Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Особенности, проблемы и задачи математической подготовки инженера-нефтяника 2
1.1 Состояние и проблемы математической подготовки инженеров-нефтяников 1.2 Математическая подготовка как системообразующий фактор профессиональной компетентности инженера-нефтяника 20
1.3 Современные требования к математической подготовке специалиста нефтегазодобывающей промышленности региона (на примере Республики Татарстан) 32
1.4 Некоторые теоретические и методические аспекты использования компьютерных технологий в обучении высшей математике 48
Выводы к 1 главе .62
ГЛАВА II. Теоретические и методические основы профессионально ориентированной математической подготовки в отраслевом (нефтяном) вузе 64
2.1 Моделирование профессионально ориентированной математической подготовки специалиста 64
2.2 Дидактические условия профессионально ориентированной математической подготовки 71
2.3 Формирование системы компьютерного тестового контроля 108
2.4 Организация дидактического процесса по ИТО с использованием СКТК 128
2.5 Ход и результаты опытно-экспериментальной работы 149
Выводы ко 2 главе 174
Заключение 176
Библиография 180
Приложения 195
- Состояние и проблемы математической подготовки инженеров-нефтяников
- Математическая подготовка как системообразующий фактор профессиональной компетентности инженера-нефтяника
- Моделирование профессионально ориентированной математической подготовки специалиста
Введение к работе
На современном этапе развития общества одной из важнейших задач высшего профессионального образования, с решением которой связан интенсивный путь развития производства, является повышение качества образования, подготовка грамотных, конкурентоспособных инженерных кадров.
Существующая общая тенденция к возрастанию требований к качеству подготовки специалистов различных отраслей народного хозяйства приобретает статус наиболее значимой и специфической тенденции в развитии нефтегазодобывающей отрасли. Высокий уровень научных разработок и промышленных технологий добычи нефти и газа требует подготовки инженеров, обладающих не только достаточным объемом общепрофессиональных и специальных знаний, умений и навыков, но и высокой степенью профессиональной мобильности, умением оперативно и творчески реагировать на запросы динамично изменяющейся практики; способностью решать весь спектр производственных задач. Высокий уровень профессиональной компетентности инженера-нефтяника в значительной степени определяется уровнем его математических знаний.
Данное исследование посвящено вопросам проектирования профессионально ориентированной математической подготовки (ПОМП) инженеров- нефтяников.
Особенности развития нефтегазодобывающей промышленности Республики Татарстан, связанные с трудностями разработки и извлечением остаточных запасов нефти в республике и, как следствие, с необходимостью применения высокотехнологических методов воздействия на нефтяные пласты, требует высокого уровня профессиональной компетентности инженеров.
Необходимость осуществления научно-исследовательской, опытно-конструкторской и технологической деятельности, связанной с
моделированием процессов разработки, поиском и использованием новейших средств и технологий добычи нефти требует высокого уровня математической подготовки инженеров-нефтяников.
В нефтяном институте, являющемся отраслевым вузом, фундаментальные естественнонаучные знания рассматриваются в контексте их профессиональной направленности с учетом региональных особенностей профессиональной деятельности. В связи с. этим возникает проблема выделения из растущего объема математических знаний именно тех его составляющих, которые будут нужны конкретному специалисту. Будущего инженера-нефтяника необходимо научить применять математический аппарат к решению специфических профессиональных задач, отражающих региональные особенности отрасли.
В то же время, необходимость повышения качества подготовки специалиста осложняется дефицитом учебного времени и несовершенством форм и методов обучения, что ставит задачу разработки эффективных технологий обучения, учитывающих условия и ограничения реального процесса обучения в современном отраслевом вузе. Оптимизация учебного процесса и реализация профессиональной направленности математической подготовки в условиях дефицита времени может быть достигнута за счет применения компьютерных средств обучения и контроля.
Использование компьютерных средств обучения и контроля требует, в свою очередь пересмотра содержания обучения, создания определенной информационной среды, соответствующей новой технологии обучения, и решения проблемы сочетания компьютерных технологий с традиционными формами и методами обучения.
Различные подходы к решению указанных вопросов раскрыты в трудах педагогов-исследователей. Вопросы эффективного преподавания математики, индивидуализации и дифференциации обучения
рассмотрены в работах Л.Д.Кудрявцева, А.А.Кирсанова, В.В.Кондратьева, В.И.Каган, И.А.Сыченкова и других авторов. Решению проблем интенсификации и оптимизации процесса обучения посвящены исследования Ю.К.Бабанского, В.С.Ильина, В.В.Краевского, Н.Ф.Талызиной, Л.Н.Журбенко.
Формированию содержания курса высшей математики,
определению оптимального объема, а также выбору оптимальных
методик обучения посвящены работы П.С.Александрова,
А.Д. Александрова, В.С.Владимирова, Л.И.Колмогорова.
Л.Д.Кудрявцева, Л.С.Понтрягина, С.Л.Соболева, А.ИЛнхонова.
Проблема сочетания инвариантной и вариативной частей общеобразовательного предмета в профессиональной школе изучалась СЯ.Батышевым, М.И.Махмутовым, А.А.Пинским, А.А.Шибановым. Проблеме углубленной математической подготовки посвящены диссертационные исследования Р.Н.Зарипова, М.А.Люстига.
