CC BY
40
ПРИКЛАДНЫЕ ПРОГРАММНЫЕ ПРОДУКТЫ КАК СРЕДСТВО ФОРМИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ КОМПЕТЕНТНОСТИ БАКАЛАВРОВ НАПРАВЛЕНИЯ АГРОИНЖЕНЕРИЯ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОБЩЕТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
APPLICATION SOFTWARE PROGRAMS AS FORMATION TOOLS OF THE INFORMATION COMPETENCE OF BACHELORS MAJORED IN AGRI-ENGINEERING WHILE STUDYING GENERAL TECHNICAL DISCIPLINES
O.E. Носкова
O.E. Noskova
Информатизация образования, информационная компетентность, прикладная программа, теоретическая механика, сопротивление материалов, междисциплинарная связь.
Статья посвящена проблеме информатизации учебного процесса при изучении дисциплин общетехнического курса. Показана актуальность применения информационных технологий на начальном этапе обучения для студентов направления Агроинженерия. Приведен пример использования прикладных программ при изучении дисциплин «Теоретическая механика» и «Сопротивление материалов». Рассмотрено поэтапное формирование информационной компетентности на примере решения стандартной задачи дисциплины «Сопротивление материалов».
Informatization of education, information competence, application program, theoretical mechanics, strength of materials, interdisciplinary relationship. The article deals with the problem of the informatization of the educational process in the study of the disciplines of the general technical course. The article shows the urgency of the use of information technologies at the initial stage of the training of the students majored in Agri-engineering. It also provides an example of the use of applications in the study of such subjects as Theoretical Mechanics and Strength of Materials. Besides, it considers the gradual formation of the information competence through the example of solving a standard task of Strength of Materials discipline.
Повышение уровня и качества инженерного образования является стратегической задачей государства. Для прогрессивного и стабильного развития различных отраслей народного хозяйства необходимы высококвалифицированные, конкурентоспособные и компетентные инженеры с инновационным и творческим подходом, способные привлекать идеи из различных областей науки и техники и комплексно воспринимать процесс производства. Качество инженерных кадров становится одним из ключевых факторов конкурентоспособности государства и, что принципиально важно, основой
для его технологической, экономической независимости [Стенографический отчет..., 2014].
С учетом современного состояния агропромышленного комплекса (АПК) в России в настоящее время реализуется государственная программа модернизации и развития сельского хозяйства [Государственная программа..., 2014], согласно которой важнейшим условием формирования инновационного агропромышленного комплекса является научное и кадровое обеспечение. Изменились требования, предъявляемые к будущему агроинженеру в связи с информатизацией общества.
<
m
Щ
$9
I %
С И
о
ь
к к
W Рq Н U
Рч < ^
о ^
о о о Q
£ W
н S о
Рч W
о §
к
и
W V S
ь
1-4
<с п
W
с
S
Д
Н U
W PQ
Современный специалист аграрной отрасли - это специалист, который должен уметь эффективно использовать профессиональные знания и умения, современные технологические приемы в аграрной сфере производства, стремиться к освоению передовой техники и технологий, а также специалист, который способен нестандартно, креативно и инновационно мыслить, совершенствовать средства, методы и виды профессиональной деятельности, адаптировав их к требованиям современности [Луговская, 2013].
Модернизация содержания и структуры высшего профессионального образования в рамках компетентностного подхода требует усиления практической составляющей, направленной на обучение умению действовать в конкретной профессиональной ситуации. Цели образования и его ценностные ориентиры в настоящее время определяются компетентностной моделью. В рамках этой стратегии при изучении отдельной учебной дисциплины от студента требуется умение использовать ее научное содержание в практической профессиональной деятельности. Студент должен быть обеспечен информацией о связи обучения и основных профессиональных задачах, которые ему предстоит решать на практике.
Основная образовательная программа ВО включает перечень компетенций, среди которых в условиях информатизации всех сфер жизнедеятельности общества достаточно значимую часть занимают компетенции, связанные с информатизацией профессиональной деятельности выпускника.
В этих условиях перед преподавателем стоит задача - сформировать у студента информационную компетентность, подготовить его к профессиональной деятельности в информационной среде, что означает уверенное владение выпускниками современными технологиями и профессиональными программными средствами, наличие специфических умений и навыков системного подхода к поисковой деятельности в сфере технических, программных средств и информации.
