Full text

Введение / Introduction

 

Современный период подготовки инженерных кадров отличается наличием потребности в квалифицированных инженерах и отсутствием отлаженной методики подготовки, обеспечивающей высокий уровень компетентности таких специалистов, что приводит к необходимости дополнительной практической подготовки инженеров со стороны работодателей, дополнительным затратам на профессиональную подготовку и общему снижению уровня компетентности инженеров.

Вышеперечисленное ставит перед системой высшего образования проблему подготовки инженерных кадров, уровень подготовки и компетенция которых будут обеспечивать их соответствие потребностям работодателя, требованиям рынка труда, общества, государства. Вместе с тем существующая система подготовки инженерных кадров, во-первых, основана на советских традициях подготовки, испытывает трудности при перестройке под новые формы организации образовательной деятельности, узкопрофильна и, во-вторых, не предусматривает реализации на постоянной основе практико-ориентированного обучения. Оба фактора в рамках подготовки будущих инженеров существенно снижают уровень их общей и профессиональной компетентности.

При этом следует отметить, что оперативная система перестройки высшего образования с тем, чтобы нивелировать данные факторы, практически невозможна, так как требует комплексного пересмотра учебных программ и курсов, занимает большое количество времени.

С учетом этого уже сейчас от педагогов высшей школы требуется применение таких методов, средств, содержания обучения, которые будут обеспечивать формирование общей и профессиональной компетентности будущих инженеров в существующих условиях.

Одной из возможностей обеспечения таких условий является изучение естественно-научных дисциплин. Это обусловлено тем, что общий предмет естественных наук – природа – исследуется с позиции различных наук разными методами и позволяет сформировать у изучающего представление об окружающем мире. В аспекте обучения будущих инженеров нельзя не отметить и то, что именно изучение естественных наук, объектов окружающего мира позволило человеку создать большинство инженерных сооружений, и на современном этапе возможности применения в инженерных решениях существующих структур природных систем изучает наука бионика, представление о которой также в значительной степени позволяет сформировать общие навыки инженерного мышления.

Цель исследования – проанализировать значимость естественно-научных дисциплин в формировании профессиональной компетентности будущих инженеров.

Задачи исследования включают: характеристику процесса изучения естественно-научных дисциплин с позиции их содержания, формируемых при изучении знаний и представлений; исследование значимости естественно-научных дисциплин в формировании профессиональной компетентности будущих инженеров.

Таким образом, на современном этапе существует проблема повышения профессиональной компетентности студентов инженерных специальностей при сокращении затрат на переустройство образовательного процесса организаций высшего образования.

 

Обзор литературы / Literature review

 

Формирование профессиональной компетентности будущих инженеров при обучении в вузе предусматривает необходимость формирования общих и специальных знаний и умений, опыта деятельности, в том числе профессиональной деятельности, на первоначальном уровне, доступном для студентов образовательной организации, а также ценностных и целевых ориентиров, предусматривающих личностную значимость будущей профессии, стремление реализовываться в ней и совершенствовать знания и умения.

Вместе с тем современный период развития инженерного образования характеризуется тем, что в рамках обучения будущих специалистов основной акцент делается непосредственно на дисциплинах, которые являются смежными с будущей профессиональной деятельностью. Это частично связано с переходом на систему бакалавриата и магистратуры, что «отсекло» часть изучаемых ранее дисциплин, в том числе естественно-научных, изучение которых позволяет сформировать комплексное и целостное представление об окружающем мире, взаимосвязи объектов, процессов и явлений в нем, а также о различных подходах к изучению природы со стороны разных наук.

Д. С. Ямщикова отмечает значимость формирования естественно-научной грамотности современных учеников школы и в дальнейшем – при обучении в вузе, указывая на недостаточность методической и критериальной базы для ее формирования [1]. Л. А. Сладкова, В. Н. Горкунов, А. А. Овсий [2] указывают на необходимость формирования представлений о системной организации природы у будущих инженеров, что достижимо посредством изучения естественно-научных дисциплин. Б. Л. Беляков, В. П. Беркут, Н. И. Семизоров, Е. В. Смирнов, В. Е. Шинкевич [3] отмечают необходимость формирования у будущих инженеров более полных и комплексных знаний по физике и химии при отсутствии в современной высшей школе направленности на обучение естественно-научным дисциплинам.

