Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Развитие инженерного образования в россии: историко-педагогический аспект 34
1.1. Этапы развития инженерного образования 34
1.2. Политехнизация инженерного образования 93
1.2. Фундаментализация инженерного образования 126
ГЛАВА II. Теоретические основы инженерной деятельности в агропромышленном комплексе 160
2.1. Агропромышленный комплекс как объект деятельности агроинженера 160
2.2. Специфика и особенность агроинженерной деятельности 183
2.3. Средства управления аграрным производством 215
2.4. Социотехническая компетентность агроинженеров 239
ГЛАВА III. Конщпция математической подготовки студентов к агроинженерной деятельности 281
3.1. Междисциплинарный анализ понятия «адаптация» 281
3.2. Адаптационный потенциал профессиональной подготовки агроинженеров 314
3.3. Методологические подходы к проектированию образовательных систем 339
3.4. Содержание математического образования агроинженеров 386
3.5. Адаптивная система математической подготовки студентов к агроинженерной деятельности 412
ГЛАВА IV. Опытно-экспериментальная работа по реализации концепции математической подготовки студентов к агроинженерной деятельности 447
4.1. Сравнительный анализ результатов констатирующего и формирующего экспериментов 447
4.2. Факторы готовности к агроинженерной деятельности 474
4.3. Результаты реализации концепции математической подготовки студентов к агроинженерной деятельности 486
Заключение 516
Список использованных источников и литературы
- Политехнизация инженерного образования
- Специфика и особенность агроинженерной деятельности
- Методологические подходы к проектированию образовательных систем
- Факторы готовности к агроинженерной деятельности
Политехнизация инженерного образования
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что оно способствует решению имеющей важное социальное значение научной проблемы - проблемы разработки концепции адаптивной системы професиональной подготовки агроинженеров средствами математики, обеспечивающей социотехническую компетентность агроинженера; открывает новое направление научных поисков, связанных с теоретико-методологическим обеспечением процесса адаптации агроинженеров к специфике и особенности агроинженерной деятельности в современных агропромышленных комплексах; вносится вклад в разработку понятийного аппарата профессиональной педагогики, отражающего инновационные процессы в инженерном образовании; изложены доказательства того, что определение структуры социотехнической компетентности агроинженеров должно базироваться на принципе идентификации этапов социотехнического проектирования и этапов принятия оптимальных решений. Обоснование содержания математической подготовки агроинженеров составит основу для новых научных представлений о средствах достижения фундаментальности сельскохозяйственного образования, продолжающего традиции российской инженерной школы. Предлагаемая в исследовании концепция формирования социотехнической компетентности агроинженеров позволяет на теоретическом уровне определять новые подходы и принципы к разработке адаптивных систем профессиональной подготовки специалистов различных профилей для народного хозяйства. В исследовании приведены доказательства возможности применения аксиолого-технологического подхода, принципы которого обеспечивают адаптацию агроинженеров к социальной и технической подсистемам современного агропромышленного комплекса. Работа содержит научно-теоретические положения, которые могут быть использованы при конструировании новых педагогических систем и технологий, обеспечивающих качественную подготовку и переподготовку специалистов аграрного производства. Полученные результаты позволят модернизировать образовательное пространство сельскохозяйственного вуза, будут способствовать внедрению инновационных образовательных программ. Обоснование целесообразности применения аксиолого-технологического подхода, выделение его принципов для проектирования образовательных систем составят основу для широких научных представлений о современных методах и технологиях профессиональной подготовки. Результаты диссертационного исследования могут служить теоретико-методологической основой для дальнейших исследований и разработки проблемы подготовки агроинженеров к осуществлению профессиональной деятельности в условиях модернизации и реформирования аграрного производства, а совокупность выделенных положений вносит существенный вклад в теорию и методику профессионального образования. Проведенное исследование обогащает категориальный аппарат педагогической науки: введены новые понятия в тезаурус профессиональной педагогики («социотехническая компетентность агроинженера», «адаптивная система математической подготовки агроинженеров»); раскрыта их сущность и содержание; показана целесообразность их применения в ходе решения задач по обеспечению интеграционных процессов в образовании.
