Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Формирование исследовательских умений студентов при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах как педагогическая проблема
1.1. Теоретический анализ проблем и перспектив формирования исследовательских умений в естественно-математических дисциплинах 12
1.2. Анализ практики формирования исследовательских умений в высшей профессиональной школе при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах 35
1.3. Структура, состав исследовательских умений и их специфика при освоении информационных технологий 59
Выводы по главе 82
Глава 2. Дидактические условия и экспериментальная проверка формирования исследовательских умений при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах вуза автомобилестроительного профиля
2.1. Особенности профессионально-ориентированного формирования исследовательских умений при освоении информационных технологий в вузе автомобилестроительного профиля 88
2.2. Дидактические условия формирования исследовательских умений студентов при освоении информационных технологий и требования к их реализации 112
2.3.Экспериментальная проверка формирования исследовательских умений при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах на примере вуза автомобилестроительного профиля 134
Выводы по главе 143
Заключение 149
Библиография 155
Приложения 174
- Теоретический анализ проблем и перспектив формирования исследовательских умений в естественно-математических дисциплинах
- Анализ практики формирования исследовательских умений в высшей профессиональной школе при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах
- Особенности профессионально-ориентированного формирования исследовательских умений при освоении информационных технологий в вузе автомобилестроительного профиля
- Дидактические условия формирования исследовательских умений студентов при освоении информационных технологий и требования к их реализации
Введение к работе
Актуальность исследования. На современном этапе динамичного развития информационных технологий и расширения областей их применения требуются профессионально компетентные специалисты, обладающие исследовательскими умениями, необходимыми для профессиональной деятельности в условиях наукоемких производств. Актуальность формирования исследовательских умений специалистов автомобилестроительного профиля связана с поиском новых, более совершенных технологий и конструкций, большинство из которых разрабатывается с применением информационных технологий. Это находит отражение в квалификационных требованиях к специалистам и соответствующих должностных инструкциях, а также в государственных образовательных стандартах профессионального образования.
На значимость формирования исследовательских умений указывали еще А.Дистервег, Я.А.Коменский, В.А.Сухомлинский, К.Д.Ушинский. В работах современных педагогов, Л.А.Казанцевой, И.Я.Лернера, М.И.Махмутова, М.Н.Скаткина, раскрываются конкретные пути и методы формирования исследовательских умений, отмечается высокий исследовательский потенциал естественно-математических дисциплин. Теоретико-методические основы преподавания информационных технологий и формирования совокупности знаний, умений и навыков, обеспечивающих работу специалиста в современных условиях, раскрываются в работах А.П.Ершова, В.А.Каймина, А.А.Кузнецова, П.И.Образцова, А.А.Самарского. Проблемам исследовательской деятельности студентов высшей школы посвящены работы Н.В.Сычковой, Г.В.Токмазова, А.В.Усовой, И.С.Карасовой. В этой области подготовлены и защищены диссертационные исследования А.Ю.Фадеева, Л.М.Федоряк, П.Э.Шендерея. Однако недостаточно раскрыты особенности содержания исследовательских умений и специфика их формирования при изучении информационных технологий.
В педагогической практике формирование исследовательских умений является прерогативой высшей школы. На первых курсах изучаются естественно-математические дисциплины, здесь освоение информационных технологий непосредственно связано с формированием исследовательских умений, необходимых в последующем обучении студентов, а также в будущей инженерной и научной деятельности. В процессе интерактивного взаимодействия в среде информационных технологий необходимы знания их возможностей и функциональных особенностей, освоение и анализ методов исследовательской деятельности, формализации и преобразования входной и выходной информации, поиск конкретных путей решения учебных и профессиональных проблем. При этом информационные технологии могут рассматриваться как предмет изучения (например, в дисциплине «Информатика»), как средство обучения (в дисциплине «Математика») и как инструмент автоматизации учебной и профессиональной деятельности (в дисциплине «Методы вычислений»).
Опыт привлечения студентов к исследованиям, в том числе с использованием информационных технологий, интересен и многообразен. Однако задачи целенаправленного формирования исследовательских умений в практике учебных заведений, как правило, не ставятся или решаются эпизодически. Это выражается в недооценке возможностей и слабом учете особенностей информационных технологий в профессиональной деятельности, в слабой ориентации на проблемные методы обучения, позволяющие самостоятельно восполнить недостаток знаний путем целенаправленных исследований.
Таким образом, обнаруживается противоречие: между необходимостью формирования исследовательских умений студентов высшей школы и недостаточной разработанностью содержания и дидактических условий их формирования, специфических для освоения информационных технологий.
