Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Междисциплинарный подход и особенности его реализации при обучении математике студентов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки
1.1. Основные направления и тенденции развития высшего профессионального образования 10
1.2. Междисциплинарные связи как дидактический принцип обучения 23
1.3. Реализация междисциплинарного подхода на основе межпредметных связей в процессе обучения математике 35
1.4. Осуществление профессиональной направленности обучения при
реализации междисциплинарного подхода через прикладные задачи 44
Выводы к главе I 63
Глава II. Теоретические и практические основы конструирования курса «Математика» бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки на основе междисциплинарного подхода
2.1. Отбор содержания курса «Математика» на основе междисциплинарного подхода 66
2.2. Реализация междисциплинарного подхода при обучении математике студентов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки 88
2.3. Экспериментальное исследование эффективности обучения математике студентов бакалавриата химических направлений подготовки при реализации междисциплинарного подхода 111
Выводы к главе II 138
Заключение 142
Библиография 143
Приложения 157
- Основные направления и тенденции развития высшего профессионального образования
- Междисциплинарные связи как дидактический принцип обучения
- Отбор содержания курса «Математика» на основе междисциплинарного подхода
Введение к работе
Рост интеллектуализации труда и общество, отвечающее запросам человека, требует подготовки специалистов качественно нового уровня. Выпускник вуза любой специальности должен иметь четкие представления о значимости той или иной науки в предстоящей трудовой деятельности и уметь интегрировать и переносить достижения различных областей знаний в свою профессию и применять их. Для студентов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки должен быть разработан и внедрен подход к изучению курса «Математика», демонстрирующий связь математики и дисциплин профессионального цикла, показывающий целостность науки и ее фундаментальность, ориентирующий не на запоминание отдельных фактов, а на понимание процессов, происходящих в окружающем мире.
Актуальность темы исследования. Важнейшими функциями математики как фундаментальной науки являются создание теоретической научной базы знаний для успешного овладения дисциплинами профессионального цикла и формирование у студентов мышления, при котором осуществляется целостный подход к изучаемому предмету как к системе, состоящей из множества взаимосвязанных элементов.
Формирование такого мышления возможно на основе системного рассмотрения теоретического математического материала и использования междисциплинарного подхода, реализующего связь математики с другими учебными дисциплинами, необходимыми студентам в их будущей профессиональной деятельности.
Проблемами повышения эффективности обучения математике в вузе занимались В.Н.Козлов, Л.Д.Кудрявцев, В.А.Кузнецова, Г.Л.Луканкин, В.Н.Монахов, А.Г.Мордкович, В.Т.Петрова, Е.И.Смирнов, А.Г.Солонина, Н.Л.Стефанова, Г.Г.Хамов, А.В.Ястребов. Эти авторы рассматривают обучение математике студентов математических и инженерно-технических факультетов. Проблемой межпредметных связей как общей дидактической проблемой занимались: И.Д.Зверев, Д.М.Кирюшкин, Г.И.Кутузова,
4 В.Н.Максимова, М.Н.Скаткин, В.Н.Федорова. В исследованиях И.Д.Зверева, В.Н.Максимовой, Е.Е.Минченкова, М.Н.Скаткина и других межпредметные связи выступают как одно из основных условий обучения и формирования системного мышления. Проблемой межпредметных связей математики и химии занимались Т.К.Александрова, МЛ.Голобородько, В.Г.Скатецкий; математики и физики— В.М.Монахов; математики и биологии — В.Н.Максимова. Большинство рассматриваемых работ описывают межпредметные связи в школьных курсах учебных дисциплин.
Актуальность использования междисциплинарного подхода при обучении в вузе обусловлена современным уровнем развития науки, на котором ярко выражена интеграция естественнонаучных знаний. Интеграция научных знаний предъявляет новые требования к специалистам. Возрастает роль знаний и умений человека в областях, смежных с основной специальностью. С введением Федеральных государственных образовательных стандартов нового поколения и уровневой модели высшего профессионального образования необходимо создавать условия для качественной подготовки студентов всех уровней обучения.
