Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретические основы совершенствования математической и есте ственнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в электронной дидактической среде вуза 19
1.1. Сущностные характеристики математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе 19
1.2. Электронная дидактическая среда как феномен педагогической науки 48
1.3. Педагогический потенциал электронной дидактической среды в совершенствовании математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе .78
Выводы по первой главе 99
Глава II. Экспериментальная работа по совершенствованию математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в электронной дидактической среде вуза 103
2.1. Модель электронной дидактической среды, обеспечивающая совершенствованию математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе 103
2.2. Реализация модели электронной дидактической среды в условиях математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе 130
2.3. Оценка эффективности экспериментальной работы по совершенствованию математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в электронной дидактической среде .171
Выводы по второй главе .189
Заключение 194
Библиографический список
- Электронная дидактическая среда как феномен педагогической науки
- Педагогический потенциал электронной дидактической среды в совершенствовании математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе
- Реализация модели электронной дидактической среды в условиях математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе
- Оценка эффективности экспериментальной работы по совершенствованию математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в электронной дидактической среде
Введение к работе
Актуальность исследования. Преодоление последствий глобального экономического кризиса и ориентация России на инновационное развитие обусловили модернизацию системы образования. В сложившихся условиях особого внимания заслуживает развитие и становление российской системы инженерно-технического образования. Как отметил В. В. Путин на заседании Совета по науке и образованию (2015 г.), качество подготовки инженерно-технических кадров становится одним из ключевых факторов конкурентоспособности государства и является основой для его технологической и экономической независимости. Согласно Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года, конкурентоспособность страны на мировом рынке во многом определяется состоянием транспортной и энергетической инфраструктуры, уровнем подготовки и квалификации инженерно-технических кадров страны.
Анализ нормативно-правовых документов, психолого-педагогических исследований, методических работ по проблемам инженерно-технического образования позволил определить ключевое значение математических и естественнонаучных дисциплин в профессиональном становлении будущих инженеров. Это обусловлено тем, что математические и естественнонаучные дисциплины, характеризующиеся наличием межпредметных связей и отличающиеся строгими причинно-следственными отношениями, доказательностью и аргументированностью научных положений и теорий, экспериментальным подтверждением истины, количественно-качественным языком описания моделей действительности, обеспечивают формирование у студентов готовности к профессиональной деятельности.
Введение Федеральных государственных образовательных стандартов, изучение и обобщение опыта обучения будущих инженеров математическим и естественнонаучным дисциплинам, а также анализ результатов констатирующего этапа исследования, актуализируют задачу совершенствования математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе.
Развитие современной информационно-образовательной среды высших учебных заведений определяет целесообразность использования в процессе математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров новых образовательных технологий, методов обучения, разнообразных форм взаимодействия между студентами и преподавателями. Необходимость обновления технологий, методов обучения, форм организации учебно-познавательной деятельности студентов отражена в Федеральном законе «Об образовании в Российской Федерации», государственной программе Российской Федерации «Развитие образования» на 2013 – 2020 гг. В документах подчеркивается, что применение технологий электронного обучения и создание на их основе среды образовательной направленности способствуют интенсификации и повышению эффективности образовательного процесса в вузе.
Уровень информационно-технологического развития современного общества, анализ сущностных характеристик различных сред образовательной направленности, особенности математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе обусловили целесообразность рассмотрения феномена электронной дидактической среды. Она характеризуется вариативными способами коммуникации, функциональным многообразием; использование ее педагогического потенциала в образовательной практике вуза обеспечивает эффективную математическую и естественнонаучную подготовку инженерно-технических кадров. Электронная дидактическая среда является компонентом электронной информационно-3
образовательной среды вуза, создание которой регламентировано Федеральным законом РФ «Об образовании в Российской Федерации».
Степень разработанности проблемы.
Исследование общих проблем информатизации образования, внедрение в образовательную практику информационно-коммуникационных технологий, дистанционных образовательных технологий и технологий электронного обучения отражено в работах А. А. Андреева, И. Г. Захаровой, Е. С. Полат, И. В. Роберт,
A. В. Хуторского и др.
Создание сред образовательной направленности как условие совершенствования
процесса обучения исследуется А. Х. Ардеевым, В. Л. Кокшаровым, Е. А. Локтюшиной,
B. А. Стародубцевым и др.
Вопросам подготовки будущих инженеров посвящены исследования
Б. Л. Аграновича, Е. А. Климова, Ю. П. Похолкова и др.
Различным аспектам совершенствования профессиональной подготовки инженерно-технических кадров посвящены исследования Э. В. Майкова, Н. И. Наумкина, М. В. Солодихиной и др.
Вопросы математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров нашли отражение в работах Л. Р. Загитовой, Л. В. Медведевой, Л. Х. Чомаевой, В. А. Шершневой и др.
Проведенный анализ показал, что, несмотря на устойчивый интерес к указанной проблематике, процесс совершенствования математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе средствами современных образовательных технологий остаётся малоизученным. Обобщая результаты исследований, можно констатировать, что в педагогической науке накоплена необходимая совокупность научных знаний, которая может быть рассмотрена как предпосылка для исследования электронной дидактической среды и использования ее педагогического потенциала в совершенствовании математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе.
