ИНФОРМАЦИОННО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ РАЗВИТИЯ МЕТАКОГНИТИВНОГО ОПЫТА БУДУЩИХ ИНЖЕНЕРОВ ПОЖАРНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОФИЛЯ

В современных геополитических и экономических условиях глобальной нестабильности объективным требованием к результату инженерного образования является наличие у выпускников инженерных вузов (в том числе и вузов пожарно-технического профиля) проявлений творческого мышления для объективно необходимых обществу инноваций и нестандартных решений актуальных инженерных проблем. Однако в настоящее время усилия отечественной педагогической общественности в большей степени сосредоточены на непрерывном уточнении содержания теоретических компетенций будущих инженеров. При этом внимание концентрируется на вопросе «что делать?», а не на вопросах «какие и каким способом создать образовательные условия для действительного развития интеллектуальных способностей обучающихся?».

В настоящее время установлены и эмпирически доказаны зависимости развития творческого мышления и интеллектуальных способностей человека от внешних условий жизнедеятельности (в том числе от образовательных условий вуза) и личного метакогнитивного опыта

Следовательно, развитие личного метакогнитивного опыта в образовательном процессе инженерного вуза является условием, необходимым для достижения объективно требуемого уровня развития интеллектуальных способностей будущих инженеров вне зависимости от профиля их профессиональной деятельности, а создание образовательных условий, которые обеспечивают прогрессивное развитие личного метакогнитивного опыта обучающихся, становится чрезвычайно актуальной образовательной задачей.

Целью исследования является разработка информационно-методического обеспечения развития метакогнитивного опыта будущих инженеров пожарно-технического профиля, опорным дидактическим средством которого является авторский учебно-методический программный комплекс «Теплотехника-контроль»

С периода преднауки до настоящего времени изучению природы, закономерностей и условий творчества посвящены научные исследования Р. Декарта, Паскаля, Пуанкаре, Г.С. Альтшуллера, Р.Л. Солсо, А.Н. Лука, М.М. Зиновкиной, Р.М. Грановской, Пиаже Ж., М. Зденека, В.А. Извозчикова, А.В. Долматова и др.

Наиболее значимыми результатами эмпирических исследований феномена творчества в нейроанатомии, гемисферологии, психологии и педагогики являются следующие выводы:

· задатки творческого мышления есть у любого человека;

· творчество – это явление, обусловленное закономерностями высшей нервной системы человека и особенностями субъективной психики;

· в среде, стимулирующей развитие мозга, число глиальных клеток (обеспечивают взаимодействие нейронов) увеличивается (исследования нейроанатомом М. Даймон фрагментов мозга А.Эйнштейна);

· появление новой идеи решения является следствием инсайта (озарения).

В момент озарения иррациональные интуитивные механизмы правого полушария разрывают непрерывную логику мышления, образуется новая ментальная связь, которая оценивается, закрепляется и рационализируется в результате мыслительных операций левого полушария;

· межполушарная связь значительно интенсифицируется в условиях, когда познающий субъект решает задачи исследовательского типа, постановка которых требует построения собственного алгоритма действий в поиске оптимального решения;

· в условиях активизации механизмов личных психических функций обучающийся не принуждается, а побуждается к проявлению интеллектуальной инициативы;

· творчество является ведущей функцией деятельности мозга человека и становления его интеллекта.

Исследованию феномена интеллекта и способам его «измерения» посвящены научные труды В.А. Извозчикова, А.А. Вербицкого, Р.Л. Солсо, М.А. Холодной, Дж. Гилфорда и др.

М.А. Холодной разработана и верифицирована инвариантная иерархическая (динамическая) модель структуры интеллекта. Автор эмпирически констатирует этапы развития психических носителей, в преемственной взаимосвязи которых происходит движение «изнутри» к интеллектуальным проявлениям и появлению интеллектуальной активности.

С этих позиций уровень развития личных интеллектуальных способностей зависит от состояния ментального опыта личности – целостного образования, включающего в себя личные формы когнитивного, метакогнитивного и интенционального опытов. 

Метакогнитивный опыт является опорной формой и обеспечивает целостность ментального опыта личности, так как включает в себя: ментальные структуры управления сознанием; ментальные структуры произвольного, интеллектуального и непроизвольного контроля личных познавательных действий; рефлексию и ментальные структуры управления интеллектуальными ресурсами.

Изучению роли и влияния внутренних механизмов метальных структур управления на учебную деятельность обучающихся посвящены работы А.Н.Леонтьева, А.В. Петрова, Л.С. Выготского, П.Я. Гальперина, А.И. Субетто, М.А. Матюшкина и др.

