Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Влияние изменений в профессиональной деятельности на формирование математической культуры инженеров-приборо строителей 12
1.1. Особенности профессиональной деятельности инженеров в области приборостроения в условиях современного наукоемкого производства 12
1.2. Цели и задачи математического образования будущих инженеров-приборостроителей 28
1.3. Проблема формирования математической культуры инженеров -приборостроителей как составляющей их профессиональной культуры 49 Выводы по первой главе 73
Глава 2. Теория и практика формирования математической культуры в системе подготовки инженеров-приборостроителей 74
2.1. Состав педагогических условий формирования математической культуры инженеров-приборостроителей 74
2.2. Личностно ориентированная технология в математическом образовании инженера 101
2.3. Ход и результаты экспериментального исследования 133
Выводы по второй главе 149
Заключение 151
Библиография 155
Приложения 167
- Особенности профессиональной деятельности инженеров в области приборостроения в условиях современного наукоемкого производства
- Состав педагогических условий формирования математической культуры инженеров-приборостроителей
- Личностно ориентированная технология в математическом образовании инженера
Введение к работе
Актуальность. В условиях экономических реформ, происходящих в России, необходимости развития промышленности на новом технологическом уровне, интеграции российской экономики в мировую систему проблема подготовки специалистов, способных квалифицированно решать все более сложные технические задачи, развивать свою профессиональную компетентность в соответствии с динамично меняющимися требованиями, становится чрезвычайно важной. Приборостроение отличается использованием новейших средств и технологий создания, применения сложных приборов и технических систем, требующих гибких, системных и обобщенных знаний математики.
В связи с этим особое значение приобретает математическая подготовка современного инженера-приборостроителя. Программное обеспечение и информационно-измерительные технологии в приборостроении основаны на применении математических, естественнонаучных и технических знаний. На современном этапе наблюдается растущее проникновение математических методов в исследовательскую, конструкторскую, организаторскую и производственную деятельность инженера. Инженер-приборостроитель, имеющий слабую фундаментальную подготовку, не способен глубоко разобраться в сложных технологических процессах, уверенно включиться в работу и найти верные пути для решения тех проблем, с которыми ему придется иметь дело в своей профессиональной деятельности.
Очень высока роль математических знаний и в процессе профессиональной подготовки специалистов технического профиля. Недостаточный уровень математической подготовки в процессе обучения специалистов приводит к тому, что при изучении специальных дисциплин происходит простое накапливание информации без глубокого понимания сущности происходящих процессов и их логической взаимосвязи. В новых
условиях на рынке интеллектуального труда значительно быстрее адаптируются специалисты, качество подготовки которых обеспечивает им профессиональную мобильность, достигаемую за счет высокого уровня естественнонаучного образования. Быстрота и качество переориентации специалиста (обучение другой специальности или другому виду деятельности) определяется в основном комплексом фундаментальных знаний, полученных в вузе.
В этих условиях необходимо изменение целевых ориентации в математической подготовке инженеров. Прогностической целью математической подготовки будущего инженера-приборостроителя в техническом университете должно стать формирование математической культуры как компонента его профессиональной культуры. Необходимость формирования математической культуры в таком ракурсе обосновывается в работах математиков и дидактов (Ш.М. Вакилов, Б.В. Гнеденко, Я.И. Груденов, Н. Кварацхелия, Ю.М. Колягин, М.Р. Куваев, Н.Н. Моисеев). Проблему формирования математической культуры и культуры мышления с философско-мировоззренческой, методологической, психологической, педагогической точек зрения рассматривали Б.В. Гнеденко, В.Л. Гончаров, М. Клайн, Л.Д. Кудрявцев, B.C. Леднев, А.Д. Мышкис, И.Ф. Тесленко, А.Я. Хинчин.