Т. А. Петрушкина [4] говорит о том, что естественно-научная компетентность является основой общей профессиональной компетентности в целом ряде профессий, в том числе это характерно и для профессии инженера.

Н. Н. Двуличанская, Г. Н. Фадеев Г.Н. [5] отмечают, что с переходом на бакалавриат после специалитета при подготовке будущих инженеров существенно сократился ряд преподаваемых дисциплин, что негативно сказалось на качестве образования и, как следствие, на профессионализме кадров. Д. С. Ямщикова [6] указывает на значимость постоянного мониторинга естественно-научной грамотности, начиная со школы и затем в рамках обучения в вузе. И. С. Волегжанина [7] отмечает необходимость формирования естественно-научной грамотности как основного фактора формирования профессиональной компетентности будущего инженера. А. Ю. Рожик [8], оценивая различные проблемы в сфере подготовки будущих инженеров, говорит о том, что уровень инженерного мышления студентов характеризуется тенденцией к снижению, ввиду чего задача подготовки в вузе – развитие именно инженерного, творческого мышления, что осуществимо посредством ознакомления студентов с многообразием явлений и объектов окружающего мира, изучения его закономерностей. Последнее, в свою очередь, достижимо в ходе изучения естественных наук: физики, химии, биологии, географии, экологии и других.

Таким образом, проблема недостатка естественно-научных знаний у будущих инженеров является одной из наиболее обсуждаемых на современном этапе, при этом большинство рассмотренных выше работ указывают на прямую связь между недостаточным уровнем подготовки инженерных кадров и низким уровнем естественно‑научных знаний, естественно-научной грамотности. Это обусловлено тем, что именно изучение природных объектов в рамках соответствующих наук: физики, химии, биологии и других – позволяет сформировать гибкое мышление, нацеленное на восприятие многообразия объектов и явлений окружающего мира. Это обусловливает актуальность поиска способов формирования профессиональной компетентности будущих инженеров, в том числе через организацию изучения естественно-научных дисциплин.

Д. С. Ямщиковой [9] представлена методика формирования естественно-научной грамотности, представления о связи естественных наук, изучения естественно-научных дисциплин посредством предложения интегративных контекстных заданий, имеющих практико-ориентированную направленность, предусматривающих поиск инженерных, новых решений в целях урегулирования практических проблемных ситуаций. Кроме того, Д. С. Ямщиковой также обосновано, что необходима систематическая диагностика сформированности представлений об окружающем мире [10].

В работе Г. Н. Фадеева, А. М. Голубева, О. Д. Диковой, Т. Д. Маргарян [11] представлена методика обучения химии, основанная на изучении практических ситуаций, с которыми будущие инженеры могут столкнуться в будущей профессиональной деятельности. М. И. Тарасовым [12] разработана методика обучения физике на основе технологий информационного моделирования зданий с учетом физических и химических законов.

Р. У. Байби [13] отмечает важность изучения естественно-научных дисциплин как фактора развития креативного инженерного мышления у представителей инженерных специальностей как на момент обучения, так и в дальнейшем, в ходе профессиональной деятельности. Д. П. Данилаев, Н. Н. Маливанов [14], также подчеркивая значимость естественно-научных дисциплин при обучении студентов инженерных специальностей, указывают на то, что при преподавании таких дисциплин необходимо делать акцент на применении соответствующих знаний в рамках практических ситуаций.

Д. П. Данилаев, Н. Н. Маливанов [15] говорят о необходимости формирования у будущих инженеров знаний и представлений об объектах окружающего мира, поскольку это позволяет им сформировать познавательные навыки, развить когнитивную сферу. Познавательная сфера включает в себя совокупность знаний, умений, опыта деятельности и когнитивных способностей.