На основании анализа современных требований общества к образованию, нормативно-правовых документов, психолого-педагогической литературы, изучения инновационного опыта образовательных организаций были выявлены противоречия между:
потребностью современного общества в подготовке конкурентоспособных инженерно-технических кадров и уровнем математической и естественнонаучной подготовки будущих инженеров в вузе;
актуализацией задачи совершенствования математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе и недостаточной разработанностью научно-теоретических основ ее решения;
потенциалом электронной дидактической среды по совершенствованию математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе и отсутствием научно обоснованной модели электронной дидактической среды, обеспечивающей совершенствование математической и естественнонаучной подготовки будущих инженеров;
потребностью преподавателей высшей школы в использовании ресурсов электронной дидактической среды и неразработанностью методики обучения математическим и естественнонаучным дисциплинам будущих инженеров в условиях электронной дидактической среды.
Выявленные противоречия позволили сформулировать проблему исследования: каковы научно-теоретические основы и методическое обеспечение процесса
совершенствования математической и естественнонаучной подготовки студентов в электронной дидактической среде?
Осмысление противоречий и постановка научной проблемы обусловили выбор
темы исследования: «Электронная дидактическая среда как фактор совершенствования математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе».
Цель исследования – разработать, теоретически и экспериментально обосновать модель электронной дидактической среды, обеспечивающей совершенствование математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе.
Объект исследования – процесс математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе.
Предметом исследования является электронная дидактическая среда, обеспечивающая совершенствование математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе.
Гипотеза исследования основана на предположении о том, что математическая и естественнонаучная подготовка инженерно-технических кадров будет осуществляться более эффективно, если:
определены и учитываются сущностные характеристики математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе;
обоснована и реализуется совокупность структурно-функциональных характеристик электронной дидактической среды;
выявлен и используется педагогический потенциал электронной дидактической среды в подготовке инженерно-технических кадров в вузе;
создана и внедрена модель электронной дидактической среды, направленная на совершенствование математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе;
разработана и применяется в электронной дидактической среде методика обучения математическим и естественнонаучным дисциплинам инженерно-технических кадров.
Для достижения цели исследования и проверки гипотезы были поставлены следующие задачи:
-
Определить сущность математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе.
-
Обосновать сущность, структуру и функции электронной дидактической среды.
-
Выявить педагогический потенциал электронной дидактической среды в совершенствовании математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе.
-
Создать и экспериментально проверить модель электронной дидактической среды, обеспечивающей совершенствование математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе.
-
Разработать и апробировать методику обучения инженерно-технических кадров в вузе математическим и естественнонаучным дисциплинам в условиях электронной дидактической среды.
Методологической основой исследования являются:
– идеи системного подхода (В. Н. Садовский, А. И. Уемов, И. Т. Фролов, Э. Г. Юдин и др.) о целостном и комплексном влиянии среды образовательной направленности на процесс совершенствования математической и естественнонаучной подготовки студентов;
– положения средового подхода (В. А. Караковский, Ю. С. Мануйлов, Л. И. Новикова, Е. А. Ходырева, И. Д. Фрумин и др.) о создании среды как способа организации системы подготовки конкурентоспособных кадров, о целесообразности использования педагогического потенциала ближайшего окружения педагога и обучающегося, трактуемого как среда;
– идеи личностно-деятельностного подхода (А. А. Вербицкий, И. А. Зимняя, Н. В. Котряхов, А. Н. Леонтьев, С. Л. Рубинштейн и др.) о признании индивидуальности и самоценности каждого студента, максимальном обращении к его индивидуальному опыту, потребности в самоорганизации, самоопределении и саморазвитии и понимании анализа результата подготовки в виде интегративной системы действий;
– основания информационно-кибернетического подхода (А. А. Андреев, В. П. Беспалько, И. В. Красильникова, И. В. Роберт, А. В. Хуторской и др.) о необходимости анализа и управления информационными связями как между компонентами математической и естественнонаучной подготовки, так и между элементами электронной дидактической среды, определяющими непрерывность процесса математической и естественнонаучной подготовки студентов.
Теоретическую базу исследования составляют:
– работы, посвященные раскрытию характеристик математической и естественнонаучной подготовки (Л. Р. Загитова, Л. В. Медведева, Т. Н. Устюжанина, Л. Х. Чомаева, В. А. Шершнева и др.);
– исследования, объектом изучения которых явилась как комплексная система подготовки инженерно-технических кадров страны, так и её отдельные аспекты (О. В. Жуйкова, Л. Н. Журбенко, К. А. Климов, В. И. Муштаев, Н. И. Наумкин и др.);
– идеи проектирования дидактических систем нового поколения (Д. А. Крылов, Н. К. Нуриев, Э. Р. Хайруллина, М. А. Чошанов и др.)
– идеи информатизации и технологизации системы образования; её электронизации и компьютеризации (А. А. Андреев, В. П. Беспалько, В. А. Комелина,
A. Р. Майер, А. В. Хуторской и др.);
– работы, описывающие различные типы сред образовательной направленности
образовательных организаций (А. Х. Ардеев, В. А. Стародубцев, С. В. Тарасов,
B. А. Ясвин и др.);
– положения, раскрывающие дидактический потенциал новых образовательных
технологий – информационно-коммуникационных технологий, дистанционных образовательных технологий и технологий электронного обучения (В. А. Красильникова, Д. Н. Монахов, И. В. Роберт, А. В. Соловов и др.);
– идеи индивидуализации и дифференциации процесса обучения (М. А. Ахметов,
C. И. Осипова, Т. В. Соловьева, Е. А. Ходырева, И. Э. Унт и др.);
Для реализации поставленных задач и проверки выдвинутой гипотезы были
использованы следующие методы исследования: теоретические (изучение литературы по теме исследования, изучение и обобщение инновационного педагогического опыта математической и естественнонаучной подготовки студентов, анализ, синтез, систематизация, сравнение, классификация, моделирование и проектирование); эмпирические (анкетирование, тестирование, педагогический эксперимент; наблюдение, беседа, анализ продуктов учебной деятельности студентов); методы статистической обработки данных (критерий Фишера).