Формирование информационной компетентности может осуществляться не только на занятиях по информатике, но и при изучении
общетехнических дисциплин. К таким дисциплинам по праву относятся «Сопротивление материалов» и «Теоретическая механика». Они позволяют наиболее широко и разнообразно применять различные инструменты информатизации в процессе обучения. Существующая между дисциплинами общетехнического цикла тесная взаимосвязь позволяет сделать процесс формирования информационных навыков непрерывным, а учитывая то, что данные дисциплины изучаются на первых курсах обучения, дает возможность получить навыки применения современных информационныхтехнологий на ранней стадии обучения.
В настоящее время в зарубежных источниках широко обсуждается актуальность совмещения традиционных способов обучения, в виде лекций, практических и лабораторных работ, с применением программного обеспечения [Steif, Dollar, 2003, р. 239]. Активно обсуждается внедрение прикладного программного обеспечения в инженерные дисциплины бакалавриата начиная с первого курса обучения. Отмечается, что применение современных информационных технологий на ранней стадии обучения повышает интерес студентов к изучаемой дисциплине, обеспечивает высокий уровень информационной компетентности и готовность к профессиональной деятельности в современных условиях.
Внедрение информационно-коммуника-ционных технологий и принципа межпредметных связей расширяет возможности учебного процесса и позволяет повысить качество обучения, способствуя развитию компетентности студентов в контексте выбранной профессии [Носков, Попова, 2015].
Наиболее продуктивным средством формирования информационной компетентности у студентов технического направления является применение прикладных программ, поскольку они позволяют эффективно и своевременно решать многие профессиональные задачи. В настоящее время разработано множество прикладных программ, предназначенных для статического и динамического расчета элементов конструкций, которые можно использо-
вать при изучении дисциплин общетехнического цикла. Перечислим лишь некоторые из них: АРМ WinMachine - система автоматизированного проектирования машин, разработанная российскими инженерами, представляющая собой набор инструментов, программ, баз данных, графических и других модулей, которые можно эффективно использовать для геометрических, динамических, прочностных и иных расчетов; Structure construction automatic design (SCAD), позволяющая производить расчет статически-определимых и статически-неопределимых стержневых систем; Mathematica, Mathcad, Maple, Matlab, Excel, SolidWorks, Ansys, T-Flex, Cosmos Works и т.д. Все они позволяют выполнять сложные вычисления и обладают широкими графическими возможностями.
Помимо вышеуказанных прикладных программ, в настоящее время существует ряд сайтов, предоставляющих возможность решения основных задач статики твердого тела в онлайн-программе, например онлайн-программа «Расчет рамы, фермы, балки онлайн».
Чтобы четко себе представлять вектор направления формирования информационно-профессиональной компетентности при изучении общетехнических дисциплин бакалавра, обучающегося по направлению Агроинженерия, обратимся к основной образовательной программе (ОПОП) для уточнения области профессиональной деятельности и перечня информационных компетенций.
Согласно ООП ВО, область профессиональной деятельности бакалавров включает: эффективное использование и сервисное обслуживание сельскохозяйственной техники, машин и оборудования, средств электрификации и автоматизации технологических процессов при производстве, хранении и переработке продукции растениеводства и животноводства; разработку технических средств для технологической модернизации сельскохозяйственного производства. На современном этапе развития технических систем, в том числе и в агропромышленном комплексе, невозможно представить проектирование технических средств и поиск
новых инженерных решений без активного использования информационных технологий.
Сфокусируем наше внимание на тех информационных компетенциях, формирование которых возможно при изучении общетехнических дисциплин. К таким компетенциям относятся:
- владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации; навыками работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-11);
- способность использовать информационные технологии и базы данных в агроинженерии (ПК-10);
- способность использовать информационные технологии при проектировании машин и организации их работы (ПК-24).
В свою очередь, информационная компетентность является одной из важнейших составляющих профессиональной компетентности бакалавра любого направления, а особенно технического.