Данное противоречие позволяет сформулировать проблему исследования: каковы структура, состав и дидактические условия формирования ис-
5 следовательских умений студентов высшей школы в процессе освоения информационных технологий в естественно-математических дисциплинах?
Цель исследования: теоретически и экспериментально обосновать структуру, состав и дидактические условия формирования исследовательских умений студентов высшей школы в процессе освоения информационных технологий в естественно-математических дисциплинах.
Объект исследования: формирование исследовательских умений студентов в процессе изучения естественно-математических дисциплин.
Предмет исследования: структура, состав и дидактические условия формирования исследовательских умений студентов высшей школы автомобилестроительного профиля при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах.
Гипотеза исследования. Формирование исследовательских умений студентов в процессе освоения информационных технологий в естественно-математических дисциплинах высшей профессиональной школы будет эффективным, если:
структура и состав исследовательских умений отражают исследовательский характер освоения, использования и создания информационных технологий и адекватны условиям динамичного автоматизированного производства;
дидактические условия формирования исследовательских умений связаны с поэтапным переходом от операционных и тактических к стратегическим исследовательским умениям и заключаются:
- в изолированном характере формирования операционных исследовательских умений, где каждое умение связывается с отработкой отдельных операций информационной деятельности;
- в сквозном характере формирования тактических исследовательских умений, связанных с выполнением целостного информационного проекта;
— в рефлексивном характере формирования стратегических исследовательских умений, связанных с аналитической переработкой информации о возможностях и последствиях использования информационных технологий;
3) реализация дидактических условий формирования исследовательских умений осуществляется на базе заданий изолированного, сквозного и рефлексивного характера и регламентируется обоснованными требованиями к мотивации, формированию знаний и умений, организации учебной и практической деятельности, диагностике и обратной связи.
Задачи исследования:
Осуществить теоретический анализ проблемы формирования исследовательских умений студентов в процессе изучения естественно-математических дисциплин.
Обосновать структуру и состав исследовательских умений, формируемых в процессе освоения информационных технологий.
Обосновать дидактические условия формирования исследовательских умений студентов и требования к их реализации при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах вуза автомобилестроительного профиля.
Апробировать и экспериментально проверить эффективность формирования исследовательских умений в процессе освоения информационных технологий в естественно-математических дисциплинах вуза автомобилестроительного профиля.
Методы исследования: теоретический анализ, моделирование, обобщение отечественных и зарубежных педагогических исследований, системный анализ образовательного процесса, изучение передового и массового опыта, анализ учебных и методических пособий, учебных планов, программ, образовательных стандартов высшей профессиональной школы, анкетирование, тестирование, экспертная оценка, педагогический эксперимент, статистическая обработка и анализ результатов опытно-экспериментальной работы.
Теоретико-методологической основой исследования являются концепция развития системы профессионального образования (Г.В.Мухаметзянова, А.М.Новиков), теория деятельности (А.Н.Леонтьев, Р.Х.Шакуров), теория поэтапного формирования умственных действий (П.Я.Гальперин, Н.Ф.Талызина), современные подходы к пониманию учебного процесса в профессиональной школе (С.И.Архангельский, В.П.Беспалько, Г.И.Ибрагимов), вопросы проектирования содержания образования (В.Г.Гайфуллин, В.В.Краевский, В.С.Леднев, И.Я.Лернер, М.Н.Скаткин), теория проблемного обучения (М.И.Махмутов), концептуальные идеи исследовательской ориентации учебного процесса (В.И.Андреев, Л.А.Казанцева, Н.Ю.Посталюк), дидактические и организационно-педагогические основы информатизации образования (А.П.Ершов, Г.И.Кирилова, А.А.Кузнецов, И.В.Роберт).
Основные этапы исследования:
На первом этапе (1998-1999 гг.) определялись тема исследования, цели, формулировалась гипотеза исследования и задачи исследования, осуществлялось изучение теории, передового опыта, сложившейся практики формирования исследовательских умений в высшей профессиональной школе, выявление потенциала информационных технологий для формирования исследовательских умений.
На втором этапе (1999-2003 гг.) выявлялась роль исследовательских умений в учебной деятельности будущих специалистов, выявлялась специфика информационных технологий, способствующая формированию исследовательских умений, осуществлялся анализ образовательных стандартов, рабочих программ, учебной документации естественно-математических дисциплин, выявлялись особенности исследовательской и информационной деятельности в автомобилестроении.
На третьем этапе (2003-2006 гг.) выявлялись и обосновывались дидактические условия формирования исследовательских умений при освоении информационных технологий, осуществлялась разработка требований к их
8 реализации, разрабатывались критерии оценки результатов, велась подготовка методического обеспечения, проводилась экспериментальная работа по проверке эффективности формирования исследовательских умений на практике, выполнялись статистический анализ и оформление результатов исследования, внедрение их в практику преподавания, подготовка публикаций.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования.
