютерным трензже-рам как к модели профессиональной среды наладчика. Разрабатывался комплекс компьютерных тренажеров. Были начаты констаитирующий и формирующий этапы педагогического экспергаента: исследовательские беседы о инженерно-педагогическими работниками, педагогическое наблюдение, изучение контрольных срезов в учебкнх группах в Электромашиностроительном лицее.

На втором этапе (1997-1993 гг.) проводилось моделирование процесса формирования умений и навыков о использованием компьютерных тренажеров. Разрабатывалась педагогическая гехнолопгя, . основанная на использовании..компьютерных тренажеров. Разрабатывалась учебно-программная документация по профилирующим предметам для специальности "Наладчик станков и манипуляторов с программным управлением". Была проведена апроСагия .педагогической технолопи в ходе формирующего этапа педагогического аксперимен-та в учебной группе..

На третьем этапе .(1998-1999 гг.) были ра?р!!ботаны дидактические условия применения комплекса компьютерных тренажеров в учебном процессе. Выл собран и проанаигзирован научно-педагоги-чесюй материал по формирующем1/ и результирующему этапам педагогического эксперимента а Электромашиностроительном лицее.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

- на базе системного подхода, кибернетического и структурно-функционального анализа процесса профессиональной подготовка разработана и реализована модель компьютерного обучения специалистов по №тегр1!ровенкой группе профессий, сзлэаякых с обслуживанием и эксплуатацией автоматизированного оборудования меха но-

обработки, в частности/ наладчиков станков и манипуляторов < программным управлением;

- разработана методика конструирования педагогической технологии, ориентированной Н£ использование компьютерных тренажеров - имитационных моделей станков с ЧПУ;

- на основе кибернетического подхода составлена методика построения систем управления обучением в условиях использование компьютерных тренажеров а "качестве модели профессиональной срещ будущих рабочих;

- разработаны на основе интегративно-модульчого и личност-но-деятельностного подходов к профессиональному обучению алгоритмы упразления учебно-поэ-лавательной деятельностью учащихся I условиях использования компьютерных тренажеров;

- определены критерии эффективности примэнения тренажеры для формирования у учащихся элелтромазшностроительного лице? профессиональных умений и навыков;

Теоретическая значимость исследования заключается в развитии принципов интеграции, комплексной компьютеризации, техно^о-гизации учебного процесса; взаимообусловленности учебно-познавательной деятельности учащихся и дидактических возможностей компьютерного тренажера. Определены и обоснованы понятия "информационно-моделирующая" и "информационно-модульная" технологии обучения. Обоснованы дидактические требования к разработке компьютерных тренажеров на базе имитационных моделей станказ с ЧПУ. Определена роль компьютерного тренажера как средства моделирования профессиональной среды и профессиональной деятельности специалиста и технике-технологической сгстемы. Сформированы основные направления развития имитационно обучающее программ. Разработан функционально полный и дидактически связанный комплекс компьютерных тренажеров . Сформулированы дидактические .условия аффективного использования тренажерного комплекса в учебном процесс«. ,'-..■--'.

Практическая значимость исследования заключается в перестройке на основе разработанной модели структуры и содержания профессионального образования наладчиков /станков и манипуляторов о программным управлением; во знедреник в учебный щ.оцс";с электро-миаиносхроительного йщея • :«я.ж:екса компьютерны:', тренажеров,

предназначенных для обучения программировании систем ЧПУ; а создании педагогической технологии обучения специалистов по эксплуатации станков о ЧПУ и разработке на её основе соответствующих нормативных доцентов (стандартов; учебных штанов и программ) по профессиям металлообработки.

IIa защиту выносятся:

1) концепция компьютерного тренажера для первоначального обучения программ;трован'ш систем ЧПУ;

2) система профессионального обучения специалистов по эксплуатации станков с ЧПУ;

3) педагогическая технология обучения наладчиков станков и манипуляторов с программным управлением, основанная на использовании компьютерных тренажеров.

Апробацта работы. Промежуточные и окончательные результаты исследования неоднократно докладывались на заседаниях лаборатории педагогического проектирования и дидактического обеспечения профессионального образования Института профтехобразования РАО (1996-1998), на педагогических советах Электромашиностроительного профессионального лицея, представлялись доклады па международные научно-практические конференции "Система многоуровневого профессионального образования: методология, теория, окпт, приб-лемы" (С.-Петербург, 1336), "Многоуровневое профессиональной образование: методология, теория, опыт, проблемы" (Тамбов, 1917) и международный семинар для представителей министерств образовался и труда стран СНГ и Северо-Запада (С.-Петербург, 1993). Результаты исследования внедрены в практик/ Злетронашиностроительного лицея и ряда профессиональных учебных заведений в различных регионах России.

