Тел.: (812) 643-77-67*33-56 | Mail: fit.herzen.conf@gmail.com

Поиск по сайту

Заболотная В.В.
ПГУ им. Т.Г. Шевченко, г. Рыбница,
Приднестровская Молдавская Республика
victoria13_89@mail.ru

Реализация междисциплинарных связей при обучении информатике студентов инженерного направления


В статье рассматриваются междисциплинарные связи информационных и специальных дисциплин при подготовке будущих инженеров направления 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производства»; представлена возможность использования междисциплинарных задач профессиональной направленности при изучении дисциплины «Информационные технологии» как основополагающей всего цикла информационных дисциплин направления; приведены примеры междисциплинарных задач профессиональной направленности; описаны индивидуальные образовательные маршруты студентов; представлены результаты педагогического эксперимента.

Zabolotnaya V.V.
PSU named after T.G. Shevchenko, Rybnitsa,
The Pridnestrovian Moldavian Republic

Implementation of interdisciplinary connections in teaching Informatics engineering students

The article deals with the interdisciplinary communication of information and special disciplines in the training of future engineers direction 15.03.04 «Automation of technological processes and production»; presents the possibility of using interdisciplinary problems of professional orientation in the study of the discipline «Information technology» as a fundamental of the entire cycle of information disciplines of the direction, provides examples of interdisciplinary problems of professional orientation; describes the individual educational routes of students; the results of the pedagogical experiment are presented.

С внедрением стандартов третьего поколения система подготовки специалистов инженерного направления претерпевает существенные изменения, в частности: сокращение часов отводимых на аудиторную работу, увеличение доли самостоятельной работы студентов, применение современных компьютерных средств в образовательном процессе, создание электронной информационно-образовательной среды. При этом сокращение аудиторной нагрузки затрагивает и дисциплины информационного цикла. Все дисциплины учебного плана направлены на то, что по истечении всего срока обучения на выходе мы получим специалиста в своей области. В этой связи актуальным становится применение в учебном процессе принципа междисциплинарности, позволяющего решить проблему нехватки аудиторных часов и сокращении представляемого учебного материала.

Вместе с этим, современный бакалавр-инженер должен обладать культурой мышления, достаточной для будущей профессиональной деятельности. Для этого ему необходимо развивать свои способности, применять полученные знания для решения профессиональных задач. Деятельность выпускника направления «Автоматизация технологических процессов и производств» требует, прежде всего, умения автоматизировать процессы обработки информации. Выполнять это он должен в знакомой и доступной для него среде. Поэтому необходимо строить учебный процесс таким образом, чтобы каждая дисциплина в учебном плане являлась фундаментом последующей.

Развитие инженерного образования на современном этапе невозможно без знаний в области информационных технологий, поэтому целью нашего исследования является формирование компетенции в области информатики бакалавров-инженеров на основе изучения дисциплин информационного цикла. Компетенция в области информатики как неотъемлемая часть профессиональной компетенции должна усиливаться с каждым курсом обучения. В процессе обучения студент должен получить опыт решения задач с применением средств информационных технологий, аналогичных производственным [3].

Мониторинг знаний студентов, проводимый в течение пяти последних лет, демонстрирует, что у первокурсников недостаточно сформирован понятийный аппарат, который необходим для последующего изучения информатики в техническом вузе.

Тематическое построение дисциплины позволяет рассматривать ее учебные темы как отдельные «звенья» систематизированных знаний, находящихся между собой в определенной взаимосвязи. Дидактическая модель междисциплинарных связей в учебной теме, состоит из внутреннего и внешнего структурно-логического анализа содержания учебных дисциплин. Внутренний – это структурно-логический анализ содержания изучаемой темы дисциплины «Информационные технологии», как основополагающей дисциплины всего цикла информационных дисциплин. Внешний – это структурно-логический анализ содержания тем специальных дисциплин учебного плана с целью определения степени соответствия содержания изучаемой темы и выявление «основных» междисциплинарных знаний.

Оценивая связь дисциплин информационного цикла с последующими специальными дисциплинами [1, 4], мы рассматриваем возможность применения приобретенных компетенций в области информатики в учебных курсах специального цикла при выполнении практических и лабораторных работ, также при написании ВКР и курсовых проектов (рис. 1).

Мы исследуем условия формирования компетенции в области информатики студентов в процессе профессиональной подготовки инженеров. Одним из важных условий является обучение студентов выявлять на производстве ситуации, позволяющие автоматизировать участки производственного процесса, и решать в профессиональной деятельности задачи, используя современные информационные технологии, в частности, применяя среды для инженерных расчетов MathCad и MatLab.