На основе информационно-исследовательского подхода обоснованы структура и состав исследовательских умений, формируемых при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах.
Выявлены дидактические условия уровневого формирования исследовательских умений студентов, специфические для процесса освоения информационных технологий в естественно-математических дисциплинах высшей профессиональной школы, которые заключаются в изолированном характере формирования операционных, в сквозном характере - тактических, в рефлексивном характере - стратегических исследовательских умений.
Разработаны требования к реализации дидактических условий формирования исследовательских умений студентов, определенные исходя из структуры учебной деятельности и регламентирующие динамичное формирование мотивов, последовательное построение когнитивной базы и подготовку к исследовательской деятельности прогнозного характера, а также осуществление уровневого мониторинга.
Практическая значимость исследования заключается в том, что по его результатам разработан, экспериментально апробирован и внедрен в учебный процесс комплекс исследовательских заданий, включаемых в процесс освоения информационных технологий в естественно-математических дисциплинах высшей школы. Комплекс исследовательских заданий включает изолированные, сквозные и рефлексивные учебные задания, сгруппированные по дидактическим целям. Они предоставляют возможность для це-
9 ленаправленного формирования операционных, тактических и стратегических исследовательских умений и могут использоваться на различных уровнях подготовки специалиста технического профиля.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечиваются опорой на методологические подходы, подтвердившие свою надежность; использованием фундаментальных работ отечественных ученых: философов, психологов, педагогов, разрабатывающих предмет исследования; ориентацией на результаты передового педагогического опыта; характером исследования, охватывающего различные специальности в учебных заведениях, готовящих специалистов для автомобилестроения; математической обработкой статистических данных педагогических экспериментов.
Апробация и внедрение основных результатов исследования. Экспериментальной базой исследования являлся Камский государственный политехнический институт. Исследование проводилось на факультете автоматизации и прогрессивных технологий, автомеханическом, машиностроительном факультетах КамПИ, на факультетах менеджмента и экономики в Институте экономики, управления и права.
Основные результаты и выводы диссертации докладывались и обсуждались на научно-практической конференции "Наука и практика. Диалоги нового века" (г.Наб. Челны, 2003г.); на межрегиональной научно-практической конференции "Качество профессионального образования и рынок труда - проблемы и перспективы взаимодействия" (г.Казань, 2003г.); на международной научно-технической конференции (г.Пенза, 2003 г.); на всероссийской научно-практической конференции (г.Наб.Челны, 2004г.); на международной научно-практической конференции (г.Казань, 2005г.).
Результаты диссертационного исследования внедрены в учебный процесс автомеханического и машиностроительного факультетов Камского государственного политехнического института и на факультетах менеджмента и экономики в Набережночелнинском филиале Института экономики, управления и права.
10 На защиту выносятся следующие положения:
Концептуальной основой формирования структуры и состава исследовательских умений является информационно-исследовательский подход. Данный подход к формированию состава исследовательских умений обосновывается тем, что в современных условиях профессиональная деятельность специалистов автомобилестроения отличается исследовательским характером освоения, применения и создания информационных технологий. Формирование структуры исследовательских умений в соответствии с операционным, тактическим и стратегическим уровнями организации исследовательской деятельности составляет исследовательский аспект этого подхода. Детализация состава исследовательских умений на основе базовых для информационной деятельности процессов хранения, обработки, поиска, передачи и создания информации составляет информационный аспект этого подхода.
Специфическими для процесса освоения информационных технологий в естественно-математических дисциплинах являются дидактические условия уровневого формирования исследовательских умений, которые заключаются в изолированном характере формирования операционных исследовательских умений, где каждое умение связывается с отработкой отдельных операций информационной деятельности; в сквозном характере формирования тактических исследовательских умений, связанных с выполнением целостного информационного проекта; в рефлексивном характере формирования стратегических исследовательских умений, связанных с аналитической переработкой возможностей и последствий использования информационных технологий.
Требования к реализации этих условий определяются в соответствии со структурой учебной деятельности и раскрываются с позиции формирования мотивации, передачи знаний и умений, организации практической деятельности и осуществления обратной связи:
требования к формированию мотивов регламентируют постепенный переход от актуальности отдельных исследовательских умений к значимости целостной исследовательской деятельности;
при освоении нового материала регламентируется динамичное продвижение от изучения базовых операций к освоению методик исследовательской деятельности аналитического и прогнозного характера;
- вариативное уровневое управление практической деятельностью
предполагает опору на предыдущий опыт при освоении и совершенствова
нии исследовательских умений;
- требования к диагностике строятся в рамках квалиметрического под
хода к организации уровневого мониторинга.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы, включающего 219 источников и содержит 15 рисунков, 7 таблиц и 12 приложений. В приложении представлены анкеты экспертной оценки, образцы исследовательских заданий, критерии оценок исследовательских умений.