В работах А.А. Александрова, B.C. Владимирова, Л.И. Колмогорова,
Л.Д. Кудрявцева, Л.С. Понтрягина, С.Л. Соболева, А.И. Тихонова
раскрываются проблемы формирования содержания математического
образования, выбора рациональных путей обучения курсу высшей
математики в вузе. Различные аспекты углубленной математической
подготовки отражены в работах М.И. Башмакова, В.Г. Болтянского,
Н.Я. Виленкина, А.В. Ефремова, Я.Б. Зельдовича, М.А. Люстига,
М.И. Шабунина, СИ. Шварцбурда и др. Проблемы профессиональной
направленности математической подготовки рассматриваются
Н.Ф. Булатовой, Б.Ф. Гнеденко, Э.Г. Плотниковой и др. Проблемы фундаментализации технического и технологического образования (на основе непрерывной математической подготовки в условиях технологического университета) раскрываются в диссертационном исследовании В.В. Кондратьева, теоретические основы дидактической системы многопрофильной математической подготовки в технологическом университете изложены в диссертации Л.Н. Журбенко.
Исследования педагогов и психологов О.С. Гребенюка, В.И. Зыковой, Т.В. Кудрявцева, И.С. Якиманской позволяют говорить о том, что некоторые психологические особенности обучающихся проявляются как при усвоении математических знаний, так и при их применении в процессе изучения технических дисциплин, что при обучении математике у учащихся следует формировать определенные качества мышления, необходимые для будущей трудовой деятельности по избранной специальности.
В учебном процессе вуза до сих пор доминируют коллективные формы обучения, которые не учитывают индивидуальные различия в усвоении и применении студентами знаний, а также неадекватность традиционно сложившихся приемов учебной деятельности индивидуальным возможностям и способностям студентов. В то же время математика как учебный предмет и ее изучение отличаются рядом особенностей: наличием различных уровней абстракции, высокой трудоемкостью ее изучения, частым возникновением затруднительных учебных ситуаций, проявлением большого спектра индивидуальных особенностей обучаемых в усвоении математики. Следует учитывать и тот факт, что в связи со снижением престижа инженерных профессий в обществе, основной контингент обучающихся в технических вузах составляют студенты с низким уровнем познавательной мотивации и слабой математической подготовкой. Следовательно, формирование математической культуры будущих инженеров-приборостроителей требует внесения существенных изменений в учебный
процесс, создания определенных педагогических условий, способствующих реализации поставленной цели.
Таким образом, имеется противоречие между потребностью современного наукоемкого производства в инженерах с высоким уровнем математической культуры как составляющей их профессиональной культуры, позволяющей им решать все более сложные профессиональные задачи, и неразработанностью педагогических условий, позволяющих эффективно формировать основы математической культуры будущих инженеров в системе их подготовки.
Объект исследования: процесс формирования математической культуры будущих инженеров-приборостроителей как составляющей их профессиональной культуры.
Предмет исследования: педагогические условия формирования математической культуры инженеров-приборостроителей в системе их подготовки.
Цель исследования: разработать и обосновать комплекс педагогических условий формирования математической культуры инженеров-приборостроителей и экспериментально апробировать их.
Гипотеза исследования: эффективность формирования математической культуры будущих инженеров-приборостроителей может повыситься и позволит им в профессиональной деятельности в условиях наукоемкого производства решать сложные профессиональные задачи при реализации следующих педагогических условий:
организация в процессе довузовской подготовки коррекционно-
развивающего обучения, позволяющего выявлять и корректировать
опыт математической деятельности, развивать логическое мышление
и стимулировать у учащихся положительную мотивацию к изучению
математики;
индивидуализация и дифференциация обучения, способствующие
эффективной реализации индивидуальных учебно-познавательных стратегий студентов и созданию ситуаций успеха в учебно-познавательной деятельности;
организация процесса обучения в соответствии с личностно ориентированной технологией, позволяющей активизировать учебно-познавательную деятельность студента и развивать его профессионально значимые способности;
использование системы дифференцированных задач и заданий, последовательность решения которых определяется логикой формирования математической культуры и предполагает самостоятельный выбор студентом вариантов разных уровней.
Задачи исследования:
Определить изменения в содержании и характере профессиональной деятельности инженера-приборостроителя и их влияние на требования к его математической культуре.
Определить структуру и содержание математической культуры инженера-приборостроителя.
Определить и обосновать комплекс педагогических условий формирования математической культуры будущих инженеров-приборостроителей.
Экспериментально проверить эффективность педагогических условий формирования математической культуры будущих инженеров.