Актуальным является выбор и рассмотрение в учебном процессе таких междисциплинарных задач профессиональной направленности, которые на первом этапе могут быть адаптированы для курса «Информационные технологии» с ориентацией на обогащение инструментарием для их решения в последующих информационных и специальных дисциплинах [2]. В ходе решения такого рода задач у студентов формируются алгоритмические умения, умения моделировать процессы и системы.


Рисунок 1. Преемственные связи содержания информационных и специального дисциплин направления подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств»

Нами разработана программа дисциплины по выбору «Информационные технологии в инженерных расчетах». Дисциплина включает в себя лекционные, лабораторные занятия, а также задания для самостоятельной работы. Практическая составляющая дисциплины ориентирована на овладение студентами инструментарием сред MathCad и MatLab. Одновременно с изучением теоретического материала, на занятиях студентам предлагается рассмотреть практические задания, которые являются частями общего проекта. Решение междисциплинарных задач профессиональной направленности осуществляется в соответствии с алгоритмом проектирования от простых элементов к более сложным. При разработке содержания дисциплины мы объединили задания логической связью, которая позволяет показать студентам, как сложное с профессиональной точки зрения задание можно реализовать при помощи сред MathCad и MatLab для инженерных расчетов.

В соответствие с видами профессиональной деятельности, к которым готовятся выпускники направления «Автоматизация технологических процессов и производств» выделим следующие типы задач профессиональной направленности: исследовательские; расчетные; конструкторские; аналитические; графические; задачи проектирования; задачи моделирования. Приведем примеры междисциплинарных задач профессиональной направленности, рассматриваемых в рамках дисциплины.

Для формирования умений решать задачи исследовательского типа, например, задачи исследования разомкнутой линейной системы, рассматриваемые в курсе «Теория автоматического управления», целесообразно ее рассматривать в курсе «Средства автоматизации и управления», в котором формируются знания о том, какие виды систем существуют и какой математический аппарат необходимо использовать при ее решении. При этом на первом этапе обучения в курсе «Информационные технологии в инженерных расчетах» студенты изучают инструментарий ввода и преобразования моделей линейных систем в среде MatLab.

Для решения задач моделирования связанных с построением, симуляцией и визуализацией работы электрических схем в курсе «Моделирование систем и процессов» студентам необходимы знания законов электрических цепей, уравнения для токов и напряжений электрической цепи, которые они получают при решении подобного рода задач в курсе «Микроконтроллеры и микропроцессоры в системах управления». В курсе «Информационные технологии в инженерных расчетах» формируются умения программирования для решения подобных задач в средах MatLab и MathCad; инструментарий для передачи данных из рабочей области в модель, функций, аргументов и возвращаемых значений рассматривается при изучении курса «Информационные технологии».

Еще одним примером может являться решение студентами в рамках дисциплины «Оборудование автоматизированного производства» задачи проектирования регулятора для линейной системы. Решение рассматриваемой задачи основано на знаниях, полученных при изучении дисциплины «Цифровые системы управления», в которой у студентов формируются знания о том, что такое регулятор, какие существуют виды регулятора и т.п. Также решение основано на знаниях основ автоматизированного проектирования, основных компонентов и обеспечения проектирования, получаемых в рамках изучения дисциплины «Введение в CAD-системы». Соответственно в курсе «Информационные технологии в инженерных расчетах» формируются умения моделировать параллельное и последовательное соединения, замыкания обратной связью при проектировании регулятора в среде MatLab.

Изучение сред для инженерных расчетов в курсе «Информационные технологии в инженерных расчетах» позволяет создать условия для развития профессиональных компетенций и обогатить инструментарий для решения задач профессиональной направленности в процессе изучения специальных дисциплин. После изучения курсов «Информационные технологии» и «Информационные технологии в инженерных расчетах» студент будет обладать собственным опытом решения задач профессиональной направленности с использованием профессиональных средств ИТ и может эффективно применять полученные знания при освоении дисциплин профессионального цикла.

В ходе опытно-экспериментальной работы мы разработали варианты построения индивидуальных образовательных маршрутов студентов по направлению подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств», а именно маршрутные карты трех типов (исполнительского, конструктивного и творческого) по дисциплине информационного цикла «Информационные технологии» для студентов I курса рассматриваемого направления: 1) Маршрутная карта исполнительского уровня предполагает работу студента, направленная на решение типовых междисциплинарных задач исполнительского характера: овладение изученной технологией; применение определенной информационной технологии по ранее изученному алгоритму.
2) Маршрутная карта конструктивного уровня предполагает работу студента по решению комплексных междисциплинарных заданий, с четкой постановкой задачи и требуемым результатом; поисковая активность, готовность студентов к принятию решений, способность студентов выбирать необходимые знания, умения, способы и приемы информационной деятельности.
3) Маршрутная карта творческого уровня предполагает работу студента, которая направлена на решение творческих междисциплинарных задач, имеющих неформализованное описание, объединяющих знания, умения, опыт применения информационных технологий профессионально-ориентированной направленности, приобретенные в процессе изучения других дисциплин.