Диссертация соотоит из введения, двух глга, Баг-асчеиия, библиографии и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы исспедования, определяются его объект, предмет, цели и задачи, формулируется гипотеза; характеризуются :тапы и методы исследования, е.-о научная новина, теоретическая и практическая значимость; содержатся сгедения об апробации результатов иселедсзания; иолзголгоя положения, гноимые на эациту.

В первой главе - "Мехододого-теоретические предпосылки профессионального обучения специалистов по обслуживанию и эксплуатации металлорежущих станков с программным управлением" * раскрывается и обосновывается общая модель системы профессиональной подготовки специалистов по эксплуатации станков о ЧПУ, частная модель профессионального обучения наладчиков ставков и манипуляторов с Программным управлением; педагогическая технология обучения каладчиксв, основанная на использовании компьютерных, тренажеров. '

Специальность "Наладчик станков и манипуляторов о программны!,: управлением" входит в группу профессий автоматизированного труда (группу операторских профессий), представители которых осуществляют эксплуатационное взаимодействие в сиотеме "человек - техника". Исходя из этих позиций, а исследовании построена общая модель системы профессионального обучения рабочих-специалистов по обслуживанию и эксплуатации металлорежущих станков о программным управлением (см.рно.1). Главными элементеми модели являются: социальный заказ, двухуровневая профессиональная подготовка, учебный процесс, информационная технология обучения, совместная деятельность преподавателя и учащихся, вычислительная техника и программно-педагогические средства, критериально-оценочный аппарат, результат обучения, рынок рабочей силы,- промышленное производство, рынок рабочих мест, общественные и государственные институты. Модель отражает процесс профессиональной подготовки как сложную замкнутую иерархическую систему, спосзб-кую к устойчивому функционированию в условиях возмущающих воздействий со. стороны внешней среда.

Учебный процесс характеризуют . цели (задачи), содержание, методы и формы взаимодействия педагогов и учащихся, достигаемые при этом ревуртати, которые представляют собой, образующие систему компоненты - целевой,: .содержательный, деятельностный, результативный.

Системообразующим элементом модели является совместная деятельность педагога и учащегося как непосредственная так и опосредованная- компьютером. ' Эта деятельность' обусловливает направленность' все^'компонентов модели на интегральный результат обучения - профессиональную компетентность выпускника (качество усвоения теоретических ёнаний и способность ч их успешному перено-

ОЛЧест-венныв институты, государственные органы, науч-ни*

оргенн-аации

И

Соци^лькиА »акав

Требования к профессиональной подготовке

Требования к формированию личности

Закономерности

Принципы

УчеОний процесс

Цели Содержание Методы Вормы

Управление учебным процессом

Т

Двухуровневая профессиональная ПОДГОТОВ1Ш Ночальнсэ профессиональное образование. 3-й ступень квалификацыч (слесарь, станочник. оператор станков с программный управлением)

Нечальное профессиональное образование повышенного уоовня. 4-м ступень квалификации (наладчик станков х манипулятора» с ПУ,механик)

Информационнее технологии обучены*

Деительиость - преподавателя

12

Протроимио-пелагогичеС' ки* среде»

ю- I*-■ее* I

Деятельность учл^егос»

Критериально-оценочны* апперат

1«

Результат обучении (уровень профессиональной компетентности выпуск.|чка лицеи)

Рис.1 Модель системы подготовки специалистов по обслуживание станков с числовым программным управлением

су на практику). В качестве ведущих критериев, обоснованных в ходе исследования и поззолягдих оценить образовательный процесс как сложный системный объект, выступают; эффективность, надежность, продуктивность, функциональность, работоспособность.

В предложенной модели линии обратных саягей идут от производства, от общественных и государственных институтов, от научных организаций, поглзывйя двойственный характер профессионального образования как производственной подоистемы и социального института,

В соответствии с положения»« системного подхода на основе общей модели системы подготовки. специалистов по эксплуатации станков с ЧПУ в исследовании была построена частная модель профессионального обучения наладчиков станков и манипуляторов с программным управлением, которая конкретизирует содержание элементов общей модели применительно к данной специальности и включает з себя пять составных частей, профессиональную деятельность наладчика, содержание образования наладчика, содержание образования станочника (первая ступень подготовки наладчиков в условиях профессионального лицея), содержание обучения по специальности "Наладчик", управление учебным процессом. Предложенная в исследовании модель стала основой для разработки педагогической технологии обучения наладчиков, основанной на использовании компьютерных тренажеров.

Разработка педагогической технологии включала в себя 3 этапа:

1) конструирование содержания обучения наладчиков;

2) разработка педагогических технологий для отдельных предметов специального цикла;

3) проектирование урока с использованием компьютерных тренажеров и создание эффективного механизма обеспечения межпредметных связей.