Практическая значимость исследования состоит в том, что оно направлено на совершенствование образовательного процесса в сельскохозяйственном вузе в аспекте создания адаптационных возможностей, формируемых в процессе контекстного обучения; в определении методов, стимулирующих развитие показателей в структуре социотехнической компетентности, критериями сформированности которой являются виды готовности к агроинженерной деятельности; в выявлении возможностей математики для обучения агроинженеров методам принятия оптимальных решений с целью оптимизации производственных процессов в АПК. Вскрыты резервы совершенствования профессиональной подготовки агроинженеров; создано и апробировано в ФГБОУ ВПО «Самарская государственная сельскохозяйственная академия» методическое сопровождение (учебное пособие, банк математических моделей задач оптимизации) процесса обучения студентов методам принятия оптимальных решений, которое может продуктивно использоваться в аграрных вузах при выполнении курсовых проектов, творческих заданий, на курсах повышения квалификации специалистов сельского хозяйства, в системе подготовки магистров.
Материалы исследования могут быть использованы преподавателями высших учебных заведений при чтении лекционных курсов и проведении практических занятий на факультетах повышения квалификации, в подготовке и профессиональной переподготовке преподавателей и специалистов аграрного производства с целью повышения уровня их социотехнической компетентности. Методологическую основу исследования представляют ведущие идеи философских учений о всеобщей связи и взаимообусловленности явлений окружающей действительности, отечественные и зарубежные теории и концепции, раскрывающие проблемы проектирования образовательных системам; современные психологические и педагогические теории и концепции профессионального образования.
Специфика и особенность агроинженерной деятельности
В начале XX века учебный процесс в высшей инженерной школе был осложнен участием студенчества в революционных событиях и военных действиях. Замена курсовой формы обучения предметной системой в 1905 году была вызвана необходимостью уменьшения чрезмерной нагрузки студентов и усиления контроля знаний. Однако различная ведомственная подчиненность высших технических учебных заведений мешала их координации в работе, созданию наиболее оптимальной методики специальной подготовки будущих инженеров, к тому же в ходе реализации предметной системы, начатой накануне первой российской революции, требовалось время для ее апробации.
Распространение предметной системы обучения было затруднено скоротечностью ее введения и отсутствием практического опыта, а приверженность радикальным взглядам части студентов и демонстрации ими политических настроений осложняли организацию учебного процесса. Устанавливая минимальное количество семестровых зачетов и экзаменов и сокращая сроки обучения в учебном заведении, авторы предметной системы не предусмотрели сроки зачетных недель и экзаменационных сессий. Отсутствие навыков организации самостоятельной работы, чувства ответственности у многих студентов приводили к нарушению ими учебной дисциплины и увеличению продолжительности учебного курса.
С одной стороны, предметная система помогала воспитанию самостоятельных навыков в работе, но с другой - недостаточно просчитывалась с точки зрения времени. Ее реализация могла способствовать формированию в дальнейшем неорганизованной личности, что в будущей специальности инженера, сопряженной с элементами времени, риска, стоимости работ, было крайне отрицательно. Воплощение предметной системы, принимавшейся в нормальных условиях академической жизни, в последующем была нарушена призывами студентов в войска.
Значительное уменьшение контроля преподавателя за студентами было связано с необязательным посещением ими лекций, желанием набрать зачетные баллы за счет сдачи второстепенных предметов, часто подходя к дипломному проекту с «хвостами» по математике, механике, физике. Ослабление контроля со стороны преподавателя осложнялось трудностями в определении истинных причин некачественной подготовки студентов к экзаменам. В действительности изоляция предметов друг от друга и их малая согласованность, чрезмерное «упование» на индивидуальную работу студентов не выдерживали испытания временем. В результате, большинство студентов были не готовы воспользоваться такого рода самостоятельностью и проваливали экзамены [536].
Не справляясь с возросшим потоком различных категорий слушателей, технические учебные заведения стали повышать требования к получению высшего инженерного образования путем унификации учебного процесса и ужесточения форм контроля успеваемости всех студентов. Однако реализации этого процесса мешало обострение общественно-политической обстановки в стране в конце XIX - начале XX века.
Успешное развитие российского инженерного образования было прервано первой мировой войной. Под влиянием сказавшейся в ходе войны технической отсталости России, Министерство народного просвещения стало уделять техническому образованию особое внимание. В июле 1916 года Министерством народного просвещения было проведено совещание по профессиональному образованию, где был представлен проект развития сети профессионально-технических учебных заведений и создания в Москве Государственного центрального научно-промышленного музея-института [93].