База исследования. Экспериментальная работа осуществлялась на базе Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего
образования «Вятский государственный университет», филиала Федерального государственного бюджетного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный индустриальный университет» в г. Кирове, а также нами был изучен опыт математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Вятская государственная сельскохозяйственная академия». В эксперименте приняли участие 429 студентов электротехнического, химического и автомобильного факультетов, преподаватели кафедр математических и естественнонаучных дисциплин, квалифицированные специалисты управления электронного образования Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Вятский государственный университет».
Организация и этапы исследования. Исследование проводилось с 2009 по 2015 г. и включало четыре последовательных этапа.
На первом этапе (2009 – 2010 гг.) осуществлялся теоретический анализ философской, психологической, педагогической и методической литературы по проблеме исследования; определялся понятийный аппарат; отбирались критерии, направленные на диагностику уровня математической и естественнонаучной подготовки студентов.
На втором этапе (2010 – 2012 гг.) была организована и проведена экспериментальная работа, связанная с созданием и внедрением в образовательную практику модели электронной дидактической среды, осуществлялась работа над её компонентами: контентным, технологическим, коммуникационным; также была разработана методика обучения математическим и естественнонаучным дисциплинам студентов в условиях электронной дидактической среды.
В ходе третьего этапа (2012 – 2014 гг.) была осуществлена проверка эффективности созданной модели электронной дидактической среды. С этой целью был проведен эксперимент, связанный с реализацией разработанной модели и методики обучения студентов электротехнического, химического и автомобильного факультетов математическим и естественнонаучным дисциплинам.
На четвертом этапе (2014 – 2015 гг.) анализировались, обобщались и оформлялись результаты экспериментальной работы и исследования в целом, определялась перспектива изучения исследуемой проблемы. На данном этапе систематизировались и обобщались полученные данные, осуществлялась их количественная и качественная интерпретация, оформлялись текст диссертации и автореферат.
Научная новизна исследования заключается в следующем:
- определена сущность математической и естественнонаучной подготовки
инженерно-технических кадров в вузе как целенаправленного, технологически и
методически обеспеченного процесса, характеризующегося последовательной
реализацией этапов адаптации, интенсификации, идентификации, направленного на
формирование у студентов кластера компетенций математического и
естественнонаучного содержания, структурированного в соответствии с
мотивационным, когнитивно-деятельностным, рефлексивным компонентами;
обоснована структурно-функциональная характеристика электронной дидактической среды;
выявлен педагогический потенциал электронной дидактической среды, представленный совокупностью следующих ресурсов: мотивационно-адаптивного, субъектного, интегративного, управленческого;
– разработана модель электронной дидактической среды, обеспечивающая
совершенствование математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе, включающая целевой, теоретико-методологический, содержательно-процессуальный, аналитико-результативный блоки;
– разработана методика обучения в электронной дидактической среде математическим и естественнонаучным дисциплинам инженерно-технических кадров в вузе, включающая модули: «Интеллектуальный пазл», «Занимательное моделирование», «Творческая лаборатория».
Теоретическая значимость исследования состоит в том, что:
обоснована целесообразность введения нового понятия «электронная дидактическая среда», дополняющего разделы теории педагогики, непосредственно изучающие возможности современных информационно-коммуникационных образовательных технологий в совершенствовании подготовки будущих специалистов;
предложено авторское определение «электронной дидактической среды», понимаемой как система взаимосвязанных компонентов, обеспечивающих в процессе взаимодействия субъектов процесса обучения реализацию организационно-стимулирующей, информативно-обучающей, диагностико-корректирующей и коммуникативно-управленческой функций;
выделена совокупность идей системного, средового, личностно-деятельностного, информационно-кибернетического подходов, выступающих методологическим основанием разработки и реализации модели электронной дидактической среды, способствующий совершенствованию математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе;
выявлен педагогический потенциал электронной дидактической среды, направленный на совершенствование математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе, выраженного совокупностью мотивационно-адаптивного, субъектного, интегративного, управленческого ресурсов.
Результаты исследования могут служить теоретической базой для дальнейшего исследования проблемы.
Практическая значимость исследования заключается в том, что содержащиеся в нем положения и выводы, разработанные автором, модель электронной дидактической среды, направленная на совершенствование математической и естественнонаучной подготовки будущих инженеров в вузе, и методика обучения студентов математическим и естественнонаучным дисциплинам в условиях электронной дидактической среды создают основу для научно-методического обеспечения математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров. Материалы исследования могут быть использованы в практике преподавания математических и естественнонаучных дисциплин в вузе, в системе подготовки и повышения квалификации инженерно-технических кадров.
Личный вклад соискателя состоит в осуществлении анализа проблемы совершенствования математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе, теоретической разработке основных положений исследуемой проблемы, создании модели электронной дидактической среды, разработке и апробации методики, включенности автора на всех этапах эксперимента, в интерпретации полученных данных, оформление текста диссертации, автореферата и 29 публикаций, 5 из которых – в изданиях, рекомендованных ВАК.