Использование междисциплинарного подхода при обучении студентов бакалавриата вызывает ряд затруднений: как организовать познавательную деятельность обучающихся, чтобы они хотели и умели устанавливать связи между разными учебными дисциплинами; как вызвать познавательный интерес к различным вопросам науки? Возникает противоречие между необходимостью использовать междисциплинарный подход в обучении математике студентов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки и отсутствием разработанных методических рекомендаций по его реализации в высшей школе.
Проблема исследования: выявление условий организации процесса обучения математике, обеспечивающих реализацию способности студентов устанавливать и использовать междисциплинарные связи между математикой и дисциплинами профессионального цикла.
Цель исследования: научное обоснование повышения эффективности обучения математике студентов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки на основе междисциплинарного подхода.
Объектом исследования является процесс обучения математике студентов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки.
Предметом исследования являются междисциплинарные связи между математикой и дисциплинами профессионального цикла и их отражение в содержании обучения математике студентов бакалавриата естественнонаучных направлений (на примере химических направлений подготовки).
Гипотеза исследования: если в основу конструирования содержания
курса «Математика» бакалавриата естественнонаучных направлений подго
товки положить междисциплинарный подход и соответственно ему структу
рированный материал, то это позволит повысить качество математической
подготовки студентов, дополнив ее: *
1) представлением о видах междисциплинарных связей между математи
кой и дисциплинами профессионального цикла;
умением применять установленные междисциплинарные связи при решении и конструировании прикладных задач в профессиональной области; ':
повышением мотивации и активизацией учебно-познавательной деятельности студентов.
Задачи исследования:
на основе анализа методической, педагогической и психологической литературы обосновать актуальность обучения математике студентов бакалавриата естественонаучных направлений подготовки на основе междисциплинарного подхода;
разработать основу конструирования содержания курса «Математика» бакалавриата естественнонаучных направлений на основе междисциплинарного подхода на примере обучения математике студентов бакалавриата химических направлений подготовки;
осуществить экспериментальную проверку эффективности применения междисциплинарного подхода при обучении математике студентов бакалавриата химических направлений подготовки. Научная новизна заключается в том, что:
-сформулированы и обоснованы новые подходы к конструированию междисциплинарного содержания курса «Математика», изучаемого студентами бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки;
- разработана и научно обоснована методика обучения приёмам выявления междисциплинарных связей, позволяющая сформировать представления о видах междисциплинарных связей между математикой и основными блоками содержания дисциплин профессионального цикла и умения применять установленные междисциплинарные связи при решении и конструировании прикладных задач в профессиональной области.
Научная новизна достигнута использованием междисциплинарного г. подхода в новой области: вариативный компонент подготовки бакалавров в многоуровневой системе высшего профессионального образования.
Теоретическая значимость исследования состоит в дополнении теории и методики профессионального образования:
научным обоснованием эффективности обучения математике студен- " тов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки на основе междисциплинарного подхода;
моделью конструирования междисциплинарного содержания курса «Математика» для студентов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки.
Практическая значимость исследования заключается в возможности повышения качества подготовки выпускников бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки на основе внедрения в курс математики междисциплинарного подхода, способствующего формированию умения применять междисциплинарные связи в прикладных задачах профессиональной области, а также повышающего мотивацию студентов к активной учебно-
7 познавательной деятельности.
Разработанная методика реализации междисциплинарного подхода в содержании курса «Математика» для бакалавриата химических направлений подготовки может применяться в учебных пособиях и дидактических материалах, в тематиках курсовых и научно-исследовательских работ, а также при обучении студентов бакалавриата разных естественнонаучных направлений подготовки.