В технических вузах России к 1914 году училось около 30 тысяч студентов. До войны число выбывших до окончания курса колебалось от 13 до 25%. Из-за отсева студентов вследствие неуспеваемости, материальной необеспеченности, политических преследований и других причин, а также задержек в институтах сверх нормального срока, страна ежегодно получала около 1500 инженеров (без инженеров путей сообщения и электриков), обслуживавших промышленность [174]. Если распределить это незначительное количество инженеров по специальностям, то на некоторых специальностях было всего лишь несколько десятков и даже несколько человек. Больше всего готовилось инженеров-механиков, затем шли химики, строители и горные инженеры. Крайне недостаточно выпускалось инженеров-электротехников и корабельных инженеров, ежегодно их число увеличивалось всего на несколько человек.
Материальную помощь получало незначительное число студентов втузов; стипендиаты составляли около 10%. Во втузах, находившихся в ведении Министерства торговли и промышленности, более обеспеченных и проводивших более либеральную политику по сравнению с другими министерствами, сравнительно широко практиковалось освобождение студентов от платы. Так, в Петербургском политехническом и горном институтах освобождалось от платы за обучение, составлявшей 75-100 рублей в год, до 25-30% студентов, а в Институте гражданских инженеров - до 40%. В отдельных вузах имелись вспомогательные кассы, выдававшие стипендиатам ежегодно в беспроцентную ссуду до 2 тысяч рублей [536].
Более консервативная политика проводилась Министерством народного просвещения. Так, в Томском технологическом институте из 1184 студентов в 1913-1914 годах было освобождено от уплаты только 56 человек (5%), а уволено за невзнос платы в том же году 162 студента (13,7%) [537]. В МВТУ в том же году освобождено от платы за учение только 3,2% (85 студентов) [425]. В то же время дореволюционные втузы были хорошо обеспечены собственными помещениями, специально построенными зданиями стоимостью иногда до нескольких миллионов рублей. Особенно в этом отношении следует отметить Петербургский политехнический институт, Харьковский технологический, занимавший целый городок с прекрасными большими корпусами - главным химическим, физическим, чертежным, несколькими корпусами учебных заводов и мастерских, отдельными корпусами для квартир профессоров и преподавателей.
Методологические подходы к проектированию образовательных систем
Математическая постановка задач оптимизации требует знания граничных показателей оптимизации системы (в инженерной практике применяют декомпозицию сложной системы на отдельные подсистемы, которые исследуются отдельно, но при этом не упрощают реальную ситуацию); коэффициента эффективности, направленного на оценку параметров (трудоемкость, рентабельность, производительность труда, материалоемкость), выявляющих оптимальные условия работы системы; выбора независимых переменных, описывающих допустимые условия функционирования системы с учетом всех ее основных технико-экономических показателей; создания математической модели, отражающей взаимосвязь между переменными и их влияние на оценку коэффициента эффективности. Таким образом, без знания экономики и организации производства, основ эксплуатации машинно-тракторного парка невозможна грамотная постановка задач при математическом моделирования реальных производственных процессов в аграрном производстве, их детальная разработка и анализ. Вместе с тем, в учебном плане по направлению подготовки Агроинженерия (профиль подготовки «Технические системы в агробизнесе», «Технический сервис в АПК») дисциплина по выбору студентов «Математическое моделирование» (36 ауд. ч., 5 семестр) предшествует изучению дисциплин «Экономика сельского хозяйства» (6 семестр), «Организация и управление производством» (7 семестр), «Эксплуатация машинно-тракторного парка» (6 семестр). Следовательно, существует необходимость в согласовании содержания дисциплин и последовательности их изучения в составе учебных модулей.
Дисциплина «Методы оптимальных решений» и ее возможные модификации («Математическое программирование», «Методы исследования операций», «Методы оптимизации») не входят в перечень не только базовых и вариативных дисциплин, но и дисциплин по выбору студентов, обучающихся по направлению «Агроинженерия». Обнаруживается противоречие между производственной необходимостью в использовании методов принятия оптимальных решений в профессиональной деятельности агроинженеров и отсутствием их в учебных планах подготовки.