Достоверность и обоснованность выводов и результатов исследования
обеспечиваются выбранной методологической основой; анализом современных подходов к проблеме совершенствования математической и естественнонаучной
подготовки студентов; применением различных методов исследования, адекватных природе изучаемого феномена и соответствующих цели и задачам исследования; соблюдением требований технологии педагогического исследования; длительностью эксперимента; репрезентативностью экспериментальных данных; личным участием автора в экспериментальной работе.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись в процессе обсуждения основных положений и результатов исследования на методологических семинарах кафедры педагогики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Вятский государственный гуманитарный университет» 2010 – 2015 гг., кафедры высшей математики Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Вятский государственный университет» в 2010 – 2015 гг.; путем использования результатов исследования в преподавании курсов «Математика», «Высшая математика», «Физика»; посредством участия автора в научно-практических конференциях различного уровня:
– международных («Актуальные вопросы модернизации российского образования», Москва, 2011; «Новые технологии в образовании», Москва, 2011; Новые педагогические технологии», Москва, 2011; «Новые технологии в образовании», Таганрог, 2012; «Теория и практика образования в современном мире», Санкт-Петербург, 2012; «Актуальные проблемы педагогики и психологии», Новосибирск, 2012; «Информационные технологии в образовании и науке – ИТОН 2012», Казань, 2012; «Информатизация образования - 2012: педагогические основы разработки и использования электронных образовательных ресурсов, Минск, 2012; «Подготовка специалистов в системе непрерывного профессионального образования в условиях новых ФГОС: проблемы и перспективы», Киров, 2012; «Личность, семья и общество: вопросы педагогики и психологии», Новосибирск, 2013);
– всероссийских («Проблемы современного математического образования в вузах и школах России»: интерактивные формы обучения математике студентов и школьников, Киров, 2012; «Психолого-педагогические механизмы и средства формирования общекультурных, профессиональных и личностных компетентностей в условиях современных социокультурных изменений: теоретико-методологические и практико-ориентированный аспекты», Киров, 2012; «Педагогическое образование в системе гуманитарного знания», Киров, 2014; «Педагогическая поддержка детей и молодежи с ограниченными возможностями здоровья в условиях современной России: тенденции и опыт», Киров, 2014; «Электронная информационно-образовательная среда вуза: проблемы формирования, контекстного наполнения и функционирования», Киров, 2015;
– межрегиональной («Современные педагогические технологии в преподавании математики», Киров, 2014).
Материалы диссертационного исследования нашли отражение в публикациях автора.
На защиту выносятся следующие положения:
1. Математическая и естественнонаучная подготовка инженерно-технических кадров в вузе – это целенаправленный, технологически и методически обеспеченный процесс, характеризующийся последовательной реализацией этапов адаптации, интенсификации, идентификации, направленный на формирование у студентов кластера компетенций математического и естественнонаучного содержания, структурированный в соответствии с мотивационным, когнитивно-деятельностным, рефлексивным компонентами.
-
Электронная дидактическая среда – это система взаимосвязанных компонентов (контентного, коммуникационного, технологического), обеспечивающая реализацию организационно-стимулирующей, информативно-обучающей, диагностико-корректирующей и коммуникативно-управленческой функций во взаимодействии субъектов процесса обучения по освоению студентами образовательных программ. Электронная дидактическая среда обладает свойствами структурности, многоканальности, мультимедийности, адаптивности, открытости, технологичности, компенсаторности.
-
Педагогический потенциал электронной дидактической среды обеспечивает совершенствование математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе посредством использования совокупности следующих ресурсов:
мотивационно-адаптивного, предполагающего учет психофизиологических особенностей и индивидуальных характеристик студентов; создание стимулирующих ситуаций (ситуаций успеха, введение элементов состязательности и др.); обеспечение атмосферы сотрудничества и диалогового взаимодействия;
субъектного, предоставляющего право самостоятельного выбора студентом траектории обучения с её последующей корректировкой; направленного на активизацию учебно-познавательной деятельности посредством обеспечения профессиональной направленности обучения, использования технологий электронного обучения;
интегративного, обеспечивающего интеграцию содержания математических и естественнонаучных дисциплин с элементами профессионального знания на основе общности изучаемых понятий, межпредметных связей; интеграцию форм, методов взаимодействия субъектов процесса обучения;
управленческого, способствующего осуществлению оперативной обратной связи, обеспечивающего непрерывное педагогическое сопровождение аудиторной и внеаудиторной работы студентов.
4. Модель электронной дидактической среды обеспечивает совершенствование
математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в
вузе и включает следующие блоки:
целевой – отражает потребности современного общества в подготовке конкурентоспособных инженерно-технических кадров;
теоретико-методологический – определяет исходные теоретические основания, методологические подходы и принципы совершенствования подготовки будущих инженеров в электронной дидактической среде;
содержательно-процессуальный – устанавливает требования к содержательным, коммуникационным, технологическим характеристикам электронной дидактической среды;
аналитико-результативный – включает критерии, показатели сформированности выделенного кластера компетенций и средства их диагностики.
5. Совершенствование математической и естественнонаучной подготовки
инженерно-технических кадров обеспечивается реализацией в электронной
дидактической среде вуза авторской методики, представленной последовательно
реализуемыми модулями: «Интеллектуальный пазл», «Занимательное моделирование»,
«Творческая лаборатория».
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы (391 наименование), 10 приложений. Текст диссертации (объем основного текста 195 страниц) содержит 24 рисунка, 21 таблицу.
Электронная дидактическая среда как феномен педагогической науки
В условиях модернизации социально-экономического сектора страны проблема совершенствования подготовки будущих инженеров становится все более актуальной и требует глубокого переосмысления, как на теоретическом, так и на практическом уровне. Это обусловлено не только усложнением техники и развитием новых технологий, но и изменением структуры инженерно-технической деятельности и задач, решаемых в ней. В связи с этим возрастают требования, предъявляемые к уровню подготовки инженерно-технических кадров страны.