В назем исследовании профессиональное поле наладчика охватывается четырьмя спецпредметами: спецтехнология (область работ - "технолог"), прикладная геометрия (область работ - "расчетчик"), программирование систс-м ЧПУ (область работ - "программист") , устройство к наладка станков с ЧПУ (области работ -"оператор" и "ремантник"). Для конструирования содержания обучения наладчика мы использовали метод построения структурно-л^г;:-

чеоких схем учебного материала (частное приложение теории' фов), который позволяет в соответствии о модульным подходом к обучения строить групповые и индивидуальные дидактические маршруты достижения ■ заданного уровня профессионализма, исходя из требований работодателя и познавательных возможностей учащегося.

Модель предложенной нами педагогической технологии обучения наладчиков станков и манипуляторов о программным управлением представлена на рис.2. Из рисунка видно, что предмет "Программирование систем ЧПУ", для изучения которого используются компьютерные тренажеры, является системообразующей дисциплиной в процессе профессионал ного обучения наладчика, служит стержнем учебного процесса и определяет порядок преподавания друг и:: спецпредмзтов. Таким образом, здесь можно говорить о применении новой информационно-модульной технологии подготовки специалистов, основанной на моделировании профессиональной среды будущих рабочих.

Во второй главе - "Исследование комплекса компьютерных тренажеров на базе имитационных моделей станков о числовым программным управлением и технологии его применения в учебном процессе профессионального лицея" - предложена концепция компьютерного тренажера для обучения программированию систем ЧПУ, сформулированы дидактические условия эффективного применения его в учебном процессе, разработана методика оценки его мастерства, обоснованы и проверены в ходе педагогического эксперимента критерии эффективности применения комплекса тренажеров для формирования у учащихся профессиональных умений и навыков.

Тренажер позволяет учащемуся выполнять следующие действия:

1) ввести в ПЭВМ текст управляющей прегради;

2) осуществить автоматическую проверку программы о выводом на экран описания синтаксических и семантических ошибок;

3) выполнить программу в автоматическом или пошаговом режиме, наблюдая на экране монитора ПЭВМ изображение обрабатываемой детали и траектории перемещения режущих инструментов (на этом этапе отладки программы учащийся выявляет ошибки задания перемещений) ;

4) отредактировать программу;

5) распечатать текст программы с помощью принтера.

Рае.2 Уод«ль пвдагогичаско! технологии обучения нвлодчкко»

Тренажер дает возможность преподавателя подготавливать изображения обрабатываемых деталей и сохранять их в памяти ПЭВМ.

Эффективность применения компьютерного тренажера для обучения специалистов по. обслуживанию станков о ЧПУ обусловлена рядом дидактических условий, среди которых можно выделить содержательно-процессуальные и организационно-управленческие.

Содержательно-процессуальные условия включают: функциональную ориентацию тренажера на использование активных методов в интенсивных форм обучения; моделирование с помощью тренажера целостного технологического процесса; алгоритмизацию учебно-познавательной деятельности; конструирование учебного материала в соответствии о технологической последовательностью производственной деятельности; психолого-педагогическое соответствие учебной и трудовой деятельности; взаимосвязь традиционных и компьютерных методов обучения о точки зрения их преемственности, интеграции в целостную систему; дифференциацию, содержания учебного материала по уровням сложности, различию и общности, по виду информации, подлежащей усвоению учащимися; дифференциацию способов учебно-познавательной деятельности учащихся, и актуаливаци» дифференцированных целей и программ обучения; четкую диагностику личности учащегося В статике и динамике (способности, индивидуальные особенности, уровень исходной обученноотя и т.д.); наличие внутренних (программных), и внешни*:, (коммуникативных) обратных связей в системе "педагог-учащийся-тренажер".

Организационно-управленческие дидактические условия относятся к деятельности преподавателя так и к деятельности учащегося.

Условиями эффективной деятельности прсгсл^чателя являются: усвоение и конкретизация педагогом целей и задач обучения, предварительная подготовка преподавателей к.внедрению информационных технологий обучения, владение преподавателем информационной технологией обучения о /использованием даннсго типа компьютерных тренажеров, владение преподавателем методами проблемного обучения, оптимальное сочетание дидактических возможностей тренажера с этапами учебно-познавательной и учебно-производственной деятельности учащихся, .использование аппарата межпредметных связей для формирования у учащихся комплексных профессиональных знаний

п умений, последовательность внедрения в учебный процесс кзмПь ютерного тренажера, учет ситуационных моментов при работе уча щихся о тренажером.

Среди дидактических условий учебно-познавательной деятель ности учащихся в среде универсального компьютерного тренажера и выделяем: овладение алгоритмами самоконтроля, целенаправленное! нз результат обучения, четкость выполнения учебных операций предварительную подготовку в области информатики и вычислитель ной техники.

Для того чтобы обоснованно принять решение об использовали тренажера (комплекса тренажеров) в учебном процессе необходим предварительно определить уровень его качества.