Решение реальных инженерных задач на основе математического моделирования требует трудоемких вычислений, которые в большинстве случаев невозможны без применения информационных технологий. Вместе с тем в курсе «Информационные технологии» на изучение табличного процессора Microsoft Excel, позволяющего решать оптимизационные задачи, отводится четыре часа аудиторных занятий (подгруженные надстройки ToolPak и «Поиск решений» не рассматриваются), возможности использования специализированных математических пакетов (MathCAD, MatLAB и др.) для решения задач оптимизации не изучаются ни в курсе «Математика», ни в курсе «Информационные технологии».
В ходе нашего исследования был проведен опрос 42 преподавателей Самарской государственной сельскохозяйственной академии: из них 46 % -преподаватели, имеющие ученые звания доцента или профессора; 54 % - не имеют ученого звания. Среди опрошенных преподаватели специальных кафедр («Эксплуатация машинно-тракторного парка», «Механизация и технология животноводства», «Сельскохозяйственные машины», «Тракторы и автомобили», «Надежность и ремонт машин», «Механика и инженерная графика», «Электрификация и автоматизация агропромышленного комплекса»), руководители курсовых и дипломных проектов. В результате опроса выявлено, что 52% респондентов считают недостаточным уровень математической подготовки студентов для освоения последующих дисциплин, среди них 16% отмечают затруднения студентов при решении стандартных задач; 85% - при построении математических моделей производственных процессов; 15% - при использовании компьютерных математических систем. При этом только 9% опрошенных объясняют неудовлетворенность математической подготовкой отсутствием у студентов умений решать задачи оптимизации, что, на наш взгляд, связано с недостаточной информированностью преподавателей о возможностях и преимуществах применения методов оптимальных решений в профессиональной деятельности. Вместе с тем на вопрос о том, какими дисциплинами (темами) целесообразно дополнить математическую подготовку, 58% респондентов выбрали «Методы оптимизации» [71].
Таким образом, существующая система подготовки агроинженеров требует иных способов отбора содержания математической подготовки, обеспечивающей формирование навыков математического моделирования в области профессиональной деятельности и использования информационных технологий в процессе математического моделирования. Теория принятия решений базируется на знании таких разделов математики, как «Линейная алгебра», «Функциональный анализ», «Дискретная математика», «Теория вероятностей и математическая статистика», которые должны иметь продолжение на старших курсах в виде дисциплин «Математическое моделирование», «Методы принятия решений», «Прикладные методы оптимизации» и др. Решение поставленных задач возможно в рамках адаптивной системы математической подготовки, обеспечивающей формирование профессиональной компетентности адекватно технической и социальной подсистемам аграрного производства.
Установлено (А.А. Иванов, И.К. Приказчиков и др.), что традиционные формы и методы управления производством, которыми руководствовались предприятия в дореформенный период и которые превалируют в практической деятельности в настоящее время, не соответствуют новым требованиям и не способствуют эффективной и устойчивой работе аграрных предприятий. Интересы аграрного производства требуют разработки и принятия оптимальных решений (производственно-технологических, организационно-управленческих и др.). Принцип оптимизации становится функцией агроинженерной деятельности, связанной с проектированием, производством и реализацией продукции. В условиях рыночной экономики методы принятия оптимальных решений следует рассматривать как инструмент адаптации к требованиям современности и необходимость обеспечения резервов для опережающего развития в условиях непрерывно усиливающейся конкуренции
Факторы готовности к агроинженерной деятельности
Надежды на «интегративную» роль ВТИЭР не оправдались: ее цели и задачи, по сути, вернулись к первоначальным, чисто «информационным», что и закрепило изменившееся название дисциплины - «Вычислительная техника и программирование». Дисциплина «Высшая математика» при этом оставалась несколько в стороне от применения информационных технологий и процесса интеграции с «Информатикой». Следующая попытка интеграции математики и информатики была предпринята в конце 80-х годов, когда в примерные учебные планы многих инженерных специальностей была включена дисциплина «Высшая математика. Математические модели в расчетах на ЭВМ». «Информационно-прикладную» составляющую математических методов в будущей профессиональной деятельности инженера предполагалось перенести в обновленный курс математики [67; 611]. Однако, преподаватели математики недостаточно знали инженерную составляющую специальностей и не были специалистами в области информационных технологий. Кроме того, в большинстве вузов отмечалась нехватка вычислительной техники, и широко использовать ее в обучении математике не было возможности. Постепенно во многих вузах информационные технологии использовались все меньше в обучении этой дисциплине, впоследствии ставшей «Математикой». Развитие информационных технологий привело к преобразованию дисциплины «Вычислительная техника и программирование» в «Информатику» [611]. Такая ситуации соответствует и сегодняшнему дню: математика и информатика в вузах являются отдельными дисциплинами, а их предметы и методы считаются достаточно «удаленными» друг от друга.