В широком смысле когнитивные (психические) возможности являются высшими функциями мозга, которые обеспечивают человеку возможность обрабатывать информацию. К ним относятся мышление, пространственная ориентация, понимание, вычисление, обучение, речь, способность рассуждать и др.

Основополагающими компонентами когнитивного развития являются такие ключевые психические процессы, как внимание, восприятие, воображение, мышление, память, речь. Без участия данных психических процессов человеческая деятельность нереализуема, таким образом, данные процессы, и мышление в их числе, выступают как неотъемлемые внутренние компоненты когнитивного развития.

Д. Э. Дебоэр [16] указывает на то, что технологическая компетентность инженера в значительной степени обусловлена наличием у него представлений об объектах природы, их взаимосвязи, структурной организации. П. Херд [17] отмечает необходимость формирования профессиональной компетентности будущих инженеров и естествоиспытателей посредством изучения природных объектов.

С. Лю [18] в комплексном исследовании об институализации высшего образования и науки обосновывает необходимость включения естественно-научных дисциплин в процесс подготовки большинства будущих специалистов, и в особенности будущих технических специалистов. Р. МакКарди [19] введена система оценки компетенций, основанная в том числе на оценке представлений студентов об объектах и предметах окружающего мира. Дж. Уилкинсон [20] отмечает, что изучение природных объектов, формирование естественно-научной компетентности и грамотности напрямую обусловливает и формирование общеучебной, общенаучной компетентности, формирование представлений о порядке и способах изучения окружающего мира, что необходимо для каждого специалиста.

Д. П. Данилаев, Н. Н. Маливанов [21] указывают на значимость перестройки системы инженерной педагогики, в том числе на основе включения дополнительных естественно-научных предметов в целях повышения общего уровня эрудиции.

Особую группу составляют исследования, которые посвящены проблеме мотивации к обучению студентов инженерных специальностей, низкий уровень которой негативно сказывается на формировании профессиональной компетентности будущих специалистов. Е. А. Статкевич, Ю. Ф. Степанова, И. Ю. Лавриненко отмечают, что для современных студентов характерна мотивация к изучению конкретных предметов, обычно тех, которые представляются им «нужными» в будущем, в зависимости от выбранной профессии или направления обучения [22]. Мотивация у студентов к интеллектуальной деятельности может возникать как ввиду интереса к тому или иному обучению или деятельности (например, нравится изучение истории, и он ее изучает), так и ввиду осознания необходимости изучения конкретного предмета или осуществления вида деятельности (например, старшекласснику не нравится или кажется трудным обществознание, но он собирается поступать на юридический факультет и изучает этот предмет углубленно). Во втором случае можно говорить уже о наличии сознательной дисциплины или волевых качеств, которые ведут к достижению цели. Именно их сформированность в большей степени обусловливает различие в уровне мотивации к обучению у студентов.

Таким образом, развитие мотивации к обучению у современных студентов и формирование у них высокого уровня познавательной активности и, как следствие – профессиональной компетентности, обусловлено множеством разнообразных факторов, которые действуют в комплексе.

Для современных молодых людей особенность мотивации к обучению состоит в том, что в эпоху распространения Интернета создается эффект доступности знания, возможности получить его в любой момент, что снижает мотивацию. Кроме того, современные студенты характеризуются избирательной мотивацией к знаниям, выделяя те предметы и знания, которые им «понадобятся» в будущем, и те, которые, по их мнению, «не нужны». Д. С. Мокляк, О. Р. Шефер, Т. Н. Лебедева видят решение данной проблемы в предоставлении студентам практико-ориентированных, ситуационных заданий [23]. Т. Ю. Полякова также заостряет внимание на данной проблеме, отмечая необходимость обеспечения мотивации студентов к обучению [24].