Теоретический анализ проблем и перспектив формирования исследовательских умений в естественно-математических дисциплинах
В условиях развития новых информационных технологий, компьютерных средств, возрастает значение исследовательских умений для профессиональной подготовки специалистов, умеющих мыслить и действовать.
Проблема формирования исследовательских умений в процессе обучения, волновала педагогов издавна. Видные ученые и педагоги (Я.А.Коменский, Ж.Ж.Руссо, И.Г.Песталоцци, А.Дистервег и др.) внесли свой вклад в становление этой проблемы. Ян Амос Коменский призывал учителей обучать так, "чтобы они исследовали и познавали самые предметы, а не помнили только чужие наблюдения и объяснения" [82, с. 163].
В современном обществе проблема исследовательских умений еще более актуальна, так как при глобальной информатизации, когда информационные технологии проникают во все стороны нашей жизни, решающую роль будут играть не природные ресурсы и энергия, а информация и научные знания. Эти принципиально новые условия выдвигают иные требования к профессиональной школе по качеству освоения специалистами информационных технологий. Стремительное развитие информационных технологий приводит к тому, что знания о них быстро устаревают, становятся "ненужными". Студенты чувствуют неуверенность в себе, в завтрашнем дне. Освоение информационных технологий - яркий пример того, что получение все большей и большей суммы знаний может оказаться совершенно бесполезным. В информационном обществе проявляется фундаментальная зависимость нашей цивилизации от способностей, знаний и умений каждого человека, которые закладываются в образовании, особую значимость приобретает акцент на развитие исследовательских умений. Т.е. необходимо учить мыслить не только на фактологическом уровне, а обучать методам самостоятельного добывания знаний. Такая тенденция формировалась постепенно в ходе исторического развития общества.
Придавая большое значение умению исследовать, Я.А.Коменский писал: "Всех нас, вышедших из школ и университетов, коснулась только тень учености. Цветущие годы юности прошли в изучении пустяков, людей следует учить главнейшим образом тому, чтобы они черпали знания не из книг, а наблюдали сами небо и землю, дубы и буки, т.е. чтобы они исследовали и познавали самые предметы, а не помнили только чужие наблюдения и объяснения" [82, с. 13 8].
Для современного периода развивающихся информационных технологий это высказывание классика приобретает новый смысл и звучание. Соответственно, современный специалист не должен замыкаться в виртуальном мире, используя наблюдение, мог применять и проверять на практике полученные знания для преобразования действительности.
Дидактика Ж.Ж.Руссо также основана на умении наблюдать, на развитии у ребенка самостоятельности, сообразительности: "Сделайте вашего ребенка внимательным к явлениям природы, ... ставьте доступные его пониманию вопросы и предоставьте ему решить их " [155, с.221]. В своем произведении "Эмиль, или о воспитании" он ставит Эмиля в положение исследователя, открывающего научные истины. Но Ж.Ж.Руссо не пытается связать личный опыт ребенка с опытом человечества, выраженным в науке. Он за реальные знания, получаемые не из книг, а из природы.
В период информатизации общества и образования, при использовании информационных технологий, которые предоставляют богатый инструментарий для оперативных расчетов, возможность интерактивного общения, многовариантность решаемых задач, каждый может попробовать себя в роли исследователя. Следуя Руссо, при освоении информационных технологий необходим индивидуальный подход к личности, должны предлагаться задания посильные ему в данный момент. Необходимо учитывать и уровень знаний ученика, и возраст, и способности, и состояние здоровья, все в комплексе. Знания, самостоятельно добытые, практически проверенные, прочны. Процесс добывания этих знаний, как бы много сил не потрачено, ведет к развитию способностей личности. Идеи сегодняшней концепции личностно-ориентированного, развивающего обучения исходят из идей дидактики Ж.Ж.Руссо.
