Как учить физике инженеров. Теория

1.2. Научно-теоретическое обоснование методической системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики

Проведенные в настоящем параграфе теоретическое системное моделирование позволяет обосновать систему формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики. Необходимо, чтобы предлагаемая методическая система обладала всеми необходимыми системными признаками. Афанасьев В. Г. считал, что любой системе присущи такие характеристики, как компонентный состав, структурность и наличие системообразующего фактора, целостность и развитие, иерархичность, взаимосвязь и взаимодействие со средой, множественность описания, наличие управления [17, C. 31]. Докажем наличие указанных признаков применительно к обосновываемой методической системе.

I. Компонентный состав системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики. Под компонентами понимаются любые части системы, вступающие в определенные отношения с другими ее частями [17]. К компонентам предлагаемой в настоящей монографии методической системы относятся следующие ее структурные элементы: цель, содержание, методы, организационные формы, средства формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики, диагностика уровня сформированности профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики, результат формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики, коррекция указанного формирующего процесса.

II. Структурность. Системообразующий фактор системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики. В словаре «Философия науки: Словарь основных терминов» структурность трактуется как «наличие или конструирование в изучаемом предмете определенных подсистем, между которыми фиксируется или вводится вертикальная иерархия по степени подчиненности или субординации подсистем. В таком случае говорят о структурности или уровневом строении исследуемого объекта, процесса, системы» [130]. Структурность рассматриваемой методической системы позволяет, зная один из ее компонентов, предположить наличие других, взаимосвязанных компонентов. Структура системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики представляет собой определенный способ взаимосвязи, взаимодействия образующих ее компонентов, который в данном случае можно раскрыть следующим образом. Цель формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе обучения физике определяет выбор содержания, методов, средств, организационных форм указанного формирующего процесса. Диагностика уровня сформированности профессиональной компетентности будущих инженеров выполняется по итогам реализации формирующего процесса и позволяет определить достигнутый результат. Сведение о достигнутом результате позволяют осуществить коррекцию процесса формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики: выбирать новое содержание обучения курсу физики, соответствующие методы, организационные формы, средства формирования профессиональной компетентности будущих инженеров и диагностические фонды. Цель иерархически влияет на перечисленные компоненты системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики. Коррекция формирующего процесса не предусматривает изменение заявленной цели, которая является неизменным и иерархически значимым элементом указанной системы. Взаимосвязанное объединение компонентов методической системы определяется целью формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики, как основной идеи и ценностной направленности указанной системы.

Системообразующий фактор Анохин П. К. в работе «Философские аспекты теории функциональной системы» определяет следующим образом: «решающим и единственным фактором является результат, который, будучи недостаточным, активно влияет на отбор именно тех степеней свободы у компонентов системы, которые при их интегрировании определяют в дальнейшем получение полноценного результата». «Всякий компонент может войти в систему только в том случае, если он вносит свою долю содействия в получение запрограммированного результата» [10]. В докторской диссертации Поддубного Н. В. «Самоорганизующиеся системы: онтологический и методологический аспекты» системообразующий фактор в самоорганизующейся системе определяется как «ее тенденция к самосохранению, физический смысл которой составляет организация и взаимодействие между ее элементами, в соответствии с принципом наименьшего действия или экономии энергии» [189, С. 18.]. В Философском словаре Лебедева С. А. говорится о том, что в системе социального знания в качестве системообразующего фактора выступает идеал [130]. Таким образом, можно сказать, что в обосновываемой методической системе системообразующим фактором является результат, итог, идеал – профессиональная компетентность будущих инженеров, описанная в качестве модели, включающей в себя все существенные признаки.

III. Целостность и развитие системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики. Целостность указанной методической системы определяется единством и взаимодействием ее составляющих. Предлагаемая система формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики является целостной и развивающейся. Каждый ее компонент, обладая определенными свойствами, является частью диалектически обусловленной целостности этой системы. С одной стороны, ее компоненты обладают относительной самостоятельностью, с другой стороны, составляют части единого целого.

