Подготовка компетентных специалистов тесно связана с развитием профессиональных компетенций при подготовке бакалавров и отражением этих процессов в структуре высшего технического образования.
Согласно ФГОС ВПО [1] одним из основных направлений образовательного процесса является научно-исследовательская деятельность. Для подготовки студента технической специальности к научно-исследовательской деятельности необходимы: развитие творческих способностей в плане поиска эффективных решений технических задач; нахождение обоснованных - оптимальных решений; создание и развитие компетенций по научному направлению будущей профессиональной деятельности. Для формирования научно-исследовательской компетентности студенту необходимо владеть современными методами системного подхода к решению проблемы, математического моделирования исследуемой предметной области, владение пакетами прикладных профессиональных программ, созданием алгоритмов и программ для ЭВМ, и т. д.
В соответствии с профессиональными требованиями к специалисту, сформулированными в стандартах нового поколения, а также потребностей высокотехнологичных производств нами сформированы компоненты научно-исследовательской компетентности бакалавра - будущего магистра, по направлению «Машиностроение». Структура научно-исследовательской компетентности приведена в таблице 1.
Мотивационный компонент основан на наличии положительного отношения и проявления постоянного интереса к научно-исследовательской деятельности, которая достигается проведением исследований в течение всего периода обучения с использованием информационных технологий, моделированием и оптимизацией решения профессиональных задач и экспериментальным испытанием на современном высокотехнологичном оборудовании [3].
Когнитивный компонент, основан на знании основ создания моделей и алгоритмов, для научных исследований, приобретения умений и навыков, формировании способностей, необходимых для научно-исследовательской деятельности. Когнитивный компонент демонстрируется через знания правил моделирования профессиональных задач, законов поиска оптимальных решений, в выделении наиболее значимых задач проекта, в создании алгоритмов поиска оптимальных решений исследуемых проблем, владении основами компьютерного моделирования, владения информационными прикладными профессиональными программами и электронными образовательными ресурсами.
Деятельностный компонент основан на комплексе умений и навыков научно-исследовательской деятельности, включающий способы проектной деятельности, выдвижение и проверку гипотез, генерирование альтернативных вариантов, экспертную оценку и отсеивание неприемлемых вариантов, построение математической модели, формирование моделирующего алгоритма, оптимизацию решения математической модели, визуальное отображение результатов решения задачи, анализ результатов, варьирование исходных данных и моделей в ряде последовательных итераций исследовательского процесса, создание базы данных и ряд других этапов.
Таблица 1
Структура научно-исследовательской компетентности бакалавра машиностроения.
|
Компетентность |
Компоненты |
Составляющие действия |
|
научно-исследовательская компетентность |
мотивационный
|
осознает смысл и значение научно-исследовательской компетентности |
|
демонстрирует разносторонние знания в сфере мировых научных достижений в профессиональной области |
||
|
проявляет устойчивый интерес к решению актуальных проблем с помощью научно-исследовательских методов |
||
|
когнитивный |
определяет цель и задачи проекта |
|
|
анализирует поставленную задачу на основе профессиональных знаний, исследовательских умений и навыков |
||
|
выявляет критерии оптимизации и методы решения |
||
|
создает алгоритм поиска оптимальных решений поставленных и исследуемых задач |
||
|
деятельностный |
создает модели предметной области |
|
|
исследует созданные модели на адекватность объекту |
||
|
выполняет моделирование на ЭВМ с помощью систем СКМ типа MATLAB, SIMULINK и др. |
||
|
получает оптимальный вариант решения задачи в соответствии с заданными критериями эффективности |
||
|
рефлексивно- оценочный |
проводит анализ исследовательской деятельности |
|
|
проводит оценку исследовательской деятельности |
Рефлексивно-оценочный компонент основан на анализе и оценке своей научно-исследовательской деятельности, направленной на раскрытие профессиональных знаний, умений, навыков.