Выделим те общекультурные и профессиональные компетенции, на формирование которых, на наш взгляд, оказывает существенное влияние применение современных информационных технологий при изучении дисциплин общетехнического цикла (табл. 1).
Тесная междисциплинарная взаимосвязь и преемственность дисциплин общетехнического цикла позволяет простроить поэтапную методику формирования информационной компетентности, представляющую процесс систематизированного накопления количественного и качественного опыта, позволяющего будущему бакалавру эффективно осуществлять профессиональную информационную деятельность.
В процессе изучения дисциплин «Теоретическая механика» и «Сопротивление материалов» студенты в качестве самостоятельной работы, выполняют расчетно-графические задания в виде решения задач по каждому пройденному тематическому модулю. Каждая задача решается двумя способами: сначала аналитическим, а затем с применением различных прикладных программ (Excel, SolidWorks, онлайн-программа «Расчет рамы, фермы, балки онлайн»).
<С
а
ч
с m
о
ь
к Щ
w m н о
Рч <
о ^ о о
О Й
Ei
W
н S о
Рч
W
0
1
к %
о
W V S
ь
1-4
<с п
W
с
S
X
н и
щ м
Таблица 1
Компетенции, формирующиеся при изучении общетехнических дисциплин
Компетенция Содержание компетенции
ОК-1 владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения
ОК-6 стремление к саморазвитию, повышению своей квалификации и мастерства, владение навыками самостоятельной работы
ПК-1 способность к использованию основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования
ПК-2 способность разрабатывать и использовать графическую техническую документацию
ПК-5 способность проводить и оценивать результаты измерений
ПК-21 готовность к обработке результатов экспериментальных исследований
ПК-22 способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования
ПК-23 готовность к участию в проектировании технических средств и технологических процессов производства, систем электрификации и автоматизации сельскохозяйственных объектов
ПК-24 способность использовать информационные технологии при проектировании машин и организации их работы
ПК-25 готовность к участию в проектировании новой техники и технологии
Рассмотрим формирование информацион- Чтобы решить эту стандартную задачу со-ной компетентности бакалавров направления противления материалов аналитическим мето-Агроинженерия на примере решения стандарт- дом, студент сначала должен применить знания ной задачи «Сопротивление материалов» с при- и умения для определения реакций опор, полу-менением прикладных программ. ченные при изучении дисциплины «Теоретиче-
Для балки с шарнирным опиранием (рис.) екая механика», определить реакции опор, внутренние усилия, В ходе изучения курса теоретической меха-
возникающие в поперечных сечениях и постро- ники студент овладевает методикой и основными принципами определения реакций опор аналитическим способом, основанным на составлении системы уравнений равновесия. В качестве дополнительного и проверочного способа мы предлагаем студенту воспользоваться онлайн-программой «Расчет рамы, фермы, балки онлайн», применение которой, по нашему мнению, способствует формированию у него следующих компетенций (табл. 2).
В качестве примера раскроем, как при построении расчетной схемы формируется общепрофессиональная компетентность ПК-22 - способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования.
Моделируя расчетную схему, студент должен, с одной стороны, четко представлять, какие входные параметры он должен ввести (характер закрепления балки, вид и направление действующей внешней нагрузки, количество участков балки), с другой - учесть особенность програм-
ить эпюры внутренних усилий.
Пример
Ч1
решения задачи
Таблица 2
Компетенции, формирующиеся в результате применения программы
Этапы решения задачи с применением онлайн-программы Формирующаяся при этом компетентность
Поиск онлайн-программы в сети Интернет ОК-12 - способность к работе с информацией в компьютерных сетях
Установка необходимых для расчета настроек ОК-11 - владением основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации; навыками работы с компьютером как средством управления информацией
Построение расчетной схемы ПК-22 - способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования
Получение и анализ результатов численного расчета ПК-5 - способность проводить и оценивать результаты измерений ПК-21 - готовность к обработке результатов экспериментальных исследований
Оформление отчета ПК-2 - способность разрабатывать и использовать графическую техническую документацию
мы, заключающейся в отсутствии привязанности к конкретным единицам измерения, что требует от студента особого внимания при анализе полученных результатов. Таким образом, при проектировании расчетной схемы закрепляются навыки по сбору и анализу исходных данных и, как следствие, формируется соответствующая компетентность.