Методологической основой исследования послужили основные положения системного подхода к обучению (З.А.Решетова, О.С.Зайцев, А.А.Буданова), теория поэтапного формирования умственных действий (П.Я.Гальперин, Н.Ф.Талызина), теория познания (Б.М.Кедров, П.В.Копнин, В.А.Лекторский) и работы по проблеме использования в обучении межпредметных связей (И.Д.Зверев, В.Н.Максимова, М.Н.Скаткин, Е.Е.Минченков и другие).
При решении поставленных задач использовались следующие методы исследования: анализ психолого-педагогической и методической литературы по проблеме исследования; анализ содержания учебной программы по математике и специальной учебной литературы; анкетирование студентов и преподавателей, наблюдение за студентами в учебном процессе; проведение констатирующего и формирующего педагогического эксперимента.
Исследование проводилось в три этапа.
На первом этапе (2002-2004 гг.) определены цели и задачи исследования, проведен анализ методической, учебной и научной литературы по теме исследования.
На втором этапе (2004-2007 гг.) разработан и экспериментально проверен метод конструирования междисциплинарного содержания курса «Математика» на основе системы изучаемой студентами науки; проведен констатирующий эксперимент по выявлению исходного уровня знаний студентов I и IV курсов бакалавриата по направлению подготовки 020100 Химия;Российского государственного педагогического университета им. А.И.Герцена; экс-
8 периментально проверена эффективность предложенного метода.
На третьем этапе (2007-2010 гг.) продолжена экспериментальная проверка реализации междисциплинарного подхода при обучении математике; в ходе педагогического исследования изучена эффективность усвоения математических знаний студентами бакалавриата по направлению подготовки Химия; проведен качественный и количественный анализ результатов исследования.
Достоверность результатов и выводов педагогического исследования обеспечена системным анализом методической, учебной и научной литературы; результатами опытной работы в условиях предложенной организации учебного процесса; применением различных методов обработки результатов педагогического исследования и полученными эмпирическими данными, подтверждающими гипотезу; результатами апробации в научно-педагогической среде.
Апробация работы осуществлялась в ходе обучения математике студентов бакалавриата по направлению подготовки Химия Российского государственного педагогического университета им. А.И.Герцена в течение 2003-2009 гг. Результаты исследования докладывались и обсуждались на методологических семинарах кафедры методики обучения математике и кафедры прикладной математики РГПУ им. А.И. Герцена, Вторых Колмогоровских чтениях (Ярославль, 2004), расширенного заседания кафедры математики с участием членов методического совета Института международных образовательных программ Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии и пяти приложений. На защиту выносятся следующие положения:
1. Специальным образом организованное обучение математике студентов бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки на основе междисциплинарного подхода формирует умение применять междисципли-
9 нарные связи между математикой и дисциплинами профессионального цикла при решении прикладных задач в профессиональной области.
Модель конструирования содержания курса «Математика» бакалавриата естественнонаучных направлений подготовки, которая содержит междисциплинарные связи между математикой и дисциплинами профессионального цикла и отражает эти связи в содержании обучения математике.
Междисциплинарный компонент содержания курса «Математика» способствует повышению качества математической подготовки студентов бакалавриата химических направлений подготовки, что заключается в:
сформированности представления о видах междисциплинарных связей между математикой и дисциплинами профессионального цикла;
умении применять установленные междисциплинарные связи при решении и конструировании прикладных задач в профессиональной области;
повышении мотивации и активизации учебно-познавательной деятельности студентов.
Основные направления и тенденции развития высшего профессионального образования
Место профессионального образования в жизни общества во многом определяется той ролью, которую играют в общественном развитии знания людей, их опыт, умения, навыки, возможности развития профессиональных и личностных качеств. Эта роль стала возрастать во второй половине 20 века, принципиально изменившись в его последние десятилетия. Информационная революция и формирование нового типа общественного устройства - информационного общества - выдвигают информацию и знание на первый план социального и экономического развития. Изменения в сфере образования неразрывно связаны с процессами, происходящими в социально-политической и экономической жизни мирового сообщества.