Образ инженера двадцать первого века складывается из таких составляющих, как профессиональная компетентность, уверенность в своих способностях, умение работать в команде, готовность принимать и реализовывать обоснованные решения в профессиональном плане и др. [231; 247; 248; 252; 286; 297].
Такой подход требует качественного пересмотра и совершенствования как содержательных, так и технологических компонентов системы подготовки будущих инженеров. Без серьезного повышения качества инженерно-технического образования и социального потенциала инженерных кадров, совершенствования структуры инженерной подготовки невозможно осуществить более быстрый и интенсивный научно-технический прогресс, масштабное внедрение и освоение новейших технологий [252, с. 5].
Рассматривая различные аспекты подготовки инженера в целом, исследователи отмечают е многокритериальность, вариативность и многокомпонентность. Многокритериальность определена существованием в педагогической науке и практике различных подходов к оценке качества подготовки современного инженера. Вариативность предусматривает реализацию разнообразных направлений и профилей системы подготовки. В настоящее время, согласно Приказу Министерства образования и науки РФ от 12 сентября 2013 г. № 1061 «Об утверждении перечней специальностей и направлений подготовки высшего образования» [251], подготовка инженерно-технических кадров в РФ осуществляется по 79 направлениям подготовки бакалавриата и магистратуры, а также по 45 специальностям подготовки высшего профессионального образования.
Многокомпонентность указывает на разносторонность системы подготовки инженерно-технических кадров в вузе. Объектом изучения психолого-педагогических исследований явились гуманитарная (Л. В. Нестерова [207] и др.); языковая (О. Н. Мусихина [197] и др.); социально-экономическая (Т. А. Молибог [191] и др.); информационная (М. Ю. Валеев [38]); информационно-компьютерная (К. А. Климов [124]); компьютерная (С. С. Ахтямова [18]); графическая (Т. А. Варенцова [39], А. Б. Пузанкова [255] и др.); математическая (И. Г. Михайлова [189], Л. Н. Трофимова [322] и др.) и естественнонаучная (В. А. Елисеев [83] и др.) составляющие. Согласно мнению экспертов в области инженерно-технического образования, все указанные компоненты являются значимыми и составляют основу профессиональной деятельности инженера.
Для целостного осмысления проблемы исследования, обратимся к анализу специфики инженерно-технической деятельности. Отметим, что в научной литературе встречаются различные подходы к определению ее сущности. Ведущим для нашего исследования является положение о том, что инженерная деятельность представляет собой синтез теоретико-исследовательской и технической деятельности. Такое понимание следует из того, что инженерная и техническая деятельность взаимосвязаны и взаимообусловлены. Сегодня развитие инженерной деятельности не представляется возможным без решения комплексных научно-технических задач, базирующихся на фундаментальных положениях математических и естественнонаучных дисциплин. В то же время, в исследованиях подчеркиваются различия между инженерной и технической деятельностью. Так, например, И. Д. Белоновская отмечает, что «инженерная деятельность предполагает регулярное применение научных знаний для создания искусственных технических систем, чем отличается от технической, которая основывается на практических навыках, догадке» [26]. Такая позиция складывается из понимания объекта инженерной деятельности – инженерной задачи, мыслимой как заданная в конкретных условиях цель опосредованного удовлетворения общественных потребностей путем создания и реализации знаковых моделей, технических объектов, технологий и организационно-технических решений [163; 174; 282].
Вышесказанное позволяет заключить, что инженерно-техническая деятельность связана с разработкой, конструированием, проектированием, изготовлением образцов, разработкой технологий и процессом производства. Глобальная цель инженерной деятельности состоит в принятии инженерно-технических, инженерно-управленческих, инженерно-экономических, инженерно-социальных решений по производству искусственной среды. Такой подход позволяет определить двунаправленный характер деятельности инженера: интеллектуальный и операционный. Первый предполагает оперирование образами, знаковыми моделями, анализ и оценку явлений и объектов, прогнозирование возможного результата. Операционный компонент включает в себя моделирование, инженерные расчеты, конструирование, разработку технологий, технических систем и эксплуатацию различных объектов. Помимо указанных выделяют еще один компонент инженерно-технической деятельности – творческий, который предполагает «деятельность в условиях недостаточной определенности цели, совершаемой по эвристическим алгоритмам…» [187; 199]. Творческий характер деятельности инженера проявляется в изобретении, в принятии инженерного решения, в процессе внедрения и функционирования новой техники и технологии.
Вышесказанное позволяет заключить, что интеллектуальная, операционная и творческая составляющие инженерно-технической деятельности требует развитого логического и критического мышления, сформированности умений работы с массивами данных, осуществления мыслительного и реального эксперимента, выдвижения гипотез, аргументации и доказательств. По мнению специалистов, способности к указанным действиям в рамках профессиональной подготовки следует формировать и развивать, начиная с первого курса, используя дидактический потенциал и функциональные возможности, прежде всего, математических и естественнонаучных дисциплин [33; 320; 347; 365; 379 и др.].
Анализ требований к результату обучения будущих инженеров, выдвинутых российскими и зарубежными специалистами, подтверждает вышеизложенную идею. Нами были рассмотрены требования, предъявляемые Ассоциацией Инженерного Образования (АИОР, Россия), Советом по аккредитации в области техники и технологий (Accreditation Board for Engineering and Technology, ABET, США), Инженерным Советом Канады, (Canadian Engineering Accreditation Board, CEAB), Японским Советом по аккредитации инженерного образования (Japan Accreditation Board for Engineering Education) [104; 297].