Педагогические идеи М.В.Ломоносова в истории отечественного просвещения пользуются заслуженным авторитетом. Актуальна проблема подготовки преподавателя вуза в истории отечественного высшего образования, проблема самостоятельности и активности студентов, поднятая еще М.В.Ломоносовым. В своей теории познания он дал оценку чувственному восприятию мира, теоретическим обобщениям и опытной проверке результатов. Он считал, что простое созерцание дает лишь внешние стороны предметов. Важными являются абстрагирование и обобщение понятий. "Из наблюдений установлять теорию, чрез теорию исправлять наблюдения - есть лучший всех способ к изысканию правды" [107, с. 163]. Формирование человека М.В.Ломоносов тесно связывал с конкретными социально-историческими условиями его жизни, уровнем развития общества в целом. Он был сторонником использования словесных и практических методов обучения, придавал большое значение самостоятельному изучению источников учениками, самостоятельному поиску. В предисловии к «Воль-фианской экспериментальной физике», переведенной М.В.Ломоносовым и напечатанной еще в 1746 году, обоснованы дидактические методы, которые он считает самыми главными. По мнению ученого, основным источником знаний является опыт. Наиболее ценными он считал поисково-исследовательские методы обучения. Он предлагал ученикам и студентам проводить собственные исследования, выдвигать гипотезу, осуществлять теоретические обобщения. В рапорте в Канцелярию АН об успехах студентов в 1753 г. выявляются взгляды Ломоносова на содержание образования, его стремление соединять теорию с практикой, вводить исследовательские задания.
Анализ практики формирования исследовательских умений в высшей профессиональной школе при освоении информационных технологий в естественно-математических дисциплинах
В XXI веке любая профессиональная сфера деятельности становится все более интеллектуальным и все большую долю в ней приобретает ин формационная деятельность.
К основным современным тенденциям высшего профессионального образования относят: компьютеризацию и технологизацию обучения; переход от информативных к активным методам и формам обучения с включением в деятельность обучающихся элементов проблемности, научного поиска; переход к активизирующим, развивающим, интенсифицирующим способам организации учебного процесса; переход к такой организации учебного процесса, при которой акцент переносится с обучающей деятельности преподавателя на познающую деятельность обучаемого [134, с.46].
Умение качественно осуществлять информационную деятельность, связанную со сбором, передачей, обработкой, систематизацией, хранением и представлением информации, зависит от успешности освоения информационных технологий, изучаемых в рамках учебных дисциплин «Информатика», "Методы вычислений".
В условиях информатизации образования, с одной стороны, невозможно качественно осуществлять информационную деятельность без исследовательских умений, с другой стороны, исследовательские умения необходимы для освоения и использования информационных технологий.
В данном исследовании используется общепринятое определение информационной технологии, в котором информационную технологию определяют как технологичный (то есть целенаправленный, конкретно и методично координируемый) процесс, предусматривающий сбор, хранение, переработку и передачу информации в разнообразных сферах жизни и деятельности человека за счет разработки и использования современных возможностей технических и прикладных программных компьютерных средств.
Ценность изучения естественно-математических дисциплин состоит в том, что студенты приобретают умения проведения научного исследования, выполняя упражнения, решая задачи, проводя опыты.
Информационные технологии предоставляют широкий спектр возможностей для исследователя, обладают потенциальной многовариантностью: источников и средств представления информации, образцов исследовательской деятельности, начиная с публикации лучших работ студентов в виде Web-сайтов в сети Интернет до отчетов и описаний результатов научных-центров и ведущих ученых. Информационные технологии помогают обеспечить тесное взаимодействие между преподавателем и студентом (дистанционное обучение, электронная почта).
Информационные технологии расширяют возможности учебного процесса. Это не только разнообразные программные средства (моделирующие программы, поисковые и экспертные системы), но и методы развития исследовательских умений (электронная конференция, виртуальные дискуссии, участие в совместных исследовательских проектах различных учебных заведений). Все это создает дополнительные возможности для стимулирования любознательности (интерактивные базы данных исследовательских центров, электронные библиотеки, "списки рассылки" с подбором материалов по интересующей теме, возможность проведения компьютерного эксперимента).
Информационная деятельность связана со сбором, передачей, обработкой, систематизацией, хранением и представлением информации. Особенности информационной деятельности проявляются в применяемых методах (через формализацию, алгоритмизацию, программирование, моделирование), в характеристике результатов (информативная емкость и наглядность).
А качественное выполнение базовых операций (создания, хранения, обработки, поиска и передачи информации) невозможно без исследовательских умений.
Особенность освоения информационных технологий в том, что недостаточно воспроизвести, пересказать изученные положения. Нужно показать свои знания в действии: найти информацию в сети Интернет, скопировать файл на диск, решить задачу на компьютере, преобразовать информацию, представить в удобном для пользователя виде, всегда нужен результат. Только проработав свои знания на практике, в действии, можно быть уверенным, что сможешь их применить и в будущем, в измененных ситуациях. Устойчивость, прочность и гибкость полученных умений проверяется на практике. Например, студент изучал программные продукты, которых или еще нет на производстве или уже нет. А отсутствие исследовательских умений не позволяет быстро освоить существующие на данный момент программные продукты путем нахождения инвариантной части, путем аналогий и сопоставлений. Выпускник не может найти схожие или различные функции, свойства в идентичных программных продуктах, средах, операционных системах, программных оболочках. Этому факту можно найти объяснение. В практике обучения в вузе нет проверки на прочность знаний. Оценка знаний производится сразу после изучения предмета. Часто знания оказываются формальными. Специалиста не научили применять их при решении типовых для данной специальности проблемных ситуаций, задач.