По мере общественного развития в качестве источника прибыли все чаще выступают знания, инновации и способы их практического применения. То, что знание начинает занимать ключевые позиции в экономическом развитии, радикально изменяет место образования в структуре общественной жизни, соотношение таких ее сфер, как образование и экономика. Приобретение новых знаний, умений, навыков, утверждение ориентации на их обновление и развитие становятся фундаментальными характеристиками работников в постиндустриальной экономике.
Новый тип экономического развития, утверждающийся в информационном обществе, вызывает необходимость для работников несколько раз в течение жизни менять профессию, постоянно повышать свою квалификацию. Сфера образования существенно пересекается в информационном обществе с экономической сферой жизни общества, а образовательная деятельность становится важнейшей компонентой экономического развития.
Выпускнику современной школы нужны не сумма предметных знаний и умений, а способности к их получению; не исполнительность, а инициатива и самостоятельность. Саморазвитию научить нельзя - эта способность не передается. Но педагог может создать условия для «выращивания» этой способности. Умение создать такие условия становится профессиональным требованием к педагогу. Для реализации новых целей образования нужен новый учитель - педагог-профессионал. Педагог-профессионал - это уже не транслятор предметных знаний, он становится организатором учебной работы по решению творческих задач, многоплановой социально значимой деятельности молодого поколения.
Высшая школа занимает ведущее место в системе непрерывного образования. Она прямо и опосредованно связана с экономикой, наукой, технологией и культурой общества в целом. Поэтому ее развитие является важной составной частью стратегии общего национального развития. Нельзя не признать, что при бесспорных достижениях в развитии высшей школы, качество наших специалистов не отвечает современным требованиям. Об этом свидетельствует тот факт, что располагая одним из крупнейших в мире инженерным корпусом, мы значительно отстаем по качеству продукции, по средней производительности общественного труда, от наивысшего уровня, достигнутого в мире. Это обусловлено во многом квалификацией специалистов. У нас избыток специалистов с дипломами и недостаток кадров, способных на высоком профессиональном уровне решать сложные современные задачи.
На современном этапе развития нашего общества и системы образования как одного из его важнейших социальных институтов неуклонно возрастает потребность в компетентных специалистах с творческим складом ума, способных находить новые пути и методы в науке, технике, экономике, управлении.
Известно, что требования к подготовке специалиста должны формулироваться вне системы образования. Они исходят из общих экономических и общественных целей государства. Умение предвосхищать и предвидеть, раз 12 витие высшего профессионального образования - одно из важнейших условий успешности его функционирования. Научное предвидение возможно постольку, поскольку будущее рассматривается как продолжение прошлого. Но требование к специалисту, содержанию и процессу его подготовки должны носить опережающий характер по сравнению со сложившейся теорией и практикой.
Главная цель проектирования квалификационных требований - обеспечение соответствия между изменениями личностных, общественных потребностей и перспективами развития науки, техники, экономики, культуры и отражением их в целях и содержании подготовки. На данном этапе развития системы высшего профессионального образования в разработке Федеральных государственных образовательных стандартов третьего поколения использован компетентностный подход.
Главная идея компетентностного подхода: рынок труда должен получать (а вузы должны выпускать) компетентных специалистов. Здесь компетентность - умение вести определенную деятельность в соответствии с заданными требованиями. Компетентность базируется на освоенных знаниях, умениях и навыках, предшествующем опыте профессиональной деятельности. Компетентность формируется, развивается и совершенствуется в процессе освоения и осуществления профессиональной деятельности [5, с. 12].