Оценка качества аожет быть произведена по следующим показа телям:

. 1. Педагогические показатели

1.1. Показатель соответствия методов обучения особенности формирования навыков^ умений у представителей данной профессии

1.2. Показатель наглядности обучения.

1.3. Показатель самостоятельности и активности учащегося п работе с тренажером.

2. Психофизиологические и эргономические показатели.

2.1. Показатель оптимальности информации для формирован« умений и навыкав.

2.2. Показатель зргономичности тренажера соответствие форы и размеров изображения на ПЭВМ зрительным возможностям учащего ся. удобство и простота освоения тренажера неподготовленны пользователем.

3. Технические показатели

3.1. Показатель надежнооти программных средств тренажеров.

3.2. Показатель защиты от несанкционированных действий учг щегбея.

Учитывая отсутствие в России аналогов данного тренажерног комплекса, мы приняли базовым угэовнем совокупного проявлен!' названных показателей качества - 3 балла по 5-ти балльной шкале В целом тренажерный комплекс получил достаточно высокую оцень экспертной комис-аш, в которую входили представители промыиле* нос.'И я учеСных заведений, - 3.9 балла, что говорит о высокс техническом и пелагеп-чеек м урегне данного комплекса программ но-педагогиченср<?лстр..

Исходными данными при экспериментальной проверке эффективности применения в учебном процессе компьютерных тренажеров были оценки, полученные учзг&оися контрольной и экспериментальной групп эа выполнение контрольных работ по предмету "Прогряммиро-вание систем ЧТУ". В качестве статистических параметров процесса обучения в настоящем исследовании были использованы: средн:ш балл, дисперсия, среднеквадратическов отклонение (СКО) и коэффициент вариации.

Сравнивая показатели успеваемости а контрольной и экспериментальной группах (см.рис.3 и рис. 4), можно сделат» следующие выводы:

1) характер изменения показателей успеваемости в обеих группах является сходным;

2) экспериментальная группа в целом показала болеэ высокую успеваемость (высокий средний балл) и.стабильность процесса обучения (низкое СКО) чем контрольная;

Я) характер изменения показателей процесса обучения для каждого языка программирования является сходным: при изучении каждого языка программирования все учавдеся сначала испытывают одинаковые трудности в освоении его семантики и синтаксиса, в дальнейшем успешность обучения зависит от индивидуальных способностей учащихся и сложности изучения тем.

Из рис. 3 и 4 видно, что использование для обучении программированию систем ЧПУ компьютерных тренажеров улучшает в целом успеваемость учащихся и уменьшает разброс их оценок.

Результаты ^¿поденного исследования, подтверждают основные положения гипотезы исследования и позволяют сфорчулировать следующие общие выводы:

1. Повышение эффективности обучения в учреждениях начального профессионального образования г. большой степени предопределено внедрением информационных технслот" обучения, в т.ч. основанных на компьютерных тренакерах, базирующихся на шитз19гоккых моделях технологического оборудования. При разработке указанных педагог:1ческих технологий определяющими являются .принципы интеграции, многоурогневости профессиональной подготовки, модульного подхода к формированга .'содержания образован^'., ксмпле1ИНОй компьютеризации и технологиэации всего процесса обучения.

J8 -

2. Информационная технология обучения рабочих высокой квалификации на основе применения компьютерных моделей их профессиональной среды, теоретически и практически обоснованная, адекватно отраженная в теоретической модели обеспечивает: тесную взаимосвязь процессов формирования профессиональных знаний и умений, взаимосвязь и взаимообусловленность обучающей деятельности преподавателя с учебной деятельностью обучающегося, формирование профессиональной культуры обучающихся как результат функционирования единой уче Оно-профессиональной информационной среды.

3. Технология обучения на основе компьютерных моделей технологического оборудования представляет собой инструмент, позволяющий преподавателю качественно изменить методы и Форш своей работы:

- индивидуализировать процесс обучения путем предоставления обучающемуся выбора собственной траектории обучения;

- внедить комплексное изучение учащимися явлений действительности, обеспечить тесную взаимосвязь процессов формирования профессиональных знаний, умений и навыков;;

- осуществить постоянное, обновление организации учебного процесса, форм и методов его реализации;':

- усилить практическую направленность теоретического обучения, сместив акценты о оценки, чисто теоретических знаний на оценку действий по применению знаний в практической • деятельности. '/

4. Основной фермой проектирования содержания образования при внедрении информационной технологии обучения с помощью компьютерных тренажеров является формирование .системы вз^госвя--аанкых модулей учебного материала, . которая конструируется в соответствии о требуемым уровнем и,степенью квалификаций,

г Использование компьютерной технологии обучения, основанной на моделирования профессиональной среды будущих рабочих, позволяет решать не только дидактические задачи по упрочению усвоения знаний, умений и навыков, но и оказывает опосредованное влияние на развитие профессиональной направленности, осознание мотивов учения и выбор профессионального пути учащимися.