Теоретико-методологической основой исследования являются научный метод познания, принцип единства теории и практики; диалектико-материалистическая концепция выявления законов и закономерностей; системный подход (Р.Ф. Абдеев, Б.С. Гершунский, СП. Курдюмов, Ф.И. Перегудов, И.В.Блауберг, Э.Г.Юдин и др.) и его приложение к теории и практике психолого-педагогической науки (СИ. Архангельский, Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, А.В. Брушлинский, Б.С.Флейшман,
Я.И. Груденов, В.В. Давыдов, В.Т. Кудрявцев, П.И. Пидкасистый, И.П. Подласый, Д. Равен, В.П. Симонов, С.Д. Смирнов, В.А. Сластенин, Л.Ф. Фридман, М.А. Чошанов и др.), теория поэтапного формирования умственной деятельности (П.Я. Гальперин, А.В. Петровский, Н.Ф. Талызина, Д.Б. Эльконин и др.).
Для решения поставленных задач использовались следующие методы исследования: теоретические методы - теоретический анализ предмета и проблемы исследования, моделирование и проектирование процесса обучения, теоретическое обобщение результатов исследования; эмпирические методы - изучение и обобщение педагогического опыта, анализ психолого-педагогической, специальной, методической и научной литературы, учебно-методической документации, включая наблюдение, тестирование, опрос, беседы с преподавателями и студентами, педагогический эксперимент, статистические методы обработки и интерпретации результатов эксперимента.
Этапы исследования.
Исследование проводилось с 1999г. по 2004г. в учебных группах филиала «Восток» Казанского государственного технического университета имени А.Н.Туполева (КАИ).
Первый этап (1999 — 2000гг.) — диагностический и поисковый. Изучалась сложившаяся практика математической подготовки специалистов в техническом вузе, определялись и уточнялись требования к подготовке инженеров в области приборостроения, изучались возможности активизации учебно-познавательной деятельности, самостоятельной работы студентов; составлялись дифференцированные варианты контрольных работ, типовые расчетные задания: Одновременно проводился теоретический анализ исследуемой проблемы.
Второй этап (2001 - 2003 гг.) — разработка теоретической базы исследования, педагогических условий и технологии эффективного
формирования математической культуры будущего инженера; разработка учебно-методического обеспечения (учебных и методических пособий); отработка и коррекция методических приемов.
Третий этап (2003 - 2004гг.) — итоговый. На этом этапе отработаны и скорректированы система педагогических условий и составляющие технологии. Проведена апробация и обобщение результатов исследования.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в том, что в нем:
1. Обоснованы и раскрыты структура, содержание и особенности
математической культуры будущих инженеров-приборостроителей как
составляющей их профессиональной культуры, включающей
взаимосвязанный комплекс следующих компонентов: мобильность знания,
гибкость метода, критическое мышление.
2. Определены и обоснованы педагогические условия формирования
математической культуры инженеров-приборостроителей в системе их
подготовки:
организация в процессе довузовской подготовки коррекционно-развивающего обучения, позволяющего выявлять и корректировать опыт математической деятельности, развивать логическое мышление и стимулировать у учащихся положительную мотивацию к изучению математики;
индивидуализация и дифференциация обучения, способствующие эффективной реализации индивидуальных учебно-познавательных стратегий студентов и созданию ситуаций успеха в учебно-познавательной деятельности, стимулирующих познавательную активность и развитие способностей;
организация процесса обучения в соответствии с личностно ориентированной технологией, основными характеристиками которой являются: ориентация на формирование обобщенных
алгоритмов деятельности, представление учебного материала в виде
последовательно взаимосвязанных ситуаций деятельности и
структурно-логических схем, пошаговый контроль, переходящий в
самоконтроль обучаемого;
использование системы дифференцированных по уровням задач и
заданий, последовательность решения которых определяется логикой
формирования математической культуры и предполагает
самостоятельный выбор студентом вариантов разных уровней.