Согласно С. В. Барабановой, А. А. Кайбияйнен, Н. В. Крайсман, это обусловливает необходимость организации образовательной деятельности студентов в формах, которые будут обеспечивать высокую мотивацию к обучению [25]. Дж. Ахмад, Ф. A. Вибава отмечают, что формирование профессиональной компетентности будущих инженеров происходит через формирование у них общей эрудиции, представлений о многообразии и способах изучения окружающего мира и становление на этой основе компетенций в области будущей профессиональной деятельности [26]. К. Джексон с соавт. отмечают, что также большое значение имеет и практико-ориентированная деятельность будущих инженеров в процессе их обучения [27]. Согласно мнению K. И. Линь, И. T. Ву, И. T. Су, П. Дж. Вильямса, это достигается посредством предложения специальных заданий практического характера, посредством накопления опыта деятельности через решение таких заданий, которые создают условия для получения навыков приложения полученных специальных знаний на практике [28]. По мнению К. Симарро, Д. Кусо, немаловажное значение имеет и формирование общей эрудиции, знаний об объектах и процессах окружающего мира [29].

Д. Дефризал Хамка, Рианди, И. Р. Суварма говорят об обязательности мониторинга формирования компетенций будущих инженеров, указывая, что инструментарием такого мониторинга должны стать ситуационные, практико-ориентированные задания [30].

С учетом представленных выше исследований можно отметить значимость формирования профессиональной компетентности студентов инженерных специальностей на основе изучения естественно-научных дисциплин.

 

Методологическая база исследования / Methodological base of the research

 

Методология исследования обусловлена целью и задачами исследования. В качестве методов исследования выбраны индуктивный метод, метод сравнительного анализа и синтеза, анализ литературы по теме исследования, анализ методической литературы по проблемам подготовки будущих инженеров, анализ содержания естественно-научных дисциплин.

 

Результаты исследования / Research results

 

По итогам исследования позиций различных авторов по вопросам роли естественно-научных дисциплин в подготовке будущих инженеров, формированию и повышению их профессиональной компетентности выявлены основные условия преподавания естественно-научных дисциплин при подготовке инженеров. Соответствующие условия можно представить в виде педагогических условий и структурных компонентов методики преподавания естественно-научных дисциплин для студентов инженерных специальностей.

Комплекс методических и организационных условий, обеспечивающих формирование профессиональной компетентности будущих инженеров посредством изучения естественно-научных дисциплин, включает в себя аксиологический компонент (представление о значимости изучения естественно-научных дисциплин для будущей профессиональной деятельности); содержательный компонент (содержание естественно-научных дисциплин); деятельностный компонент (методы естественно-научных исследований – общие и частные); рефлексивно-оценочный (формирование представлений о собственных знаниях, возможностях применения естественно-научных знаний в будущей профессии).

В рамках каждого из компонентов комплекса методических и организационных условий, обеспечивающих формирование профессиональной компетентности будущих инженеров посредством изучения естественно-научных дисциплин, можно выделить значимые элементы.

В рамках аксиологического компонента – идеи о гармонизации общества и природы, концепция ноосферы, концепция коэволюции, положения бионики и т. д.

В рамках содержательного компонента – общие законы природы, знание о которых необходимо в профессии будущих инженеров.

В рамках деятельностного компонента – метапредметные умения в области проведения научных исследований с применением методов естественных наук.

В рамках рефлексивного компонента – навыки оценки собственных знаний и умений, опыта деятельности как составляющих профессиональной компетентности.

Методика по формированию у студентов инженерных специальностей общих и профессиональных компетенций посредством изучения естественно-научных дисциплин включает вышеописанные компоненты, позволяет представить условия их реализации в рамках преподавания естественно-научных дисциплин.

С учетом вышеизложенного методика по формированию у студентов инженерных специальностей общих и профессиональных компетенций посредством изучения естественно-научных дисциплин включает:

1. Аксиологический компонент – ведущая идея, цель, задачи, а именно идея формирования профессиональной компетентности будущих инженеров посредством организации условий преподавания естественно-научных дисциплин.

2. Содержательный компонент – содержание естественно-научных дисциплин, организация его структурных единиц.