Анализ данных, а также интерпретация сущности Концепции CDIO – международного проекта по реформированию базового инженерного образования [49], ФГОС ВПО (ВО) для подготовки инженерно-технических кадров [329– 334], профессиограммы «Инженер» позволил сделать вывод о том, что знания, умения и способности, формируемые в ходе изучения математических и естественнонаучных дисциплин, являются необходимыми для профессионального становления будущих инженеров (рисунок 1).
Педагогический потенциал электронной дидактической среды в совершенствовании математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе
Для более полной характеристики исследуемого вопроса были рассмотрены нормативно-правовые основания [134; 135; 328 и др.] и изучены психолого-педагогические работы A. A. Андреева [8] , В. П. Беспалько [30], Л. Х. Зайнутди-новой [94], И. Г. Захаровой [96], Е. И. Масшбиц [176], В. М. Монахова [192], Е. С. Полат [241], И. В. Роберт [262], А. В. Соловова [302], A. B. Хуторского [351] и др. Анализ вышеуказанных источников позволил нам сделать следующие выводы.
Во-первых, поиск более эффективных методов и средств обучения является одним из ведущих направлений совершенствования сферы образования в целом и подготовки специалистов в частности. Во-вторых, использование информационно-коммуникационных технологий, дистанционных образовательных технологий и технологий электронного обучения позволяет интенсифицировать процесс обучения, способствует его индивидуализации и дифференциации. Как справедливо отмечает А. И. Яковлев, внедрение информационно-коммуникационных технологий, «существенным образом ускоряет передачу знаний, накопленного технологического и социального опыта человечества не только от поколения к поколению, но и от одного человека к другому» [380]. Кроме того, ряд авторов подчеркивают повышение эффективности процесса обучения за счет гибкости и мультимедийности технологий, открытости и индивидуализации образовательного процесса, изменения характера деятельности как студентов, так и преподавателей. Так, например, И. Г. Захарова акцентирует внимание на интенсификации и актуализации учебно-воспитательного процесса при использовании информационных технологий. По мнению автора, они обеспечивают решение следующих задач: выявление и использование стимулов активизации познавательной деятельности; углубление межпредметных связей при решении задач из различных предметных областей; активное участие обучающегося в проектировании и дальнейшей реализации его образовательной траектории [96]. Вслед за учеными В. А. Красильниковой, И. В. Роберт, А. В. Солововым и др. полагаем, что применение компьютера в образовательном процессе будет способствовать повышению его эффективности при сочетании различных технологий.
Осмысление вышесказанного позволяет заключить, что электронизация, информатизация, компьютеризация сферы образования, его медиатизация и виртуализация явились системообразующими факторами для понимания и развития концептуальных положений электронного обучения.
Под электронным обучением сегодня понимается организация образовательной деятельности с применением содержащейся в базах данных и используемой при реализации образовательных программ информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий, технических средств, а также информационно-телекоммуникационных сетей, обеспечивающих передачу по линиям связи указанной информации, взаимодействие обучающихся и педагогических работников [328]. Наряду с указанным понятием в литературе встречаются его аналоги «e-learning» («e-Learning»), «e-education» и др. Отсутствие однозначного подхода к терминологии является одной из ключевых проблем теории электронного обучения. Наиболее обобщенная позиция по этому вопросу представлена коллективом ученых-исследователей Каталонского университета. В частности выделены следующие подходы к пониманию сущности электронного обучения [311; 377]: - электронное обучение как технология - использование новых технологий мультимедиа и сети Интернет для повышения качества обучения посредством облегчения доступа к ресурсам, удаленного обмена и сотрудничества; - электронное обучение как система доставки контента - применение широкого набора программ и приложений, предназначенных для «доставки» профессионального образования до потребителя; - электронное обучение как ориентация на коммуникации - осуществление образовательного диалога с помощью современных средств коммуникации; - электронное обучение как образовательная парадигма - реализация инновационного подхода к процессу обучения, предполагающего создание интерактивной открытой среды образовательной направленности на основе использования ресурсов различных цифровых технологий.
Четвертый подход к определению понятия «электронное обучение» интегрирует вышеизложенные позиции и является наиболее близким для нас, так как отражает специфику и проблему исследования.
Интеграция электронного обучения в международную образовательную практику обусловила ориентацию ведущих мировых университетов на активное использование технологий электронного обучения и создание открытых электронных курсов. Примером могут послужить следующие: MOOC (Massive Оpen Оnline Сourse), Coursera, Универсариум и др. К числу эффективных проектов в области электронного образования относятся Digital Britain, Degreed, Global Education, Second Life и др.
Вместе с тем, как было отмечено выше, внедрение электронного обучения в сферу образования характеризуется недостаточной теоретической разработанностью и отсутствием комплексного методического обеспечения. В связи с этим возникают и развиваются новые разделы педагогической науки, такие, как информационная дидактика (О. В. Романова [310] и др.); компьютерная дидактика (Е. В. Оспенникова [222], А. В. Смирнов [344] и др.); дидактика мультимедиа (Е. В. Оcпенникова [222, с. 37] и др.); электронная дидактика (А. А. Андреев [7,8], Н. Е. Бекетова [25], Е. В. Ширшов [367]); e-дидактика (М. А. Чошанов [359], G. D Angelo [388] и др.).
Предметом исследования указанных разделов выступают среды образовательной направленности, созданные при помощи использования информационно-коммуникационных технологий, дистанционных образовательных технологий и технологий электронного обучения.