6. Применение дифференцированного подхода в условлях применения компьютерно-моделирующей технологии обучения приводит к сглаживанию групповых различий в уровнях развития учебно-познавательной деятельности, уровне усвоения знаний, учений, навыков по изучаемому предмету.

7. Комплексная проверка компьютерных тренажеров на базе имитационных моделей станков о ЧПУ показала, что они обеспечивают убиенную мотивацию, активность, познавательно-прак-ический интерес у обучаемых. Компьютерные тренажеры рационально включаются в процесс преподавания и учения, обеспечивают взаимодействие преподавателя и учащихся, развитие самоконтроля и саморегут ляции учебно-познавательной деятельности учащихся, создают оптимальные условия для реализации руководящей роли преподавателя и максимальной самостоятельности обучающихся.

8. В настоящее время назрела необходимость разработки инженерно-педагогических роков шшьютерной дидактики в учреждениях начального профессионального образования, о целью. создания из разрозненных элементов инновационной практики единого научного направления.

Основное содержание диссертации отражено в следующих публикациях:

_1. Система программных тренажеров и модульный подход к обучении как средство организации многоуровневой подготовки специалистов в области механообработки // Система мкогоуровнего профессионального образования: методология, теория, опыт, проблемы: Тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. / Кн-т профтехобразования РАО - СПб.,1996. - С. 77-78..

2. Система компьютерных тренажеров как модель профессиональной среды наладчика станка с ЧПУ // кногоуроаневое профессиональное образование: методология, теория, опыт, проблемы: Тез. докл. междунар. науч.-практ. конф. / Кн-т повышения квалификаций работников образования - Тамбов, 1&97. - С. 100-103

3. Актуальность исследований в области поиска путек оптимального ¡..эдеырозания учебной среды для будущих наладчиков станков о ЧПУ // Многоуровневое профессиональное образование: ме-:одо.-.Э1Ия, теэрии, опь™, проблему: Тез. докл. между к 1р. па-уч.-пр ул. конф. / Мн-т пс1--ения квалификации работников эбра-зсвания - Тамбов, :Э97. - С. 93-1СЭ. (в соавт.)

4. Интенсификация научного процесса на основе применийия компьютерной технологий обучения // Теория и практика образовательных процессов в профессиональной школе: СО. науч. тр. / Ин-т профтехобразования РАО - СПб, 1999. - С. 157-155. (в ссавт.)

5. Мсдульный подход и его реализация в процессе обучения учащихся профессионального лицея // Теория и практика образовательных процессов в профессиональной школе: Сб. науч. тр. / Ин-т профтехобразования РАО - СПб., 1999. - С, 209-215. (в соавт.)

6. Кибернетика // Энциклопедия профессионального образования - М., 1999. - Т.1. - С. 422 (в соавт.)

7. Программированное обучение // Энциклопедия профессионального образования - М., 1999. - Т.2 - С. 340 (в соезт.)

8. Моделирование процесса теоретического обучения по интегрированным профессиям на основе новых информационх лс технологий: Отчет о НИР (закл.) / Ин-т профтехобразования РАО; Руководитель работы Балекин В.И. - N ГР 01960003105; Инв. N 02980004406. -СПб., 1997. - 110 с. (в соавт.)

М-

Текст диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Иванов, Андрей Юрьевич, Санкт-Петербург



I

I

'-»ГЛППТЛЯПТ/ Л ГГ Л Т/ Л ТГТЛ *Т«Т ГУПП л О ПГ) Л ' 7Т/ГСТ

ГиООУШиЛНЛ иПГрлЬиОНГЛлЛ.

ИНСТИТУТ ПРОФЕССИОНАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ИВАНОВ АНДРЕЙ ЮРЬЕВИЧ

ТРЕНАЖЕРНЫЙ КОМПЛЕКС КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ПРОФЕССИОНАЛЬНЫХ УМЕНИЙ И НАВЫКОВ У УЧАЩИХСЯ ЭЛЕКТЮМАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ЛИЦЕЯ

Специальность 13.00.08 - теория и методика

профессионального образования

тт 7 П П 7 О Т А ГГ Г/Г О' й И Ь I и I А м .Ц /1 Л

на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Научный руководитель - доктор педагогических наук,

профессор А.Г.Соколов

Санкт-Петеобупг

ид Z* ¿"Ль А П.»J. £1

'"DQTTpIJTTii

.'J—'■■-■(Ц'^ПАА--- .

JxßiC.'i-i — . л Jfi-l-i Ii л A LJ a i i Р ~~i - ~

XlCi/хЬЛиГи ¡_/бу ¿'1.1 j-ijjf'IciJIjr'lL-' Т i_-B t-jöujl /Wiiil^bbriMiiXJ

¿1 dKCiijjL_v аТсЩИЛ Ivl^ТЗйх^ирвЖу L^IA С i'öiirwjB и apL-x ~ рЗММНЫМ у iipSxäJISKilcai. . : . . . .

i .i. Системный анализ процесса прифвссиокзль-

кого обучения.............. ; , .