3. Деятельностный компонент – способы организации деятельности обучающихся, например, по решению задач, иные способы освоения содержания естественно-научных дисциплин, позволяющие формировать элементы общей и профессиональной компетентности.

4. Рефлексивно-оценочный компонент – способы оценки динамики формирования общей и профессиональной компетентности, способы организации самооценивания и рефлексии.

Одним из основных условий является содержание естественно-научного образования и отдельных естественно-научных дисциплин, изучение которого обеспечивает формирование представлений:

1) о взаимосвязи природных объектов и явлений окружающего мира, представлений об их характеристиках, функционировании, что необходимо для обеспечения подготовки студентов инженерных специальностей. Последнее обусловлено тем, что при проектировании инженерных систем инженеры так или иначе вынуждены учитывать условия окружающей среды, местности, поскольку от них зависят условия проектирования, эксплуатации инженерных конструкций. Например, сегодня проектирование и строительство не осуществляются без инженерно-гидрометеорологических изысканий;

2) влиянии антропогенной деятельности на природные процессы и явления, что также необходимо представлять будущим инженерам;

3) конструкциях, процессах, существующих в природе, закономерностях и условиях их прочности и функционирования, что позволяет в дальнейшем применять эти знания при проектировании инженерных сооружений.

Особое внимание необходимо уделить принципам обучения. В первую очередь это принцип гуманистической направленности образования в практико-ориентированном обучении, выраженный необходимым сочетанием целей личности и общества. Связь жизни и профессиональной деятельности очень важна и должна учитываться при организации учебного процесса. Реализация этого принципа позволяет постоянно знакомить учеников с актуальными событиями. Гуманистическая направленность подразумевает активное включение учащихся в общественную жизнь как в школе, так и за ее пределами. Это влияет на развитие таких качеств, как терпимость, ответственность, способность к рефлексии и саморегуляции. Данный принцип ставит в основу педагогической деятельности человека, его реальные интересы и пользу.

Актуализация является основой практико-ориентированного обучения. Любая получаемая информация должна быть не только значима, но и применима в конкретных обстоятельствах. Актуальность знания выражена в виде пользы от его применения в существующей обстановке.

Большое значение имеет принцип идентификации. Он заключается в присвоении учеником получаемого знания о себе, осознании личной значимости этой информации через открытие мыслей, идей, переживаний, потребностей, важных для него сейчас. Таким образом, получаемое знание каждый трансформирует «под себя». Освоение знаний в данном случае не что иное, как соотнесение себя с полученной информацией, способствующее ее лучшему запоминанию.

Принцип идентификации тесным образом связан с вариативностью и многообразием целей обучения. Очевидно, что основа активности и высокой работоспособности ученика на уроке ‒ это та цель, с которой он принимает знания от учителя. При подаче нового материала ученик должен увидеть его применение к себе и, естественно, заинтересоваться. Можно утверждать, что этот принцип всеобъемлющ по отношению к другим, так как представление учителем всех разобранных целей обучения приведет к реализации остальных принципов и даст положительный результат.

Важный элемент повышения качества обучения – постоянное, непрерывное развитие и улучшение методического обеспечения. Выбор методики определяет успех или неуспех обучения. Метод обучения – это совместная деятельность учителя и обучающихся для решения той или иной задачи. Выбор методов практико-ориентированного обучения должен основываться на том, какие сферы деятельности выбрали для себя обучающиеся, и обеспечивать их достаточным количеством информации, которая может понадобиться для решения возникающих профессиональных задач. Для достижения этих целей в процессе практико-ориентированного обучения целесообразно сочетать методы активного и традиционного обучения.

Учет различий в степени развития у обучающихся самостоятельности и познавательной деятельности делает необходимым использование сочетания объяснительно-иллюстративного (позволяет усвоить готовое знание), эвристического (нахождение ответа с использованием подсказки) и исследовательского (эксперимент) методов.