Специфика информационных технологий и исследовательский характер информационной деятельности в автомобилестроении будет более полно раскрыт в последующих параграфах.
Организация учебного процесса вуза, направленного на формирование исследователя, строится на основе таких принципов дидактики как историзм; научность; систематичность и последовательность; связь теории с практикой при ведущей роли теории; наглядность и образность обучения, сознательность, активность и ответственность студентов; совместная деятельность студентов и преподавателей; соединение самостоятельной работы студентов с учебно-познавательной деятельностью в аудитории; профессиональная направленность обучения.
Принцип историзма при изучении естественно-математических дисциплин предполагает сопровождать изучение таких предметов как "Информатика", "Математика", "Методы вычислений", "Физика" изучением деятельности ученых, совершивших открытие, вклад в эти области, с целью анализа динамики научного развития идей и гипотез.
Особенности профессионально-ориентированного формирования исследовательских умений при освоении информационных технологий в вузе автомобилестроительного профиля
Современная дидактика предполагает реализацию в образовательном процессе системного подхода. Виды, назначение, свойства, законы, компоненты и принципы построения образовательных систем раскрыты в трудах ИЛ.Лернера, Т.А.Ильиной, В.П.Симонова, В.А.Сластенина, В.С.Леднева, А.М.Новикова, Н.М.Таланчука. Системный подход предполагает рассмотрение явлений и объектов во взаимодействии всех элементов внутри системы и их взаимодействие с внешней средой.
Анализ работ А.М.Новикова позволяет утверждать, что все области профессиональной деятельности (научная, практическая, искусство и др.) имеют свою специфику, в том числе и профессиональная деятельность в области автомобилестроения [122, с. 17]. Специфика будущей профессиональной деятельности и специфика области знаний информационных технологий могут быть гармонично выявлены и учтены при формировании исследовательских умений в рамках системного подхода к подготовке специалистов.
Выделим особенности, присущие отрасли, которые исходят из трех компонентов: а) специфики производимого товара, б) специфики потребления, использования товара, в) специфики рынка продаж и определяют специфику подготовки профессиональных кадров.
Автомобилестроение, являющееся одной из 19 отраслей машиностроения, представляет собой материалоемкое, энергоемкое и наукоемкое производство, занимающееся разработкой, изготовлением, сборкой и сервисным обслуживанием автомобилей.
С точки зрения специфики производимого товара можно выделить следующие аспекты. Во-первых, автомобиль - сложное техническое устройство, требующее на всех этапах большого количества нормативно-справочной информации, имеющее сложные технологические маршруты изготовления деталей и пооперационные расценки, собственное изготовление инструментов, тары и других вспомогательных материалов на производственные нужды. Таким образом, автомобиль имеет общетехническую специфику, характерную для всех технических устройств. Во-вторых, рассмотрение автомобиля с позиций системного подхода позволяет определить его как систему, совокупность взаимодействующих элементов. Каждый элемент автомобиля, как элемент системы, имеет собственное функциональное назначение и на основе этого взаимодействует с другими ее элементами. Таким образом, автомобиль - полиструктурная система разных элементов: системы охлаждения, системы зажигания, выхлопной системы, системы смазки и др. Эти системы подчиняются определенным законам, но и совместимы с другими. Относительно самостоятельные компоненты системы рассматриваются не изолированно, а во взаимосвязи и движении.
Кроме того, на примере отрасли автомобилестроения следует отметить аспекты, отражающие изменчивость, динамичность систем и ее подсистем, а также их влияние на стимулирование исследовательской деятельности. За 120 лет, начиная с первого автомобиля Бенца, сделанного в 1885 году, автомобиль постоянно подвергался техническим изменениям и усовершенствованиям с целью улучшения скоростных, конструкторских качеств, комфортабельности и безопасностности. С момента изобретения первого автомобиля до сегодняшнего дня он не только совершенствуется, но и инициирует новые открытия. В области химии, например, это способ получения синтетического каучука из нефти. Автомобиль был и остается не только предметом и результатом деятельности исследователя, но и идеальная модель, на котором можно продемонстрировать многие теоретические положения. На автомобиле можно изучить многие законы движения, законы механики, гидравлики и др. На примере автомобиля можно продемонстрировать все ситуации, с которыми встречается исследователь. Исследования в автомобилестроении присутствуют везде. Можно перечислить исследования при разработке проекта, производстве, тестировании, эксплуатации, прогнозировании надежности, прочности и износоустойчивости, при осуществлении всех видов ремонта (капитальный, плановый, внеплановый), утилизации, управлении производством, анализе спроса, продаж и т.д.