В психолого-педагогической литературе описаны следующие типы сред, созданные и функционирующие на основе указанных технологий: «информационно-образовательная среда», «адаптивная образовательная среда», «электронная образовательная среда», «электронная информационно-образовательная среда», «мультимедийная образовательная среда», «виртуальная образовательная среда» и др. Многообразие представленных понятий порождает дискуссию: являются ли указанные определения синонимами? Как отмечалась выше, в силу новизны рассматриваемой области дидактики и неоднозначности категориального аппарата, единой точки зрения по этому вопросу не существует. В соответствии с этим нами были проанализированы более двух десятков определений (Приложение №5), которые позволили сделать вывод о том, что исследуемые понятия имеют разные смысловые оттенки. Укажем на специфические особенности каждого из представленных понятий
Реализация модели электронной дидактической среды в условиях математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в вузе
Многообразие применяемых методов, форм и средств обучения во многом обусловлено свойствами структурности, многоканальности, мультимедийности, адаптивности, открытости, технологичности, компенсаторности электронной дидактической среды.
Методы обучения. Опираясь на классификацию методов обучения, предложенную И. Я. Лернером [161] и М. Н. Скаткиным [290], принимая во внимание специфику учебно-познавательной деятельности студентов в электронной дидактической среде, а также учитывая разработанное содержательное наполнение, мы пришли к следующему выводу. Основными методами обучения в электронной дидактической среде являются объяснительно-иллюстративный, проблемный, частично-поисковый и исследовательский.
Формы обучения. Изучая классификацию форм обучения в вузе, отметим, что помимо традиционных форм обучения (лекция, семинарские, практические, лабораторные занятия) в электронной дидактической среде становится возможным реализовать и другие формы организации учебно-познавательной деятельности (например, видеолекция, вебинар, форум, чат и др.). Рассмотрим их сущность и специфику более подробно.
Видеолекция направлена на формирование ориентировочной основы для последующего усвоения студентами учебного материала; реализует информацион 124 но-мотивационную, организационно-ориентационную, обучающую функции. Структура видеолекции должна отвечать принципам логичности и последовательности; ее содержание – проблемности, наглядности, научности, систематичности и доступности. Этапы видеолекции: введение, основная часть, заключение. На первом этапе происходит формулирование цели и задач лекции, излагается план лекции, осуществляется мотивация обучающихся посредством актуализации ранее изученного материала, необходимости исследования вопроса в науке и практике, демонстрация проблемной ситуации и т.д.
На следующем этапе раскрывается сущность основных понятий, излагаются основные теоретические положения, демонстрируется связь теоретических положений с реальной деятельностью будущего инженера.
Следует отметить, что для наиболее эффективного восприятия информации и запоминания математических, физических, химических формул и выражений, рекомендуется использовать различные графические изображения, компьютерную анимацию, совмещение информации с закадровым комментарием лектора, объемные виртуальные модели и т.д.
На последнем этапе происходит формулирование вывода, ориентация студентов на организацию самостоятельной работы по изложенной проблеме.
Выделяют два основных вида видеолекции: видеолекция в записи и видеолекция в реальном времени. Видеолекция в записи – это записанная лекция преподавателя, дополненная мультимедиа-приложениями. Несомненным достоинством такого способа изложения теоретического материала является возможность прослушать лекцию в любое удобное время, повторно обращаясь к наиболее сложным для восприятия вопросам [11]. Видеолекция в реальном режиме времени – это видеодиалог преподавателя и слушателя [25], происходящий в реальном времени и позволяющий осуществлять «живое» общение в процессе обучения.
Опыт использования видеолекций в математической и естественнонаучной подготовке инженерно-технических кадров позволил нам выделить ее основные возможности: - демонстрация различных опытов, проведение которых в условиях реального учебного эксперимента затруднено или является невозможным; - презентация современных технологий и технологических процессов, реализуемых на реальных производственных предприятиях; - иллюстрация физических, математических, химических моделей. Вышеперечисленные возможности обеспечиваются и в рамках проведения вебинаров. Вебинар (от англ. «webinar», сокр. от «web-based seminar») - онлайн-семинар, лекция, курс, презентация, организованный при помощи web-технологий в режиме прямой трансляции [192]. В форме вебинаров могут быть проведены онлайн-конференции, виртуальные презентации, консультации и др.
Система «чат» используется для организации дискуссий и бесед в режиме реального времени. Это позволяет обсуждать проблему коллективно и в то же время учитывать индивидуальное мнение каждого субъекта.
Форум также применяется для организации дискуссии, обеспечивает возможность несинхронного общения участников. Вопросы для форума должны носить проблемный или эвристический характер, побуждать к поисковой активности и взаимодействию.
Средства обучения. К средствам обучения, используемым в процессе математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в электронной дидактической среде, мы относим следующие: образовательные сайты и порталы, учебно-информационные аудио- и видеоматериалы, автоматизированные системы сетевого тестирования, средства коммуникации, моделирующие программные средства, электронные библиотеки с удаленным доступом и др.
При таком подходе одной из главных задач педагога является рациональный выбор предлагаемых методов, форм и средств обучения, применение которых зависит от уровня и направления подготовки студентов, изучаемого материала и т.д.
Рассмотрев контент электронной дидактической среды; возможные методы, формы и средства обучения будущих инженеров математическим и естественнонаучным дисциплинам, обратимся к процессуальному аспекту реализации предлагаемой модели. Охарактеризуем особенности взаимодействия студентов и преподавателей в условиях среды.