Для эвристического метода характерно то, что в процессе обучения учитель дает не готовое знание, а с помощью ситуационных задач, наводящих вопросов или интересного рассказа (поучительной истории) стимулирует учеников к самостоятельному нахождению новой информации.

Исследовательский метод развивает у студентов способность творчески применять полученные знания. В ходе исследования студент самостоятельно решает поставленные задачи, основываясь на своем рациональном выборе того или иного приема исследования. Благодаря этому ученик получает опыт творчества и исследования и овладевает научным мышлением.

Также в практико-ориентированном обучении широко применяется метод проблемно ориентированного обучения. Этот метод схож с эвристическим, при котором с учеником ведется беседа по некой проблеме, но предполагает более глубокий и объемный подход. Он позволяет развить самостоятельное творческое мышление и познавательную активность. Проблемное обучение – основа для личностного роста человека и развития его творческого потенциала.

Методы обучения при подготовке будущих инженеров, формирования у них профессиональной компетентности посредством изучения естественно-научных дисциплин должны предусматривать:

1. Практико-ориентированный характер обучения. Практико-ориентированное обучение подразумевает формирование условий, которые имитируют условия будущей профессиональной деятельности, решение соответствующих задач в будущей профессиональной деятельности.

2. Изучение естественно-научных дисциплин на основе исследования одного объекта природы с позиции разных естественных наук – физики, химии, биологии и других.

Средствами обучения могут выступать практико-ориентированные задания, основанные на моделировании условий решения практических проблем, которые могут иметь место в будущей профессиональной деятельности студентов. Это обеспечивает соблюдение требования наглядности обучения. Требование преподавания, формирующего у обучающихся представления, понятия и суждения, основанные на восприятии изученных ими предметов и явлений окружающего мира и их изображений, делает принцип наглядности одним из наиболее актуальных. Цель наглядного обучения – развить мышление, основанное на чувственно-наглядных образах.

Психологические основы наглядности сформулировал еще К. Д. Ушинский, полагавший наглядные пособия основой для формирования чувственных образов, способствующих активизации и развитию мыслительной деятельности. К. Д. Ушинский показал, что именно образ, который создается, способствует переходу мышления от конкретного к абстрактному.

Большое значение имеет также систематический контроль профессиональной компетентности студентов, их знаний, умений, навыков.

Таким образом, представлены условия формирования профессиональной компетентности студентов на основе изучения естественно-научных дисциплин. Реализация перечисленных условий позволит обеспечить комплексный подход к формированию профессиональной компетентности студентов инженерных специальностей.

 

Заключение / Conclusion

 

Таким образом, в ходе исследования представлено описание комплекса условий, методов, приемов и средств, направленных на формирование профессиональной компетентности студентов, обучающихся на инженерных специальностях, при изучении естественнонаучных дисциплин.

Формирование профессиональной компетентности будущих инженеров достижимо через организацию практико-ориентированного обучения при изучении естественно-научных дисциплин, основанного на предложении ситуационных заданий и практических проблем из будущей профессиональной деятельности и жизни. Задания такого типа должны также обеспечивать перевод информации из одного формата в другой, что позволит сформировать у будущих инженеров навыки работы с информацией.

Формы организации образовательной деятельности должны предусматривать организацию обучения таким образом, чтобы обеспечивать повышение мотивации к обучению, а также позволять организовать условия выбора для объектов изучения со стороны самих обучающихся.

В заключение отметим, что современный период развития системы высшего образования позволяет обеспечить формирование профессиональной компетентности будущих инженеров через изучение естественно-научных дисциплин.

При этом актуально обеспечивать особый подход при выборе методов и средств обучения, а также при организации форм организации образовательной деятельности студентов, что позволяет повысить уровень мотивации, познавательной активности и, как следствие, обеспечивает формирование профессиональной компетентности.

Организация процесса подготовки будущих инженеров на основе изучения естественно-научных дисциплин позволит сформировать условия для общей компетентности, эрудиции, комплексных представлений об окружающем мире, как следствие, это является основой формирования профессиональной компетентности студентов.