Практическая значимость исследования определяется тем, что на его
материалах разработано и внедрено в учебный процесс филиала «Восток»
Казанского государственного технического университета имени
А.Н.Туполева (КАИ) программное и учебно-методическое обеспечение
математической подготовки (учебная программа, контрольные задания,
учебные пособия, методическое руководство). Разработанные подходы,
учебно-методическое обеспечение могут использоваться при математической
подготовке в других технических вузах, а теоретические положения могут
быть применены при проектировании учебных дисциплин
естественнонаучного и других циклов для подготовки специалистов в
техническом вузе.
Положения, выносимые на защиту:
Структура, содержание и особенности математической культуры инженеров-приборостроителей как составляющей их профессиональной культуры, обусловленной тенденцией усложнения профессиональных задач в условиях наукоемкого производства и необходимостью непрерывного профессионального развития специалиста.
Состав и особенности педагогических условий формирования математической культуры инженеров-приборостроителей, предполагающие организацию в процессе довузовской подготовки коррекционно-развивающего обучения, индивидуализацию и дифференциацию обучения
математике в техническом университете на основе личностно ориентированной технологии, позволяющей активизировать учебно-познавательную деятельность студента и развивать его профессионально значимые способности.
Достоверность результатов исследования обеспечивается выбором методологических позиций и опорой на фундаментальные работы по педагогике; использованием комплекса теоретических и эмпирических методов, адекватных проблеме исследования, его целям, задачам, гипотезе; использованием методов математической статистики при обработке результатов исследования; собственным многолетним опытом работы в техническом вузе.
Апробация и внедрение результатов исследования. Материалы исследования и его результаты обсуждались на заседаниях кафедры «Естественнонаучных дисциплин» филиала «Восток» и докладывались на конференциях: научно-методической конференции «Совершенствование преподавания в высшей школе» (Казань, 2004); международной научно-практической конференции «Научный потенциал мира-2004» (Днепропетровск, 2004); международной научно-методической конференции «Инновационное образование в техническом университете» (Казань, 2004); научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники» (Белгород, 2004).
По теме диссертации опубликовано 13 работ, в том числе 4 учебных пособия, 1 методическое руководство (общим объемом 2 П.Л.).
Структура диссертации. Диссертация, объемом 203 страницы, состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка (140 наименований), 7 приложений. Основное содержание диссертации изложено на 166 страницах, включает 10 таблиц, 10 рисунков.
Особенности профессиональной деятельности инженеров в области приборостроения в условиях современного наукоемкого производства
Во всех развитых странах мира активно формируются наукоемкие сектора экономики. Они требуют все больше высококвалифицированных инженеров, способных работать в динамично изменяющейся высокоорганизованной информационной среде. Резко возрастают требования к таким специалистам, что обостряет проблемы качества их подготовки в высшей школе. Так, в Японии потребность в таких специалистах оценивается в 2 млн. человек. В США требуется 200 тыс. специалистов, Южная Корея за 10 лет увеличила в 10 раз количество подготавливаемых в технических вузах высококвалифицированных специалистов. На международном рынке труда постоянно растет спрос на высококвалифицированных специалистов. С другой стороны, к уровню профессионализма инженера предъявляются все более высокие требования. Для современного производства, основанного на последних достижениях научно-технического прогресса, требуются профессионалы с высоким духовным и интеллектуальным потенциалом. В основе этого потенциала - высокий уровень профессиональных, в том числе и математических знаний, определяющих готовность специалиста к инженерной деятельности. Решение сложных инженерных задач требует использования оперативных и гибких, системных и обобщенных, прочных и действенных знаний по математике. Наиболее востребованы специалисты, способные использовать различные подходы к решению профессиональных задач, ориентирующиеся в менеджменте и маркетинге, владеющие эффективными бизнес-технологиями. Профессиональному росту сотрудников в западных компаниях придается огромное значение; повышение квалификации охватывает все уровни персонала.
Что касается отечественного инженерного сектора, то здесь отмечается двойственная тенденция. С одной стороны, растет разрыв между требуемым уровнем подготовки современного инженера и имеющимся уровнем квали фикации работающих специалистов. Обостряется противоречие между растущей сложностью профессиональных задач, требующих для своего решения использования самых современных информационных технологий и недостаточным уровнем соответствующей профессиональной компетентности решающих эти задачи специалистов. Более 50% инженерных должностей на промышленных предприятиях занимаются кадрами без высшего образования. Возрастающая сложность современных технических систем и устройств, рост их возможностей, обострение конкурентной борьбы между фирмами заставляют, с одной стороны, конструировать все более сложные системы, а с другой - повышать их надежность, упрощать управление, использовать нестандартные решения.