1.2. Моделирование процесса профессионального обучения специалистов по обслуживанию и эксплуатации металлорежущих станков с программным управлением..................

1.3. Моделирование процесса профессионального обучения наладчиков станков и манипуляторов с программным управлением. ...........

л. л

ладчиков станков и манипуляторов с программным управлением при использовании компьютерных нажеров.... ................

^ 'rTt~-1 ~О. ZP Т> *** f - "D £j 17 Т :Zi / 'Н ^ U* CS Г* ТТ^Т--. 7?*>. Of С2 TJ Т.* £1Ч /

Л. а л XaWWIT» ii J. Л JUJ-'UiiiAw V ¿.'Ui !jQ Ji i W A A w' ^ »_' J—' CUT! i'iVJli

компьютерных тренажеров на базе имитационных моделей станков с числовым программным управлением ....................

Т «—\ "<""> 47 3 Т> ill

ßi .LJ АХ^/ X «¿'.--fcjlj w

ГЛАВА II. Исследование комплекса компьютерных тренажеров на баге имитационных моделей станков с числовым программным управлением и технологии его применения в учебном процессе профессионального лицея ............ .......

2.1. Современное состояние проблемы обучения программированию систем ЧПУ специалистов в области металлообработки

* •

"О

J. w

2.2. Концепция компьютерного тренажера для первоначального обучения программированию систем ЧПУ......................103

2.3. Исходные условия для внедрения в учебный процесс системы компьютерных тренажеров на базе имитационных моделей станков с программным управлением..........................122

2.4. Экспериментальное исследование эффективности применения компьютерных тренажеров для первоначального обучения программированию систем ЧПУ. .....................133

Выеоды по главе II. . ................. 150

Заключение.......................153

Литература. .......... ...... . ..... 158

Приложение 1. Проект стандарта РФ на профессию "Наладчик станков и оборудования в механообработке"..............

Приложение 2. Промежуточные результаты педагогического эксперимента. .........

А V?.-

крр-Тгтиуг

Основной объем продукции машиностроительных предприятий в настоящее время выпускается при помощи станков с числовым программным управлением (ЧПУ). Это объясняется высокой производительностью такого оборудования, а также тем. что многие современные конструкторские решения требуют высокой точности обработки и характеризуются сложностью поверхностей деталей, которые не могут быть получены на универсальных станках. Но в последнее время произошли серьезные изменения как в методах использования автоматизированного оборудования, так и в структуре соответствующих подразделений промышленных предприятий.

Б результате изменения социально-экономических условий развития производства сложилось противоречие между содержанием профессиональной деятельности наладчика станков и манипуляторов с программным управлением и содержанием его профессиональной подготовки в учебных заведениях. Крупные промышленные предприятия с большой численностью персонала, для которых была характерна узкая специализация работников, сменились небольшими производственными подразделениями, нуждающимися в специалистах широкого профиля. Современному производству требуется наладчик, способный не только к операторской работе по управлению автоматизированным оборудованием, а специалист, который может обеспечить весь цикл изготовления детали - от чертежа до готового изделия (т.е. требуется фактическое совмещение нескольких профессий и специальностей: оператор, наладчик, заточник режущего инструмента, программист, расчетчик, технолог).

Б результате бурного развития вычислительной техники и автоматизации производства возникло противоречие между требованиями, которые предъявляет к наладчику его профессиональная среда, и теми методами обучения, которые приняты в большинстве учебных заведений. Появление на российском рынке отечественных и зарубежных систем ЧПУ 5-го и 5-го поколений с их мощными и достаточно сложными языковыми средствами превратило программирование систем ЧПУ е самостоятельную дисциплину, но конструктивно-техническая специфика станка затрудняет изучение этой дисциплины непосредственно на рабочем месте, требуя создания специальных дидактических средств в виде компьютерных тренажеров - имитационных моделей профессиональной среды наладчика, которые в настоящее время ещё недостаточно разработаны. Б российской педагогической науке накоплен определенный теоретический и практический опыт применения информационных технологий в обучении. Это теоретические и прикладные исследования С.О.Артемьевой, Н.Е.Астафьевой, A.M.Довгялло, А.П.Ершова, Н.Н.Ершова, Я.В.Марусевой, Е.И.Машбица, А.Г.Молибога, И.А.Румянцева, А.Я.Савельева, Н.Ф.Талызиной, Г.А.Шешериной и др. Отмечая ценность работ указанных авторов, следует вместе с тем отметить, что в основном они посвящены проблемам развития информационных технологий обучения на основе обучающих, контролирующих и инструментальных программно- педагогических средств, в то время как проблемы использования е учебном процессе имитационно-моделирующих компьютерных программ еще не получили достаточной проработки. Поэтому существует необходимость создании новых тренажеров-имитаторов и разработки дидактически обоснованных методов их использования в учебном процессе.