Для организации, проведения и контроля самостоятельного выполнения одного или нескольких заданий маршрутной карты мы предлагаем электронный образовательный ресурс, разработанный на базе Приднестровского государственного университета им. Т.Г. Шевченко (http://atpp.rfpgu.ru) [2, 5].

Студент, выбрав маршрутную карту исполнительского, конструктивного или творческого уровня, может приступить к выполнению заданий, указанных в ней. Первая часть предполагает выполнение аудиторной самостоятельной работы, вторая – связана с выполнением заданий в ЭОР. Выполнив первую часть заданий маршрутной карты, и приступая ко второй, студент отправляется на сайт образовательного портала кафедры и выбирает курс «Информационные технологии в инженерных расчетах», где выбирает лекцию, указанную в его маршрутной карте.

В рамках экспериментального исследования нами были сформированы 2 группы обучающихся: контрольная, включающая 10 студентов, и экспериментальная в составе 12 студентов. В экспериментальной группе занятия проводились по разработанной методике, с использованием междисциплинарных задач, а в контрольной – без использования разработанной методики.

По окончании обучения мы провели тестирование студентов на определение уровня внутренней мотивации, а так же оценили уровень достижения студентами экспериментальной и контрольной групп ожидаемых результатов обучения (рис. 2). Для получения оценки, отражающей влияние разработанной методики на качество обучения, на данном этапе исследования применялся традиционные методы: контрольная работа в середине семестра и экзаменационная оценка. На рисунке 3 приведены данные, полученные по четырем срезам в дисциплине «Информационные технологии» и по двум срезам в дисциплине «Введение в CAD-системы».


Рисунок 2 – Сравнительная диаграмма результатов тестирования на определение уровня внутренней мотивации экспериментальной и контрольной групп

Результаты эксперимента показали: студенты экспериментальной (60%) и контрольной групп (25%) считают, что для получения высшего образования необходимо знание информатики и информационных технологий для достижения высокой компетентности в профессии инженера.


Рисунок 3 – Результаты контрольных срезов

Студенты экспериментальных групп чаще применяют знания, полученные в ходе изучения дисциплин информационного цикла для решения задач в других специальных дисциплинах. Преподаватели специальных дисциплин констатируют более качественный уровень выполнения заданий студентами экспериментальной группы.

Использование, в рамках подготовки по информационным дисциплинам, комплекса междисциплинарных задач профессиональной направленности, оказывает положительное влияние на качество обучения, как по информационным, так и по специальным дисциплинам.

Литература:
1. Заболотная В.В. Проблема преемственности в структуре непрерывного обучения информатике в техническом вузе // Современные проблемы науки и образования. – 2017. – № 6. URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=27123 (дата обращения: 04.12.2017).
2. Заболотная, В.В. Применение междисциплинарных задач профессиональной направленности в обучении информатике студентов инженерного направления / В.В. Заболотная // Перспективы науки. – 2018. – №1(100). – С. 54-60. – ISSN 2077-6810
3. Заболотная, В.В. Реализация информационно-технологической компетентности будущих инженеров в процессе решения профессиональных задач / В.В. Заболотная // Новые образовательные стратегии в современном информационном пространстве: Сборник научных статей по материалам международной научной конференции 12 март 2018 года. – СПб.: Изд-во РГПУ им. А.И. Герцена, 2018. – С. 21-26.
4. Заболотная, В.В. Формирование компетенций в области информатики у студентов в процессе решения междисциплинарных задач профессиональной направленности / В.В. Заболотная // Региональная информатика (РИ – 2018). Юбилейная XVI Санкт-Петербургская международная конференция «Региональная информатика (РИ – 2018)». Санкт-Петербург, 24 – 26 октября 2018 г.: Материалы конференции. – СПб.: СПОИСУ, 2018.
5. Симонова И.В. Преемственность содержания обучения информатике в школе и педагогическом вузе в аспекте требований профессионального стандарта педагога / В сборнике: Непрерывное педагогическое образование в современном мире: от исследовательского поиска к продуктивным решениям. Образовательные и профессиональные стандарты в обеспечении готовности выпускника к профессиональной деятельности в сфере образования Сборник статей по материалам всероссийской научной конференции с международным участием. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена", Научно-исследовательский институт непрерывного педагогического образования. 2016. ¬– С. 110-116.

Комментарии

Оставьте свой комментарий