Таким образом, процессы развития экономики, промышленности и технического образования в мире характеризуются все возрастающей потребностью в инженерах нового поколения — разработчиках высоких технологий, владеющих самым современным инструментарием — математическими методами моделирования, информатики, управления, что повышает значение фундаментальной компоненты инженерного образования.
Основным достоинством отечественного высшего образования была способность осуществлять массовую подготовку специалистов на достаточно высоком профессиональном уровне практически по всему спектру необходимых обществу специальностей. В то же время специалисты признают, что современная отечественная система технического образования имеет ряд недостатков:
- ориентация на узкопрофильную подготовку специалистов; - невысокая степень гибкости образовательной системы, не позволяющая получать образование различного уровня, в зависимости от желания и потенциальных возможностей личности;
- слабая интеграция с довузовским и послевузовским образованием;
- недостаточный уровень естественнонаучной подготовки, обусловленный низкой мотивацией к изучению естественнонаучных и общеинженерных дисциплин.
Состав педагогических условий формирования математической культуры инженеров-приборостроителей
Совершенствование математической подготовки инженера, как фактора повышения его профессиональной культуры, предполагает определение состава педагогических условий формирования его математической культуры, которые отражали бы основные направления модернизации высшего профессионального образования в условиях современного наукоемкого производства.
Математические дисциплины входят в цикл общепрофессиональных дисциплин, представляющих фундаментальную основу общеинженерной подготовки. В условиях перехода современной экономики к наукоемким производствам, высоким технологиям и использование компьютера в профессиональной деятельности, особое значение приобретают математические знания, которые должны стать неотъемлемой частью его культуры и обязательным элементом в воспитании и обучении.
Необходимость развития математической культуры будущих инженеров, как уже было отмечено в главе 1, обусловливается рядом обстоятельств, связанных с изменениями в их профессиональной деятельности и с постоянно возрастающими требованиями к математической подготовке. Нами проанализированы виды профессиональной деятельности инженеров в области приборостроения, классы профессиональных задач, требующих для своего решения применение математического аппарата; систематизированы запросы и ожидания профессиональной сферы, касающиеся формирования математической культуры как составляющей профессиональной культуры инженера. Выделены и обоснованы особенности изучения математических дисциплин, роль и место в учебном процессе математики как ключевой составляющей общеинженерной подготовки. Уточнены изменяющиеся цели, задачи и условия их изучения. В этой связи несомненным является разработка и обоснование комплекса педагогических условий, включающей проектирование личностно ориентированной технологии математической подготовки с целью активизации учебно-познавательной деятельности студента и развития его профессионально значимых способностей.
Современная ситуация в области образования характеризуется общим снижением уровня математической подготовки учащихся массовой школы. Это привело в свою очередь к снижению уровня подготовки абитуриентов технических вузов. Эта ситуация усугубляется еще и тем, что в настоящее время престиж профессии инженера невысок. Учитывая данные обстоятельства, мы считаем, что изучение основного курса «Высшая математика» целесообразно начинать с изучения вспомогательного раздела «Введение в математику» в Центре предвузовской подготовки (Ці 111), ведущими функциями которого являются:
систематизация знаний школьного курса;
формирование осознанного и прочного владения определенным набором знаний, умений и навыков, необходимых для продолжения образования;
подготовка для эффективного усвоения остальных учебных разделов;
формирование навыков самостоятельного изучения учебной математической литературы;
формирование понимания единой основы профессионально значимых математических методов;
формирование представления о математике как особом способе познания мира, общности ее понятий и представлений.