После определения реакций в цилиндрических шарнирах и проверки их с помощью онлайн-программы студент переходит к определению внутренних усилий, применяя при этом также два способа решения поставленной задачи: аналитический и с помощью программы БоПсМогкз.
Необходимо отметить, что изучение программных продуктов инженерного направления,
таких как AutoCad, Solid Works, CosmosWorks, осуществляется в рамках учебной программы по дисциплине «Инженерная графика», целью которой является формирование графической грамотности двухмерного и трехмерного моделирования, в том числе с применением информационных технологий.
Применяя программу SolidWorks для решения задач дисциплины «Сопротивление материалов», мы выстраиваем междисциплинарную взаимосвязь и делаем процесс формирования информационной компетентности непрерывным.
Приведем основные этапы решения рассматриваемой задачи с помощью прикладного модуля программы SolidWorks и формирующиеся при этом компетентности (табл. 3).
Таблица 3
Этапы решения задачи с помощью программы SolidWorks
Основные этапы решения задачи с применением онлайн-программы Формирующаяся при этом компетентность
1 2
Построение трехмерной модели шарнирно-опертой балки ПК-24- способность использовать информационные технологии при проектировании машин и организации их работы; ПК-22 - способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования
Задание граничных условий и создание конечно-элементной модели ПК-22 - способность осуществлять сбор и анализ исходных данных для расчета и проектирования
Выбор расчетных параметров, анализ и интерпретация полученных результатов ОК-1 - владение культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения; ПК-5 - способность проводить и оценивать результаты измерений;
<с PR
а
ч
с m
о
ь
к
щ
w m н о
Рч <
о ^ о о
О Й &
0
1
к %
о
W V S
ь
1-4
<с п
W
с
S
X
Н U
м
"69"
Окончание табл. 3
1 2
ПК-21 - готовность к обработке результатов экспериментальных исследований; ПК-1 - способность к использованию основных законов естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применение методов математического анализа и моделирования
Создание файла отчета ОК-11- владение основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации; навыками работы с компьютером как средством управления информацией
Применение информационных технологий активизирует процесс обучения, формирует взаимосвязь усвоенных знаний с применением их к решению задач, требующих от обучающегося поиска новых путей решения, инициативы, видоизменения привычных алгоритмов действий.
Таким образом, можно сделать вывод, что применение информационных технологий, в частности применение прикладных программных продуктов, способствует формированию не только информационной компетентности, но и общекультурных и общепрофессиональных ком-петентностей. Поскольку общетехнические дисциплины являются связующим звеном между естественнонаучным и профессиональным циклами дисциплин, то от уровня освоения студентами общетехнических дисциплин во многом зависит успешность изучения дисциплин профессионального цикла и, как следствие, уровень профессиональной компетентности.
Библиографический список
1. Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 гг. URL: http://www.mcx.ru/documents/document/ show/22026.htm
2. Луговская Э.М. Профессионально важные качества техника-механика агропромышленного производства как составная его профессиональная компетентность // Педагогические науки. 2013. № 2. Проблемы подготовки специалистов. URL: http://www.rusnauka.com/4_ SND_2013/Pedagogica/2_126845.doc.htm
3. Носков М.В., Попова В.В. Реализация межпредметных связей математики и информатики в современном учебном процессе // Вестник КГПУ им. В.П. Астафьева. 2015. № 1 (31). С. 65-68.
4. Стенографический отчет о заседании Совета при Президенте по науке и образованию от 23 июня 2014 года. URL: http://www.saveras. ru/archives/9859
5. Steif P.S., Naples L.M. Design and Evaluation of Problem Solving Courseware Modules For Mechanics of Materials // Journal of Engineering Education. 2003. Vol. 92. P. 239-247.
6. Ural A., Yost J. Integration of finite element modeling and experimental evaluation in a freshman project // Proceedings of Mid-Atlantic American Society of Engineering Education Conference, Villanova, Pennsylvania. 2010. October. URL: http://www.asee.org/documents/sections/mid-dle-atlantic/fall-2010/01-lntegration-of-Finite-Element-Modeling-and-Experimental-Eval.pdf