Показателями развития системы являются необратимость, направленность и наличие закономерностей [17]. В качестве доказательства утверждения, что эти показатели присущи предложенной системе формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики, рассмотрим следующие обоснования. Приобретение профессиональной компетентности будущих инженеров субъектами ее формирования в процессе изучения физики является объективным и необратимым результатом. Поскольку приобретенный субъективный учебно-профессиональный опыт присваивается студентами без возможности его психологической ликвидации, формирование профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики является необратимым. Наличие целевого компонента в предложенной методической системе обеспечивают направленность формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики на повышение уровня указанной компетентности. Функционирование системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики происходит на основе определенных повторяющихся, устойчивых связей, закономерностей, на основе которых сформулированы принципы, положенные в основу конструирования указанной системы.

Теоретическое обоснование методической системы требует выявления педагогических закономерностей, формулировки на их основании принципов, выбор педагогических подходов к ее разработке. Сластенин В. А. рассматривает закономерность как результат совокупного действия множества законов, поэтому она выражает многие связи и отношения, а «педагогический принцип выражает суть закона в его нормативной форме» [215, С. 146]. Принцип – это «основная особенность, исходное положение, установка на какое-либо действие» [130]. В теории педагогики принято, что закономерности как существенные, устойчивые, необходимые и повторяющиеся связи педагогического процесса являются теоретической основой конструирования принципов обучения.

Конструирование системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров базируется на общедидактических принципах, выделенных Архангельским С. И. [12]: научности, систематичности, связи теории и практики, сознательности, доступности, единства цели и задач обучения, связи конкретного и абстрактного, прочности знаний. Помимо общедидактических принципов на основе анализа изучаемого формирующего педагогического процесса были выявлены закономерности и сформулированы соответствующие им принципы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики.

Перечислим принципы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики 1) коммуникативной профессиональной направленности интерактивного освоения курса физики; 2) информатизации процесса изучения физики в соответствии с выбранным направлением кадровой подготовки; 3) освоения физических знаний в творческом проектировании объектов предстоящей инженерной деятельности; 4) создания в процессе изучения физики материальных и интеллектуальных продуктов учебно-профессиональной деятельности. Указанные принципы были сформулированы по результатам анализа выявленных в проведенном исследовании закономерностей, указывающих на взаимосвязь между уровнем сформированности профессиональной компетентности будущих инженеров и достижениями студентов, полученными в экспериментальном обучении физике.

Проведенное констатирующее исследование по оценке уровня сформированности профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики показало, что успешность указанного формирования зависит от использования межличностного общения по обсуждению изучаемого физического материала, а так же активного и интерактивного взаимодействия в коллективе, имитирующего выполнение функций специалиста в профессиональной инженерной деятельности. С этой закономерностью связан принцип коммуникативной профессиональной направленности интерактивного освоения курса физики: реализация побуждающего взаимодействия по обсуждению лекционного материала, связанного с поиском в технической литературе профессионально значимых примеров, разъясняющих физические основы производственно-технологической и сервисно-эксплуатационной деятельности. Использование активных учебных контактов между студентами на практических и лабораторных занятиях по физике в процессе решения задач и выполнения специальных заданий с профессиональным содержанием. Оказание активной помощи студентам в подготовке, представлении результатов и обсуждении выбранных тем рефератов, творческих проектов, самостоятельной работы, отражающих специфику предстоящей профессиональной деятельности будущих инженеров. Реализация принципа коммуникативной профессиональной направленности интерактивного освоения курса физики требует активной творческой деятельности, связанной с самореализацией студентов в межличностном общении на основе освоения специально подобранного предметно-профессионального иллюстративного материала физики, решения учебно-профессиональных задач, выполнения специальных заданий и профессионально ориентированных проектов, подготовки рефератов и самостоятельного обучения, соответствующих направлению профессиональной подготовки инженеров.