Важность формирования основ математической культуры учащихся на допрофессиональном этапе особенно актуальна, поскольку данная ступень является начальной и сравнительно новой ступенью непрерывного профессионального образования. Она закладывает фундамент для продолжения образования по выбранной профессии и для формирования профессиональной культуры будущих инженеров. В связи с этим уже во многих технических вузах созданы такие Центры предвузовской подготовки, в частности, в филиале «Восток» КГТУ им. А.Н. Туполева работает Ці 111, где обучаются ученики 9-11 классов.
Личностно ориентированная технология в математическом образовании инженера
Управление процессом формирования математической культуры со стороны преподавателя является непременным условием его осуществления. Оно направлено на целенаправленное использование интеллектуальных, эмоциональных и волевых ресурсов учащихся, создание условий, обеспечивающих их деятельность на уровне потенциальных возможностей, т.е. характеризуется повышенным уровнем индивидуализации. Потому для эффективного управления качеством формирования математической культуры будущих инженеров как составляющей их профессиональной культуры необходимы технологии, способные оптимально выстраивать образовательный процесс, в значительной мере «вписанный» в реальную профессиональную деятельность, и предусматривающие:
установление исходного уровня студентов и каждого студента;
сознательное и планомерное педагогическое воздействие;
отбор и структурирование содержания обучения;
выбор сочетания методов, форм организации, средств обучения и самообучения;
планирование самостоятельной работы;
проектирование контролирующих процедур и коррекция в соответствии с полученными результатами.
Проектирование технологии математической подготовки основывается на принципе гуманизации образования, который предполагает представление каждому обучающемуся возможности для получения профессиональной подготовки, максимально соответствующей его индивидуальным интересам и склонностям, способностям и возможностям, создания условий, способствующих самоактулизации и самореализации личности.
Особое внимание во всем мире уделяется развитию способностей и активизации возможностей освоения инноваций специалистом. Как никогдаранее, ценится неординарность мышления. В этом контексте становится все более очевидной необходимость разработки такой технологии обучения, которая способствовала бы формированию творческой личности специалиста. На наш взгляд, обучение должно строиться так, чтобы студент осознавал собственное развитие, получал удовольствие от ощущения, что он преодолевает трудности обучения для своего развития. Для формирования основ математической культуры инженера весьма важна ориентация процесса обучения на развитие личности. Важным элементом культуры, среды, способствующей появлению талантливых, высокопрофессиональных специалистов, являются технологии обучения. Совершенствование технологий обучения занимает одно из первых мест среди многочисленных новых направлений развития высшей школы.
Анализ работ П.Р. Атутова, Г.А. Бордовских, В.А. Извозчикова, В.А. Гуружанова, Г.К. Селевко и др. позволяет утверждать, что в современной педагогической науке понятие «педагогическая технология» употребляется в разных значениях: на уровне общепедагогическом (или общедидактическом) ее понимают как синоним понятия «педагогическая система», т.е. в нее включают цели, содержание, методы, средства, алгоритмы деятельности учителя и ученика (например, технология Ш.А. Амоношвили); на уровне отдельного предмета технологию отождествляют с «частной методикой», т.е. рассматривают ее как сумму методов, средств для реализации конкретного содержания в рамках одного предмета, учителя (технология преподавания зоологии; технология работы С.Н. Лысенковой); на уровне отдельных частей учебного процесса технологию отождествляют с отдельными видами деятельности (например, технология усвоения новых знаний; технология самостоятельной работы)[4,18,34,112]. Следовательно, технологией называют систему, и процесс системы, и часть процесса в системе, что затрудняет корректное употребление термина. Чаше всего понятие «технология» отождествляется с понятием «методика обучения» на частнопредметном уровне. Это и понятно, поскольку речь идет о реальном процессе обучения, в котором задействованы все средства: личностные, инструментальные, методические и даже методологические. Разница между технологией и методикой обучения на уровне преподавания конкретного предмета заключается лишь в расстановке акцентов: если речь идет о технологии, то автор имеет ввиду процессуальную часть или расчетную, если же речь идет о методике, то значит, в работе упор делается на вариативно-ориентировочную сторону, на способ подачи содержания. Как пишет Г.К. Селевко, «технология отличается от методик своей воспроизводимостью, устойчивостью результатов, отсутствием многих «если» (если талантливый учитель, если способные дети, если хорошие родители) [ПО, с. 16].