Таким образом, актуальность исследования подтверждается наличием и необходимостью разрешения ряда противоречий в рассматриваемой проблемной области, а именно:

1) между обязательным набором умений и навыков, необходимых наладчикам станков и манипуляторов с программным управлением на современном производстве и традиционным содержанием профессиональной подготовки в учебных заведениях начального профессионального образования;

2) между высокой информационной насыщенностью, сложными языковыми средствами современных станков с ЧПУ и методами обучения будущих наладчиков в области программирования;

3) между техническими и педагогическими характеристиками разрабатываемых тренажеров и реальными потребностями учебного процесса по подготовке наладчиков;

4) между высоким уровнем развития технических средств обучения и несовершенными методами преподавания программирования систем ЧПУ.

Исходя из вышесказанного нами поставлена проблема научного обоснования концепции компьютерных тренажеров на базе имитационных моделей станков с ЧПУ и дидактических условий их эффективного использования в учебном процессе.

Цель исследования - научное обоснование дидактических требований к тренажерному комплексу и методов его эффективного использования в подготовке высококвалифицированного специалиста, конкурентоспособного на рынке труда.

Объект исследования - процесс формирования профессиональных умений и навыкоЕ у учащихся электромашиностроительного лицея.

rf

i

Предмет исследования - тренажерный комплекс как средство формирования профессиональных умений и навыков и дидактические условия его использования в теоретическом обучении наладчиков станков и манипуляторов с программным управлением.

Гипотеза исследования - процесс формирования профессиональных умений и навыков с использованием тренажерного комплекса будет эффективным, если:

1) определены современные требования к подготовке рабочих для автоматизированного производства, оснащенного станками о ЧПУ;

2) проведено моделирование учебного процесса и разработана, соответствующая педагогическая технология использования комплекса компьютерных тренажеров для выработки у учащихся конкретных профессиональных умений и навыков;

3) определены и использованы в практике дидактические условия внедрения в учебный процесс тренажерного комплекса, базирующегося на имитационных моделях станков с ЧПУ;

4) обоснованы критерии эффективности применения в учебном процессе компьютерных тренажеров.

Цель, предмет и гипотеза исследования предопределили необходимость постановки и решения следующих задач:

1) изучить проблему внедрения методов компьютерного обучения в педагогическую науку и практику;

2) определить современные требования к подготовке высококвалифицированных и конкурентоспособных специалистов в области металлообработки на автоматизированном производстве;

3) провести моделирование процесса формирования профессиональных умений и навыков с помощью компьютерных тренажеров и построить соответствующую педагогическую технологию;

4) обосновать систему дидактических условий применения комплекса компьютерных тренажеров в обучении наладчиков станков и манипуляторов с программным управлением;

5) создать комплекс компьютерных тренажеров, базирующихся на имитационных моделях станков с ЧПУ;

5) разработать методику оценивания качества компьютерных тренажеров на базе имитационных моделей станков с ЧПУ как программно-педагогических средств;

7) обосновать критерии эффективности применения комплекса компьютерных тренажеров при формировании у учащихся профессиональных умений навыков.

Методологический базис исследования составили комплексный, системный, кибернетический и модульный подходы к изучению проблем профессионального образования.

В СЕоей работе мы опирались на учения, идеи и концепции, раскрывающие:

- положения системного подхода в педагогических исследованиях и организации педагогических систем (И.С.Батракова, А.П.Беляева, И.В.Блауберг, В.В.Краевский, Н.В.Кузьмина, И.Я.Леркер);

- концепции научного подхода к формированию содержания профессионального образования (Ю.К.Еабанский, С.Я.Батышев, Н.И.Дум-ченко, В.Ю.Краевскии, B.C.Леднев, В.В.Шадкин);

- идеи технологизации и компьютеризации учебного процесса, принципы программированного обучения (В.В.Беспалько, А.М.Довгял-ло, А.П.Ершов, И.А.Румянцев, А.Я.Савельев, Е.А.Машбиц, А.Г.Моли-

бог);

- теория поэтапного формирования умственных действий (П.Я.Гальперин, А.Н.Леонтьев, К.Ф.Талызина);

- идеи профессионально-педагогической технологии (С.Я.Баты-шев. А.П.Беляева, Р.Х.Джураев, Н.Е.Кузнецова);

- принципы управления профессиональными учебными заведениями (И.А.Богачек, Н.Н.Булынский, М.И.Кондаков, А.Я.Найн, Т.Г.На-вазова, А.Г.Соколов).