В специально созданных образовательных условиях у обучающегося посредством собственного опыта деятельности могут быть сформированы внутренние механизмы ментальных структур управления: самоконтроль, самоанализ, самооценка, самокоррекция, самостоятельность

В вузах пожарно-технического профиля общетехническая дисциплина «Теплотехника» включена в учебные планы всех направлений и уровней профессионально-специальной подготовки.

Для действительного развития личного метакогнитивного опыта будущих инженеров пожарно-технического профиля в цикл практических занятий общетехнической дисциплины «Теплотехника» внедрено информационно-методическое обеспечение, ведущими регулятивными нормами разработки которого являются принципы

- сочетания педагогического управления с развитием инициативы и самостоятельности обучающихся для активизации самостоятельных действий и воспитания у будущих специалистов ответственного отношения к делу и эмоционально-волевой устойчивости в критических ситуациях;

- доступности и посильности обучения для обеспечения грамотного методического и дидактического сопровождения самостоятельной познавательной деятельности;

- учета возрастных и индивидуальных особенностей обучающихся при организации их деятельности для предупреждения интеллектуальных, физических и нервно-эмоциональных перегрузок.

- прочности и действенности результатов образования для развития не механической, а смысловой памяти обучающихся путем грамотного увязывания нового знания с ранее усвоенным.

Для достижения педагогического результата процесса формирования ментальных структур метакогнитивного опыта (самоконтроль, самоанализ, самокоррекция, рефлексия, самостоятельность, произвольное и непроизвольное управление личными действиями) в качестве опорного дидактического средства используется авторский учебно-методический модульный программный комплекс «Теплотехника-контроль», разработанный с помощью языка программирования Vissual Basic for Applications

Основными модулями программного комплекса, к которым с помощью гиперссылок открыт доступ с каждого персонального рабочего места обучающихся, являются:

- модуль практико-ориентированных заданий (расчетно-графических работ), систематизированных по трем разделам учебного курса дисциплины: «Термодинамика», «Теория теплообмена» и «Специальные главы теплотехники»;

- модуль теоретического материала по каждой теме разделов учебного курса;

- модуль справочных материалов и нормативных данных по каждой теме трех разделов учебного курса.

- модуль тестирования знаний по каждой теме разделов учебного курса с целью самоконтроля знаний перед вводным письменным тестированием на учебном занятии;

- модуль тестирования знаний по разделам учебного курса с целью рубежного самоконтроля знаний;

- модуль итогового контрольного тестирования по учебному материалу дисциплины «Теплотехника» с включением таймера времени (зачет, экзамен).

В общем виде распределение модулей тестирования программного комплекса представлено на рисунке 1. В ходе текущей проверки знаний обучающийся отвечает на пять учебных вопросов, выбранных произвольным образом из базы данных по теме самоконтроля. На каждый вопрос виртуальной контрольной карты, обучающийся должен самостоятельно выбрать один из пяти предложенных вариантов ответа, а после ответа на пять вопросов получает оценку. При завершении изучения каждого раздела учебного курса каждому обучающемуся в обязательном порядке предлагается контрольная виртуальная карта, в которой содержится 16 вопросов, а при завершении учебного курса в контрольную карту включается 28 вопросов. Пример открытой контрольной виртуальной карты приведен на рисунке 2.

Рисунок 1 - Укрупненная блок-схема модулей тестирования программного комплекса

DOI:10.23670/IRJ.2023.132.56.1

Рисунок 2 - Пример виртуальной карты для текущего контроля знаний по теме учебного курса дисциплины «Теплотехника»

DOI:10.23670/IRJ.2023.132.56.2

Следует отметить, что модуль проверки личных результатов тестирования и личных познавательных действий при выполнении тестов и каждой расчетно-графической работы вынесен на рабочий стол преподавателя. С разрешения преподавателя каждый обучающийся в тупиковой ситуации может провести самоанализ собственных действий, самостоятельно найти и осмыслить причину ошибки, обсудить с преподавателем варианты ее исправления и выбрать оптимальный путь решения профессиональной проблемы.