При системном подходе к исследовательской деятельности ведущую роль приобретает вопрос целеполагания. Иерархическое построение целей в системе можно наблюдать на примере такого объекта как автомобиль. В последнее время этот пример стал классическим. Цели элементов не совпадают с целью всей системы автомобиля. Цель автомобиля - передвижение, перевозка пассажиров и грузов. А у каждого элемента системы автомобиля -своя цель. Возникает целая иерархия целей и иерархия требований: к дизайну, к отделочным материалам, экономичности, комфортабельности, безопасности, к скоростным и грузоподъемным характеристикам. Отсюда такое богатство различных моделей автомобиля. Для современного автомобильного производства характерна нарастающая диверсификация модельных рядов автомобилей, что является одной из причин постоянной структурной, организационной и технологической перестройки предприятий.
С точки зрения специфики потребления, использования товара, системный подход позволяет выявлять и учитывать всесторонние связи, возникающие при использовании автомобиля. Автомобиль - открытая система, обменивающаяся информацией и взаимодействующая с окружающей средой. Например, можно выделить взаимодействия автомобиля, водителя, пассажира, окружающей среды. Можно рассмотреть внутреннее взаимодействие, человека с автомобилем и внешнее взаимодействие, с окружающей средой, при котором встроенная компьютерная техника с современным программным обеспечением, контрольно-измерительные устройства позволяют быстро реагировать, перестраивать параметры эксплуатации с учетом дорожных условий (включая угол поворота, тормозное усилие, разгон и т.д.).
Следующая особенность отрасли, связанная со спецификой потребления продукта - это особенность использования или потребления автомобиля, при котором всегда присутствует определенный риск и опасность для жизни окружающих: для водителя, пассажиров, груза, экологии. Эксплуатация автомобиля зависит от состояния дорог, от других видов транспорта, от квалификации водителя, ремонтника, от качества систем автомобиля. При эксплуатации легкового автомобиля необходима простота обслуживания, так как она осуществляется обычными людьми, ее эксплуатация приближена к эксплуатации бытовой техники. Однако с автомобилизацией, с популярностью автотранспорта связаны и проблемы, которые требуют новых технических решений. Среди них проблемы истощения ресурсов нефти, загрязнения атмосферы токсичными веществами, устранения дорожно-транспортных происшествий, шума, утилизации. Требуется бесшумность, лёгкость управления, простота устройств автомобиля и др. Возникают все новые и новые задачи для лабораторных и стендовых исследований, испытаний.
Дидактические условия формирования исследовательских умений студентов при освоении информационных технологий и требования к их реализации
В данном параграфе покажем условия успешного формирования операционных, тактических и стратегических исследовательских умений в процессе освоения информационных технологий в естественно-математических учебных дисциплинах. В предыдущем параграфе было показано, что в условиях интенсификации производства во всех компонентах информационной деятельности преобладают исследовательские умения. Естественно, не любая информационная деятельность является исследовательской и не всегда возникает потребность в исследовании. Не носят исследовательского характера набор текста, дублируя работу оператора, решение типовых задач расчетного характера, чтение и запись информации на различные носители, печать документов. Потребность в исследовании проявляется лишь при возникновении проблемной ситуации. "Решение проблемы или системы проблем приводит ученика не только к овладению некоторыми новыми знаниями и способами действий, оно составляет микроэтап в его умственном развитии. Ученики должны выявить противоречие, столкнуться с несоответствием с ранее усвоенными правилами решения и новым фактом, который не подходит к этим правилам. При этом возникает чувство удивления, появляется исследовательский рефлекс" [115, с. 129].
Переосмысление результатов применения методов проблемного обучения с позиции предмета информационных технологий, ее специфики, позволило разработать комплекс заданий для формирования исследовательских умений. Каждое задание, предлагаемое студенту, представляет собой определенную задачу и содержит элементы поиска. Исследовательские умения формируются при последовательном поуровневом выполнении комплекса заданий. Закрепляются умения их многократным выполнением. Основываясь на теоретических разработках М.И.Махмутова при создании проблемных ситуаций, выдвигаем следующие требования к учебной проблеме: 1) учебная проблема должна быть связана с предметом (Информатика, Математика, Методы вычислений), изучаемым материалом и естественным путем, логически вытекать из него, а также из деятельности ученика по анализу фактов и явлений, вызвавших проблемную ситуацию; 2) учебная проблема должна отражать противоречивость информации (в формулировке вопроса или задачи); 3) основным своим содержанием проблема должна давать направление познавательному поиску, указывать направление путей ее решения; неизвестное должно быть связано с известным ученику знанием; 4) ответственное отношение к подбору исследовательских заданий для обучаемого; проблемы должны быть посильными, иначе могут вызвать неуверенность в себе, потерю интереса к учебе или скуку; формулировка проблемы должна содержать слова, обозначающие такие известные ученику понятия, в которых содержатся элементы, имеющие связь с неизвестным в самой проблеме; 5) проблемные вопросы и задачи по информационным технологиям должны быть профессионально ориентированы, значимы, оказывать воздействие на эмоциональное состояние ученика, заинтересовывать его в учебном материале, побуждать к активной деятельности [115, с.131].