С этой целью нами была разработана методика обучения инженерно-технических кадров в вузе математическим и естественнонаучным дисциплинам в электронной дидактической среде. Авторская методика представлена следующими модулями: «Интеллектуальный пазл», «Занимательное моделирование», «Творческая лаборатория». Отметим, что содержательное наполнение каждого модуля соответствует требования ФГОС ВПО (ВО), включает выше описанные кейсы и разноуровневые задания. Реализация методики соотносится с выделенными в ходе исследования этапами математической и естественнонаучной подготовки (адаптации, интенсификации и идентификации). Отметим, что подробное описание апробации методики обучения математическим и естественнонаучным дисциплинам будущих инженеров вузе в условиях электронной дидактической среды раскрыто во втором параграфе текущей главы. Ниже представлена краткая характеристика каждого модуля методики.
Модуль «Интеллектуальный пазл» предполагает реализацию следующих задач: выявление уровня мотивации студентов к изучению математических и естественнонаучных дисциплин и получению будущей профессии; определение исходного уровня математической и естественнонаучной подготовки; выявление «барьерных» механизмов в изучении математических и естественнонаучных дисциплин; диагностирование сформированности навыков самоорганизации, самоконтроля и рефлексии.
Оценка эффективности экспериментальной работы по совершенствованию математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров в электронной дидактической среде
Так как срэмп попало в зону «незначимости различий», то считаем, что на 5% уровне значимости нет оснований для отвержения гипотезы #а. Это означает, что на 5% уровне значимости доля студентов «с эффектом» в первой выборке (контрольной группе) не больше, чем во второй выборке (экспериментальной группе). Следовательно, с достоверностью 0,95 можно утверждать, что не имеется статистически достоверных различий между процентными долями двух выборок по уровню сформированности рефлексивного компонента на начало экспериментальной работы.
Таким образом, вышеизложенное теоретическое обоснование позволяет сделать вывод об однородности выборок контрольной и экспериментальной групп.
Для проведения текущей диагностики сформированности уровня компонентов (мотивационного, когнитивно-деятельностного, рефлексивного) были подготовлены необходимые диагностические материалы.
Отметим, что структура мотивации учебной деятельности у студентов не является статичной, а изменяется в течение всего цикла обучения. Вопрос изучения динамики мотивации субъектов подготовки является важным с учетом следующей позиции. Эффективность образовательной деятельности оценивается не только посредством продуктивности (достижения результата), но и степенью удовлетворенности всех участников процесса.
Поэтому для диагностики развития мотивационной сферы студентов, помимо используемых методик, были разработаны опросники, включающие в себя несколько вопросов открытого типа. Разработанные опросники содержали вопросы, предназначенные для определения ожидаемых результатов в ходе математической и естественнонаучной подготовки; разделов соответсвующей предметной области, в изучении которых студент был наиболее заинтересован, и разделов, изучение которых вызвало наибольшие затруднения; навыков, сформированных у студента в ходе математической и естественнонаучной подготовки и т.д.
В ходе исследования нам удалось выявить следующую тенденцию изменения отношения студентов к изучению математических и естественнонаучных дисциплин в вузе. Если на констатирующем этапе большинство студентов не воспринимали указанные дисциплины как профессионально значимые, не видели потенциала использования математических методов в решении прикладных задач, то на формирующем этапе эксперимента наблюдалась положительная динамика в осознании ценности математики, физики, химии в качестве ключевых дисциплин в подготовке инженерно-технических кадров.
На формирующем этапе эксперимента помимо бесед и анкетирования студентов было проведено интервьюирование преподавателей с целью систематизации информации по следующим направлениям: трудности, возникающие в процессе математической и естественнонаучной подготовки; возможности использования потенциала электронной дидактической среды в образовательной практике.
Преподавателями был отмечен ряд положительных сторон внедрения электронной дидактической среды: возможность наглядного представления данных, визуализация полученной информации различными способами; разнообразие предъявления учебной информации, повышение информационной культуры студентов, расширение набора применяемых учебных задач; повышение самостоятельной активности студентов; возможность осуществления контроля над выполнением задания каждого студента; индивидуализация обучения. Высказанные преподавателями замечания и пожелания позволили скорректировать процесс организации математической и естественнонаучной подготовки будущих инженеров в электронной дидактической среде.
Для анализа динамики сформированности когнитивного компонента требовались материалы, позволяющие определить степень овладения студентами способностью выявить естественнонаучную и математическую сущность проблемной ситуации, умением анализировать полученный результат, осуществлять оценку и прогноз возможных последствий, корректного выражения и аргументированного обоснования своей точки зрения по вопросам математического и естественнонаучного содержания. Решение указанной задачи становится возможным, только если студент имеет систематическое представление об основных сущностях профессиональной области, осознает значимость изучаемых дисциплин в своей профессиональной деятельности. Для осуществления текущей диагностики использовались бумажные и электронные анкеты и опросы, тематические опросы и предлагались разноуровневые задачи.
Кроме того нами были изучены и проанализированы сведения об успеваемости студентов, результаты контрольных работ, осуществлены наблюдения за текущей учебной деятельностью студентов.
Для изучения рефлексивного компонента в ходе текущей диагностики мы использовали опросник по выявлению рефлексивной самооценки целей, результатов и способов обучения: удовлетворенность содержанием и результатами обучения, осознания возможностей самообучения с помощью электронной дидактической среды.
С целью оценки эффективности экспериментальной работы информация, полученная в ходе проведения стартовой и текущей диагностики, была сопоставлена с данными итоговой диагностики. Понимая под результатами математической и естественнонаучной подготовки инженерно-технических кадров сформированный кластер компетенций, проведем статистический анализ уровня сформи-рованности каждого из компонентов выделенного в ходе исследования кластера.