Персонификация учебно-познавательной деятельности осуществляется путем многовариантного входа каждой расчетно-графической работы учебного курса, что позволяет обеспечить самостоятельную работу обучающихся в интерактивном режиме:

- в разделе «Термодинамика» при выполнении пяти расчетно-графических работ («Газовые смеси», «Определение удельной теплоты парообразования», «Истечение газа», «Двигатели внутреннего сгорания», «Многоступенчатые компрессоры»);

- в разделе «Теория теплообмена» при выполнении четырех расчетно-графических работ («Стационарная теплопроводность», «Лучистый теплообмен», «Конвективный теплообмен», «Теплообменный аппарат»);

- в разделе «Специальные главы теплотехники» при выполнении трех расчетно-графических работ («Среднеобъемные температуры при пожаре», «Расчет локальных температур при пожаре», «Определение температурного поля перекрытия»).

Для повышения наглядности учебного материала, доступности справочных материалов и исключения направленного воздействия на левое полушарие в ходе многократно повторяющихся громоздких математических расчетов, используется компьютерное моделирование в среде программирования EXCEL. Компьютерное моделирование сложных теплофизических процессов предоставляет каждому обучающемуся возможность оперативной работы в режиме проверки правильности выполнения расчетно-графических работ с многовариантными исходными данными.

Блоки проверки результатов индивидуальных расчетно-графических работ и контроля знаний являются компонентами индивидуального методического сопровождения учебной работы обучающихся, которые могут самостоятельно в учебное и во внеаудиторное время осуществить оперативный самоконтроль результатов личной расчетно-графической работы и самокоррекцию познавательных действий, а также провести самоанализ личного уровня овладения знаниями: по каждой теме учебного курса; по разделам учебного курса дисциплины «Теплотехника»; по всему учебному курсу дисциплины «Теплотехника».

Разработанный программный комплекс предназначен для использования в очной и заочной формах обучения будущих инженеров пожарно-технического профиля по учебной программе дисциплины «Теплотехника».

Педагогической целью разработки интерактивной технологии самоконтроля общетехнической дисциплины «Теплотехника» является предоставление каждому обучающемуся образовательных условий, в которых он побуждается к самостоятельному поиску путей разрешения проблемной ситуации. В «лабиринте возможностей», в который обучающийся входит индивидуально с помощью модульного программного комплекса, нет готовых рецептов решения, а вопросы «почему?» и «как сделать?» заданы. Самостоятельный поиск ответов на персонально поставленные вопросы требует проявления воли, настойчивости, самостоятельности и умений применять научные знания на основе самоанализа, самокоррекции и самооценки личных знаний и предметных действий

Регулярные педагогические измерения состояния образовательной практики и анализ обратной связи, как в ходе учебного процесса, так и после завершения обучения общетехнической дисциплины «Теплотехника» эмпирически подтверждают, что разработанное информационно-методическое обеспечение действительно способствует повышению самостоятельной познавательной активности, самостоятельности, развитию саморефлексии, критического мышления и проявлению творческой активности обучающихся. Перечисленные интеллектуальные проявления указывают на личное развитие ментальных структур управления сознанием; ментальных структур произвольного, интеллектуального и непроизвольного контроля личных познавательных действий; рефлексии и ментальных структур управления интеллектуальными ресурсами.

Таким образом, разработанное информационно-методическое обеспечение способствует развитию не отдельных внутренних механизмов ментальных структур метакогнитивного опыта, а обусловливает развитие метакогнитивного опыта как целостной опорной формы, которая обеспечивает целостность ментального опыта личности, на котором базируется развитие личных интеллектуальных способностей.

Следует отметить, что в процессе отладки информационно-методического обеспечения развития метакогнитивного опыта обучающихся в образовательном процессе общетехнической дисциплины «Теплотехника» осуществлен переход от традиционной системы обучения к контекстному обучению.

В модульный программный комплекс были включены авторские модули практико-ориентированных заданий: «Реконструкция топочной камеры парового котла»; «Выбор материала и толщины огнезащитного покрытия противопожарной преграды в условиях длительного пожара»; «Определение толщины защитного слоя рабочей арматуры железобетонной стены»; «Определение толщины защитного слоя рабочей арматуры железобетонной колонны»; «Тепловой расчет конструктивных элементов огнезащитной шторы в условиях длительного пожара»; «Определение безопасных расстояний при розливе и возгорании жидких углеводородов»; «Расчет среднеобъемной температуры при пожаре в помещении»; «Газообмен при пожаре в помещении»; «Расчет предела огнестойкости элементов несущих стальных конструкций».

В настоящее время планируется курсовое проектирование и осуществляется совместная с выпускающими кафедрами университета работа над разработкой контекстных программных продуктов для выпускных квалификационных работ специалистов, бакалавров и магистров пожарно-технического профиля.