Процесс формирования научно-исследовательских компетенций оценивается следующими критериями:
- приобретением научно-исследовательских знаний, умений и навыков работы в прикладных профессиональных проектах и в решении научных задач (когнитивный компонент);
- осуществлением научно-исследовательской деятельности с формированием и развитием профессиональных компетенций посредством выполнения междисциплинарных интегрированных проектов (деятельностный компонент).
Результаты формирования научно-исследовательских компетенций студентов при выполнении междисциплинарных интегрированных проектов приведены в таблице 2.
Таблица 2
|
Дисциплины
Компетенции |
Начертательная геометрия и инженерная графика |
Детали машин и основы конструи-рования |
Процессы и операции формо-образования |
Метрология, стандар-тизация и сертификации |
Техноло-гическая оснастка |
Матема-тическое модели-рование |
Технология машино-строения |
САПР для станков с ЧПУ |
НИРС, УИРС, Творческ. проект |
|
Научно-исследовательская деятельность |
|||||||||
|
Систематическое изучение научно-технической информации, отечественного и зарубежного опыта. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Создание моделей и алгоритмов поиска оптимальных решений исследуемых задач |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Моделирование технологических процессов с использованием средств автоматизированного проектирования и ЭВМ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проведение экспериментов. Обработка, анализ и оценка результатов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Способность участвовать в работе над инновационными проектами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Участие в научных исследованиях и внедрении результатов в производство |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Процесс развития научно-исследовательских компетенций студентов представлен нами с позиции системного подхода в виде следующих основных этапов [4]:
- Формулирование проблемы и оценка ее актуальности.
- Литературный обзор. Патентный поиск. Анализ информации в Internet.
- Определение главной цели исследования системы. Декомпозиция цели на подцели. Расстановка приоритетов.
- Определение функций и структуры системы.
- Генерирование множества альтернативных вариантов.
- Принятие решения на основе прогнозирования результатов по таким критериям, как эффективность, надежность, устойчивость, адаптивность и др.
- Разработка структуры информационного обеспечения системы.
- Построение моделей системы: информационной, математической, имитационной, и др.
- Формализованное представление исходной, промежуточной и выходной информации в виде схем, графиков, таблиц, аудио-, видеодокументов;
- Разработка алгоритмического и программно-математического обеспечения.
- Разработка электронных образовательных ресурсов для проведения научных исследований.
- Оптимизация решения поставленных задач с позиции экстремального значения целевой функции с учетом ограничений, накладываемых на параметры системы.
- Конструкторско-технологическое проектирование на основе электронных образовательных ресурсов.
- Реализация поэтапного процесса мониторинга функционирования системы и оценка качества в соответствии с заданными критериями эффективности [4].
- Верификация и валидация результатов исследования. Проведение эксперимента.
- Анализ результатов эксперимента. Оценка затрат финансовых, материальных, временных, эксплуатационных и др.
- Выполнение итерационного процесса создания и исследования системы путем внесения корректирующих действий на любом из этапов с целью определения диапазона исходных данных для получения оптимального решения.
- Синтез оптимальной системы на основе проведенного научно-исследовательского анализа.
В ходе эксперимента в Томском политехническом университете на кафедре Технологии автоматизированного машиностроительного производства при подготовке бакалавров по направлению «Машиностроение» с целью формирования и развития научно-исследовательской компетентности наблюдалась положительная динамика в обучении. Улучшились учебные показатели студентов, повысилась познавательная активность, появился творческий подход к исследовательской деятельности, усилилось стремление к саморазвитию и самообразованию. Увеличилось число студентов, желающих и способных проводить научные исследования и представлять свои результаты на студенческих и научно - практических конференциях и совершенствовать дальнейшую научно-исследовательскую работу в магистратуре.
Рецензенты:
Кирсанов С.В., д.т.н., профессор кафедры технологии автоматизированного машиностроительного производства ФГАОУ ВО Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск;
Крауиньш П.Я., д.т.н., профессор кафедры автоматизации и роботизации в машиностроении ФГАОУ ВО Национальный исследовательский Томский политехнический университет, г. Томск.