Для реализации поставленных целей и задач использовались следующие методы исследования: анализ и синтез психолого-педагогической и технической литературы по теме исследования, моделирование процесса профессионального обучения, педагогический эксперимент, качественный и количественный анализ результатов эксперимента.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обусловлены использованием современной методологической базы, привлечением для теоретического обоснования большого количества педагогических и психологических источников, использованием разнообразных методов теоретике-экспериментального исследования проблемы, широкой апробацией и внедрением полученных выводов в практику деятельности профессионального лицея, рациональным сочетанием теоретических и экспериментальных методов.

.1 г\

хи

Исследование проводилось в 1996-1999 гг. на баге Электромашиностроительного профессионального лицея Санкт-Петербурга СЭМПЛ) и включило три этапа.

На первом этапе (1996-1997 гг.) осуществлялся анализ состояния проблемы внедрения компьютерных технологий в процесс обучения. Определялись требования к подготовке наладчиков станков с ЧПУ. Проводилось обоснование требований к компьютерным тренажерам как к модели профессиональной среды наладчика. Разрабатывался комплекс компьютерных тренажеров. Были начаты конста тирующий и формирующий этапы педагогического эксперимента: исследовательские беседы с инженерно-педагогическими работниками, педагогическое наблюдение, изучение контрольных срезов в учебных группах в Электромашиностроительном лицее.

На втором этапе (1997-1998 гг.) проводилось моделирование процесса формирования умений и навыков с использованием компьютерных тренажеров. Разрабатывалась педагогическая технология, основанная на использовании компьютерных трензжеров. Разрабатывалась учебно-программная документация по профилирующим предметам для специальности "Наладчик станков и манипуляторов с программным управлением". Была проведена апробация педагогической технологии в ходе формирующего этапа педагогического эксперимента в учебной группе.

На третьем этапе (1998-1999 гг.) были разработаны дидактические условия применения комплекса компьютерных тренажеров в учебном процессе. Был собран и проанализирован научно-педагогический материал по формирующему и результирующему этапам педагогического эксперимента в Электромашиностроительном лицее.

Научная новизна исследования заключается в следующем:

- на базе системного подхода, кибернетического и структурно-функционального .анализа процесса профессиональной подготовки разработана и реализована модель компьютерного обучения специалистов по интегрированной группе профессий, связанных с обслуживанием и эксплуатацией автоматизированного оборудования механообработки, в частности, наладчиков станков и манипуляторов с программным управлением;

- разработана методика конструирования педагогической технологии, ориентированной на использование компьютерных тренажеров - имитационных моделей станкоЕ с ЧПУ;

- на основе кибернетического подхода составлена методика построения систем управления обучением в условиях использования компьютерных тренажеров в качестве модели профессиональной среды будущих рабочих;,

- разработаны на основе интегративно-модульного и личност-но-деятельностного подходое к профессиональному обучению алгоритмы управления учебно-познавательной деятельностью учащихся в условиях использования компьютерных тренажеров;,

- определены критерии эффективности применения тренажеров для формирования у учащихся электромашиностроительного лицея профессиональных умений и навыков;

Теоретическая значимость исследования заключается в развитии принципов интеграции, комплексной компьютеризации, техноло-гизации учебного процесса; взаимообусловленности учебно-познавательной деятельности учащихся и дидактических возможностей

1*0

компьютерного тренажера. Определены и обоснованы понятия "информационно-моделирующая" и "информационно-модульная" технологии обучения. Обоснованы дидактические требования к разработке компьютерных тренажеров на базе имитационных моделей станков с ЧПУ. Определена роль компьютерного тренажера как средства моделирования профессиональной среды и профессиональной деятельности специалиста и технике-технологической системы. Сформированы основные направления развития имитационных обучающих программ. Разработан функционально полный и дидактически связанный комплекс компьютерных тренажеров. Сформулированы дидактические условия эффективного использования тренажерного комплекса в учебном процессе.

Практическая значимость исследования замечается в перестройке на основе разработанной модели структуры и содержания профессионального образования наладчиков станков и манипуляторов с программным управлением; во внедрении в учебный процесс электромашиностроительного лицея комплекса компьютерных тренажеров, предназначенных для обучения программированию систем ЧПУ; в создании педагогической технологии обучения специалистов по эксплуатации станков с ЧПУ и разработке на её основе соответствующих нормативных документов (стандартов, учебных планов и программ) по профессиям металлообработки.

На защиту выносятся:

1) концепция компьютерного тренажера для первоначального обучения программированию систем ЧПУ;

2) система профессионального обучения специалистов по эксплуатации станков с ЧПУ;

3) педагогическая технология обучения наладчиков станков и манипуляторов с программным управлением, основанная на использовании компьютерных тренажеров.

Апробация работы. Промежуточные и окончательные результаты исследования неоднократно докладывались на заседаниях лаборатории педагогического проектирования и дидактического обеспечения профессионального образования Института профтехобразования РАО (1996-1998), на педагогических совета