Скорость увеличения уровня сформированности профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики зависит от использования компьютерных средств, мультимедийного и программного оснащения процесса изучения физики. Использование компьютерных технологий позволяет эффективно использовать учебное время и успешно решать профессиональные задачи повышенного уровня сложности. Данная закономерность выражается в принципе информатизации процесса изучения физики в соответствии с выбранным направлением кадровой подготовки. Реализация этого принципа связана с подбором специфических аналитических методов оценки физико-технических данных, отражающих профессиональную специфику, созданием и применением методических комплексов и компьютерных практикумов, реализующих пошаговое освоение методов и программных средств инженерного анализа.

Качество процесса формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики возрастает, если используются положительная мотивация студентов к самостоятельному поиску профессионально важной информации по изучаемой дисциплине (физике), к эмоциональной вовлеченности в процесс творческой профессиональной самореализации посредством выполнения актуальных значимых проектов с профессионально-физическим содержанием. Принцип, соответствующий этой закономерности можно обозначить как принцип освоения физических знаний в творческом проектировании объектов предстоящей инженерной деятельности.

Выполнение в процессе изучения физики творческих индивидуальных заданий по созданию общественно и профессионально значимых продуктов позволяет студентами самостоятельно проводить поиск информации, актуализировать имеющиеся и приобретать недостающие физико-технических знания, необходимые для выполнения продуктивной деятельности по изучению или совершенствованию инженерных объектов. Продуктивная эвристика на базе учебной деятельности по освоению фундаментальных физических знаний позволяет находить новые творческие нестандартные решения и воплощать их в процессе выполнения лабораторных и практических занятий по физике, индивидуальных консультаций и самостоятельной работы студентов под руководством преподавателя. Продуктом деятельности студентов являются: созданное студентами под руководством преподавателя новое лабораторное оборудование; оптимизированный список задач и интерактивные шаблоны их решения; составленная студентами программа физического эксперимента и его результаты; созданная студентами действующая модель инженерного оборудования; предназначенные для лекционных демонстраций собранные студентами стендовые установки и видео о применении физики в модифицированных студентами объектах в условиях профессиональной деятельности инженеров. Личное участие в создании под руководством преподавателя лабораторного оборудования для изучения физических параметров и характеристик объектов профессиональной деятельности будущих инженеров кардинально меняет представление студента о процессе обучения. Происходит замена типичной репродуктивной деятельности по получению знаний на продуктивную деятельность по созданию и практическому внедрению принципиально новых инструментов физико-технического познания. Принцип, соответствующий закономерности наращивания компетентностного потенциала личности студентов трактуется как принцип создания в процессе изучения физики материальных и интеллектуальных продуктов учебно-профессиональной деятельности.

Реализации этих принципов должна способствовать подготовка и научное обоснование технологий формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики.

IV. Иерархичность системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения курса физики и ее взаимодействие со средой. Иерархия – расположение частей целого в порядке от высшего к низшему [53]. Данный признак выражается в том, что отношения между участниками процесса формирования профессиональной компетентности (преподавателями и студентами) становятся субъект-объектными, в которых обе стороны являются партнерами, и управление этим формирующим процессом организовывает деятельность и преподавателей и студентов. Кроме того, иерархичность указанной системы выражается в подчинении целевому компоненту системы всех ее остальных компонентов.