Междисциплинарные связи как дидактический принцип обучения
Вхождение России в мировое образовательное пространство требует учета мировых тенденций в образовании. В «Психолого-дидактическом справочнике преподавателя высшей школы» [94] приводятся следующие данные: главными критериями, определяющими объем общеинженерных дисциплин в вузах США, является их тесная связь с фундаментальными научными курсами и междисциплинарный подход к изучению материала. По сведениям, полученным этими же авторами на основе анализа педагогической литературы Германии, одной из важнейших тенденций совершенствования высшего образования является расширение возможностей участия студентов в междисциплинарной научной деятельности. Для большинства инженерных вузов Франции традиционной является тенденция подготовки инженеров широкого профиля, основу которой составляет принцип меж-дисциплинарности в обучении. Структуру учебных программ вузов Японии обеспечивают учебные планы, составленные на междисциплинарной основе. Одной из ведущих тенденций высшего образования в разных странах является конструирование базового образования за счет увеличения объема учебных часов, отводимых на ядро общего образования (математику, естественнонаучные дисциплины, информатику) и изменение образовательных систем в сторону универсализации специалиста, фундаментальной подготовки, что требует междисциплинарного подхода к обучению. Инновационные технологии проектирования содержания высшего образования в этих странах направлены на интеграцию знаний, приобретенных в ходе изучения дисциплин и создающих предпосылки для проблемно-модульного и междисципли-нарного характера изучения ряда дисциплин [94, с. 139-155].
Понятие «междисциплинарные связи» в дидактике не является новым. Особенно детально и всесторонне изучались междисциплинарные связи в системе среднего образования. Идея использования междисциплинарных связей проистекает из понимания учеными и преподавателями-практиками необходимости формировать у учащихся системные знания, системное представление о мире, в котором все взаимосвязано. Именно в этом видят ведущую роль междисциплинарных связей Я.А. Каменский, И.Г. Песталоцци, А. Дистервег, К.Д. Ушинский. К.Д. Ушинский подчеркивал, что, если учащийся не видит общего в разных учебных предметах, а получает знания обособленно, то они «лежат в голове, как на кладбище, не зная о существования друг друга» [117, с. 177]. Требования реализации междисциплинарных связей возникло из-за необходимости отразить в содержании учебных дисциплин целостную научную картину мира, те диалектические взаимосвязи, которые объективно действуют в природе и познаются науками; сформировать у учащихся целостные представления об окружающем мире на основе общих понятий, теорий, законов. Объективно междисциплинарные связи отражают синтез научных знаний, интеграцию наук, т. е. те процессы, которые лежат в основе развития современной структуры научного познания мира. Однако до настоящего времени дискуссионным остается вопрос о том, что представляют собой междисциплинарные связи. Одни ученые рассматривают это понятие как компонент принципа преемственности [11], другие — как средство, реализации в учебном процессе интегративного подхода [93], третьи утверждают, что междисциплинарные связи входят как необходимый компонент в содержание принципа системности обучения [43, 130]. Авторы коллективной монографии «Межпредметные связи естественно-математических дисциплин» считают, что междисциплинарные связи нельзя отнести к принципам обучения, а следует рассматривать только как «дидактическое условие совершенствования естественнонаучного образования» [80, с. 27-29].
Современную историю развития междисциплинарных связей можно условно разделить на три периода.
Первый период (20 - 30-е годы XX века), когда в России была внедрена комплексная программа обучения, в соответствии с которой междисциплинарные связи осуществлялись по трем направлениям: «Природа», «Общество», «Труд». Но недостатком этой комплексной программы является полное отрицание учебных предметов. В связи с этим перед учеными возник вопрос о том, как увязать преподавание отдельных дисциплин с формированием единой системы знаний.
Отбор содержания курса «Математика» на основе междисциплинарного подхода
Задача совершенствования процесса обучения всегда актуальна для преподавателя любой учебной дисциплины. Необходимо, чтобы обучение всегда соответствовало социальному заказу общества, изменение которого в связи с развитием науки, техники и производства должно учитываться в теории и методике обучения.