В настоящее время становится реальным использование в вузах систем компьютерной математики, в связи с чем исследователи (С.Я. Булатова, А.Н. Буров, В.В. Воеводин, С.А. Дьяченко, И.В. Крючкова, А.Г. Луценко, Т.М. Мисюк, Е.С. Павлова и др.) указывают на необходимость их использования в процессе математической подготовки. Система компьютерной математики является программным средством или комплексом программных средств, обеспечивающих автоматизированное решение сложных математических задач, с высокой степенью визуализации каждого этапа решения. К подобным системам относят: табличные процессоры; программы построения графиков функций; специализированные математические пакеты (включая эконометрические и статистические); универсальные математические системы (Derive, MuPAD, MathCAD, MatLAB, Mathematica, Maple), которые позволяют без знания алгоритмов и программ решать на компьютере численные и аналитические задачи (вычислять пределы, находить производные и интегралы сложных функций, строить графики, решать системы уравнений и др.). Ученые (А.Н. Буров, Е.Н. Клименко) рассматривают их в качестве средств интенсификации обучения математике будущих инженеров, изучается влияние систем компьютерной математики не только на традиционные методы обучения и формы занятий (Ю.В. Поздняк, У.В. Плясунова), но и на содержание учебного материала (М.П. Лапчик, М.И. Рагулина).
Вместе с тем, ряд ученых (Л.Г. Кузнецова), отмечают, что такое сближение курсов математики и информатики носит скорее отрицательный характер, поскольку автоматизация прикладных расчетов ведет к чрезмерно упрощенному представлению о сути математических методов и связанных с ними фундаментальных математических понятий [259]. В связи с чем, для инженерных вузов актуализируется проблема интеграции информатики и математики с сохранением концептуального ядра, понятийного аппарата и инструментария каждого из предметов. Заметим, что их взаимодействие позволяет повысить качество обучения как информатики, так и математики. На наш взгляд, формирование способностей построения математических моделей различных процессов с нахождением оптимальных решений в компьютерных математических средах позволит разрешить указанное противоречие.
Системный подход - третье направление, в рамках которого развивались различные формализованные методы проектирования и анализа сложных систем и их систем управления, основанные на применении математических методов и моделей, описывающих количественные связи между элементами системы и характеристиками системы в целом [272]. Практическое применение этих методов стало возможным только с развитием вычислительной техники и разработкой соответствующего программного обеспечения.
Итак, к середине XX века создана новая методология научного исследования, основанная на математическом моделировании исследуемых процессов. Вместе с тем, отмечалось, что «методы математического моделирования, имея огромное народнохозяйственное значение, во многом определяют социально-экономическое развитие и научно-технический прогресс страны. Однако отсутствует материальная поддержка подобных исследований, даже ученые не осознают тот факт, что математическое моделирование выделилось в самостоятельную научную отрасль с собственным подходом и инстументарием к решению проблем» [386]. Таким образом, содержание математического образования имеет исторический характер, определяется целями и задачами общества и изменяется под влиянием общественных, производственных требований и уровня научного знания.
На сегодняшний день в качестве основной тенденции развития содержания образования выступает его стандартизация. Стандарт образования представляется системой основных параметров, принимаемых за государственную норму образованности, отражающей общественный идеал и учитывающей возможности системы образования и реальной личности по достижению этого идеала [457]. Для нашего исследования представляют интерес государственные образовательные стандарты с точки зрения динамики целей обучения математике, изменения содержания подготовки будущих агроинженеров, соответствия содержания дисциплины «Математика» уровню развития математики как науки и требованиям современного аграрного производства. Обратимся к анализу ГОС, ГОС ВПО-2 и ФГОС.