Система формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения курса физики не является изолированной. В целях определения содержания взаимосвязи указанной методической системы с образовательным пространством и производственно-технологической сферой деятельности инженеров можно предложить интегративный комплекс взаимосвязей методической системы и внешней среды, обеспечивающий формирование профессиональной компетентности будущего специалиста как личностного качества в процессе изучения курса физики. Интегративность указанного комплекса проявляется, во-первых, в организации согласованной мотивированной деятельности преподавателей и студентов в процессе изучения физики, во-вторых, в интеграции содержания и междисциплинарных связей курса физики, естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин, в третьих в интеграции образовательного пространства вузов и научно-производственной сферы, в четвертых во внедрении инновационных педагогических технологий в формирование профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики. Практика интеграционных процессов в педагогике позволяет предположить, что разобщенное осуществление компонентов указанного комплекса взаимосвязей методической системы и внешней среды будет менее эффективно, чем его согласованная реализация в комплексном и полном составе. Интегративным фактором указанного комплекса является общая цель его компонентов – формирование профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики. Реализация рассматриваемого комплекса позволяет логически структурировать содержание и функционально-процессуальную основу формирования профессиональной компетентности студентов в процессе освоения физических знаний, повысить уровень мотивации и рефлексии преподавателей и студентов, усовершенствовать опыт организационно-методической деятельности. Последующее перечисление компонентов указанного комплекса отражает направления взаимосвязей методической системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров с внешней средой.

1. Проектирование и осуществление учебно-профессионального сотрудничества преподавателей и студентов в формировании инженерной компетентности будущих специалистов (в процессе изучения физики) посредством:

– повышения уровня мотивации, обеспечения согласованного понимания и организации партнерской деятельности преподавателей и студентов в процессе реализации учебного и профессионального выбора адекватного содержания, способов, методов, форм достижения общей приоритетной цели качественной профессиональной подготовки (в процессе изучения физики) конкурентоспособных квалифицированных специалистов;

– непрерывного своевременного уточнения, стандартизации и параметризации требований к уровню профессиональной компетентности будущих инженеров, предъявляемых со стороны образования и производства; перевод эпизодического осведомления студентов о физико-технических инновациях в устойчивую стратегию мониторинга профессиональной сферы, ориентации содержания фундаментально-теоретической подготовки инженеров в процессе изучения физики на запросы рынка труда.

2. Организация единого целенаправленного интегративного взаимодействия технического вуза, науки и производства, охватывающего научно-производственное и образовательно-практическое направления становления будущего специалиста:

– развитие будущих инженеров в качестве субъектов научно-производственной деятельности, сочетающей мониторинг информационно-технической сферы современных технологических инноваций и собственную рационализаторскую и научно-исследовательскую работу;

– формирование комплексного практико-теоретического опыта инженерно-технической деятельности будущих специалистов в процессе применения квалификационных знаний в собственной производственной практике с учетом существующих регионально-муниципальных особенностей рынка труда.

3. Повышение уровня методической готовности профессорско-преподавательского состава к внедрению в традиционную практику целевой профессиональной подготовки будущих инженеров в процессе изучения физики инновационных педагогических технологий. Реализация эффективных способов организации сознательного учебно-педагогического процесса, позволяющего раскрыть не только предметное, но и социальное содержание предстоящей профессиональной деятельности будущих инженеров, систематизировать и связать необходимые подходы, принципы, теоретические и концептуальные основы моделирования методической системы формирования профессиональной компетентности будущих инженеров в процессе изучения физики. Организация процесса формирования инженерной компетентности технических специалистов должна происходить в соответствии с компетентностной моделью будущих инженеров, определяющей ведущие функции и виды их профессиональной деятельности.

3.1. Информатизация формирования профессиональной компетентности будущих инженеров и повышение уровня методической готовности профессорско-преподавательского состава к внедрению педагогических инноваций в практику профессиональной подготовки в процессе изучения физики может иметь следующие направления:

– уплотнение учебного материала за счет ускорения его изложения при помощи мультимедийных, компьютерных информационно-коммуникационных технологий и средств имитационного моделирования предстоящей профессиональной деятельности будущих инженеров; использование освободившегося аудиторного времени для реализации междисциплинарных связей физики, естественнонаучных дисциплин и профессиональной специфики в учебной деятельности студентов технических вузов;