Междисциплинарный подход разрешает существующее в предметной системе обучения противоречие между разрозненным по предметам усвоением знаний обучающимися и необходимостью их синтеза, комплексного применения в практике, трудовой деятельности и жизни человека. Умение комплексного применения знаний, их синтеза, переноса идей и методов из одной науки в другую лежит в основе творческого подхода к деятельности человека в современных условиях научно-технического прогресса. Вооружение такими умениями - актуальная задача средней и высшей школы, диктуемая тенденциями интеграции в науке и решаемая с помощью междисциплинарного подхода.
Основная цель естественных наук - познание объективно действующих в природе взаимосвязей, являющихся всеобъемлющим законом диалектики природы. Соответственно этому учебные дисциплины излагаются как основы соответствующих наук и должны отражать в своем содержании объективную целостность науки о природе - естествознании.
Знание по своей природе системно. Разрозненные понятия, представления, идеи не образуют системы. Если элементы знания изучаются и усваиваются вне взаимосвязи друг с другом, то знание не становится системным. Элементы знания одной науки, не связанные друг с другом и с другими нау 67 ками (данной специальности и других специальностей), носят отвлеченный характер, не интересны для обучающихся, мало используются в практической и учебной деятельности и быстро забываются. Внесистемные знания воспроизводятся при контроле и на экзаменах, зачастую за счет запоминания, а затем быстро исчезают из сферы учебной и практической деятельности учащихся.
Б.М.Кедров определяет систему следующим образом: «Назовем системой определенную совокупность элементов (веществ, свойств, признаков, понятий, словом любых дискретных образований материального или духовного характера), находящихся в определенной взаимосвязи, которая придает данной совокупности целостный характер» [46, с.76]. В определении подчеркивается, что системой может быть как реальный объект природы (вещество, процесс), так и деятельность человека (наука, обучение) и ее результаты (учебная программа, учебник, пособие, научная теория, определение, проблема, задача).
Использование междисциплинарного подхода в обучении заключается в том, что учебная дисциплина рассматривается как система, в общих чертах повторяющая систему самой фундаментальной науки и ее связи с другими науками. Содержание и структура учебной дисциплины должны отражать содержание и структуру изучаемой науки, как состоящей из нескольких взаимосвязанных основных блоков содержания. Центральное место в определении содержания обучения занимают основы изучаемой науки и ее связь с теми науками, с которыми придется столкнуться в последующей учебе или работе выпускнику бакалавриата.
Формирование системного качества знаний и мышления возможно осуществлять тремя взаимосвязанными способами [38]:
1) показом обучаемому системы изучаемой дисциплины;
2) рассмотрением изучаемого в курсе объекта;
3) использованием междисциплинарных связей изучаемой науки с другими, особенно с теми, которые близки основной специальности обучаемого. Требование многостороннего рассмотрения изучаемого объекта обусловлено одним из принципов диалектического метода познания - принципом всесторонности, предлагающим рассматривать в процессе познания изучаемый объект в условиях реального многообразия связей с другими предметами, то есть в системе отношений с ними.
Химия — это одна из важнейших и обширных областей естествознания, наука о веществах, их свойствах, строении и превращениях, происходящих в результате химических реакций, а также фундаментальных законах, которым эти превращения подчиняются. Предмет химии — химические элементы и их соединения, а также закономерности, которым подчиняются различные химические реакции. Химию иногда называют центральной наукой из-за её особого положения среди естественных наук. Она соединяет физико-математические и биолого-социальные науки. Это делает химию «наукой-гигантом». Современная химия является самой обширной среди всех естественных наук.
Сегодня трудно найти такие отрасли производства, науки и техники, которые не имели бы прямого отношения к химии.
Важнейшим прикладным аспектом современной химии является целенаправленный синтез соединений, обладающих необходимыми и заранее предсказанными свойствами, для последующего их применения в различных областях науки и техники, в частности для получения уникальных новых материалов.