Опираясь на теорию проблемного обучения М.И.Махмутова, строим обучение в определенной последовательности, выбирая те или иные задания, построенные на основе описанных требований. Роль преподавателя в управлении учебным процессом заключается в подборе исследовательских заданий для данного уровня обучаемого. Управление познавательной и исследовательской деятельностью учащегося осуществляется через умелые "подсказки", наводящие вопросы преподавателя, влияющие на ход решения.
Организация учебного процесса, направленная на формирование исследовательских умений, требует сосредоточения внимания на базовые профессионально и познавательно значимые информационные операции.
Практическую ценность представляет для нас анализ накопленного опыта обучения в США [24, с. 101]. Американские ученые считают важным постановку определенного вопроса определенному студенту в определенное время, что является проявлением личностного подхода при формировании исследовательских умений в учебной деятельности. Преподавателем предварительно составляются возможные варианты вопросов. Американские педагоги считают, что постановка вопросов является необходимым умением, которым должен владеть преподаватель при руководстве исследовательской работой студентов. Ответы студентов дают возможность оценить многочисленные точки зрения, уровни понимания. R.Cristensen, например, считает, что построение вопроса влияет на стиль, содержание, эмоциональный характер ответа, который он вызывает. В качестве примера приведем две формулировки вопросов. " На Рабочем столе расположен объект «Мой компьютер». Вопрос №1: что делает данный объект? Вопрос №2: что я могу сделать с этим объектом? ". Ответ на первый вопрос можно найти в учебнике и воспроизвести. Второй вопрос вызывает переосмысление своих знаний студентами, активизацию умственной деятельности, потребность в проверке своих знаний на практике. Типология вопросов, предложенная американским педагогом-исследователем R.Christensen в организации учебного процесса, взята нами на вооружение. Ученым предложена следующая классификация: открытые вопросы, диагностические вопросы, информационные вопросы, проблемные вопросы, вопросы, требующие действий, вопросы приоритета и последовательности, предсказывающие вопросы, гипотетические вопросы, расширяющие вопросы, обобщающие вопросы.
Формирование исследовательских умений осуществляется при выполнении специально разработанных исследовательских заданий, построенных на принципах проблемного обучения М.И.Махмутова. Последовательное формирование исследовательских умений будет осуществляться более продуктивно и целенаправленно, если задания будут представлены в соответствии с уровнем. Опираясь на труды А.М.Новикова и И.С.Сергеева, мы предлагаем комплекс заданий, формирующих исследовательские умения при осуществлении информационной деятельности в соответствии с типом умений. Каждое умение представлено уровнями, в зависимости от уровня усвоения, определяемого по методике В.П.Беспалько.
Так как курс информатики имеет как программистскую, так и пользовательскую направленность, покажем формирование операционных исследовательских умений, разделяя их на пользовательский и программистский варианты. Пользовательский вариант заданий рассчитан на оперирование различной информацией, представленной, например, на дисплее, при работе с готовой программой, при работе с текстовыми редакторами, электронными таблицами. Как правило, при выполнении данного варианта задания не требуется умение автоматизировать расчеты. Программистский вариант заданий требует овладения каким-либо языком программирования, способами программной реализации алгоритмов. Каждое умение, в зависимости от уровня усвоения, по четыре уровня определяемого по методике В.П.Беспалько.
Первый уровень - проявляется в опознании объекта усвоения. Например, в умении выбрать нужное описание действий из предложенных для достижения результата (по узнаваемости, в тесте).
Второй уровень - применение действий по образцу. Например, работа по заранее приготовленному, продуманному практическому заданию (повторяя действия при работе с лабораторным практикумом, при отработке лекционного материала). Образец может быть представлен в методическом пособии или продемонстрирован преподавателем в виде готовой программы, которую студент самостоятельно запускает, вводит данные, получает результат и анализирует все свои действия. Лишь научившись работать по готовой инструкции, некоторому эталону, можно постепенно переходить к решению более сложных задач.