Вопросам развития современных информационных технологий в
образовании и проектированию компьютерных технологий обучения
посвящены исследования И.В.Роберт, В.П.Беспалько,
Ю.В.Кожевникова, Ю.С.Иванова, Г.В.Ившиной, С.Н.Медведевой,
А.Ф.Иванова. Вопросам тестирования и обоснования
терминологической системы тестирования посвящены работы В.С.Аванесова. Т.М.Балыхиной, МБ.Челышковой, А.Р.Майорова. Н.Ф.Ефремовой и др.
В указанных работах закладывается основа для решения проблем повышения эффективности математической подготовки в отраслевом вузе с учетом современных требований. Совершенствование математического образования должно быть направлено на преодоление общего противоречия между изменившимися требованиями к выпускнику отраслевого вуза и преимущественно традиционными
подходами к его подготовке, не отражающей региональные особенности профессиональной деятельности специалиста.
Проблема исследования: каковы дидактические условия математической подготовки в отраслевом вузе, использующей преимущества компьютерных технологий и отражающей как общие, инвариантные, так и особенные, характерные для конкретных специализаций и регионов, требования к математической компетентности специалиста?
Цель исследования: разработать, обосновать и
экспериментально проверить дидактические условия эффективности профессионально ориентированной математической подготовки в отраслевом вузе, использующей преимущества компьютерных технологий.
Объект исследования: процесс профессиональной подготовки инженеров-нефтяников в отраслевом вузе.
Предмет исследования: дидактические условия
профессионально ориентированной математической подготовки инженеров-нефтяников с использованием компьютерных технологии..
Гипотеза исследования: профессионально ориентированная математическая подготовка (ПОМП) в отраслевом вузе будет адекватна современным и перспективным требованиям к профессиональной компетентности специалиста при реализации следующих дидактических условий:
направленности ПОМП на конечную цель - формирование профессионально-прикладной математической компетентности, отражающей региональные особенности развития отрасли и требования к специальности;
отбор и структурирование содержания ПОМП регулируется принципами профессиональной направленности, модульности, индивидуализации и определяется характером и содержанием
профессиональных задач, отражающих региональную специфику отрасли;
- формирования мобильной дифференцированной
профессионально направленной информационной среды,
позволяющей оптимизировать процесс обучения посредством
организации самостоятельной работы студентов с
компьютерным банком заданий, комплектом учебно-
методических пособий и дидактических материалов по
профессионально значимым модулям учебной программы;
- использования в качестве эффективного средства организации
самостоятельной работы студентов многофункциональной
системы компьютерного тестового контроля, придающей
контролю формирующий характер и стимулирующей переход от
внешнего контроля к самоконтролю студентов.
В соответствии с целью, предметом и выдвинутой гипотезой определены следующие задачи исследования:
1. Выявить и систематизировать требования к математической
подготовке специалистов-нефтяников, отражающие особенности
специализации и региона.
Разработать и обосновать модель профессионально ориентированной математической подготовки инженеров-нефтяников в отраслевом вузе.
Разработать и обосновать дидактические условия профессионально ориентированной математической подготовки в отраслевом вузе.
Сформировать модель профессионально направленной информационной среды обучения, обеспечивающей необходимый уровень усвоения профессиональных знаний, умений и навыков,
5. Разработать систему компьютерного тестового контроля как
ключевой элемент интенсивной технологии обучения.
6. Экспериментально проверить эффективность профессионально
ориентированной математической подготовки инженеров-нефтяников.
Теоретико-экспериментальную основу исследования
составляют идеи:
- оптимизации учебного процесса (Ю.К.Бабанский, В.С.Ильин,
В.В.Краевский);
системного и деятельностного подходов (Б.Г.Ананьев, ПЯ.Гальперин, А.Н.Леонтьев» Н.Ф.Талызина, В.Д.Шадриков);
- педагогического проектирования (В.П.Беспалько, В.В.Давыдов,
В. А. Сластенин);
- индивидуализации и личностно-ориентированного подхода
(А.А.Кирсанов, В.В.Сериков);
- отбора содержания математического образования (Л.Д.Кудрявцев,
Д.Пойя, А.Г Постников);
педагогической тестологии (В.С.Аванесов, М.В.Кларин, А.М.Майоров, Ю.М.Нейман);
применения информационных технологий в обучении (С.И.Архангельский, Е.И.Машбиц, Н.Ф.Шахманов, В.М.Монахов, И.В .Роберт).
В соответствии с избранной методологией и поставленными задачами были использованы следующие методы исследования:
системный анализ психолого-педагогической литературы по теме исследования;
анализ учебно-программной документации и других нормативных документов, регламентирующих требования к уровню усвоения профессиональных знаний, умений и навыков для специалистов нефтегазодобывающей промышленности;
- дидактическое проектирование и педагогический эксперимент,
показавшие эффективность предлагаемых дидактических условий
разработки профессионально ориентированной математической подготовки;
- методы педагогической диагностики, анализ результатов текущего (контрольные работы, коллоквиумы) и итогового контроля (экзамен, по смежным дисциплинам в том числе), тестирование, анкетирование;
-методы математической статистики, обеспечивающие согласованность и достоверность полученных данных исследования.
Экспериментальная база исследования: факультеты разработки нефтегазовых месторождений и инженерной механики Альметьевского государственного нефтяного института (А ГНИ), инженерный химико-технологический институт Казанского государственного технологического университета (КГТУ).
Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечивались опорой на фундаментальные исследования в области педагогики профессионального образования, теории и методики математического образования, признанные положения и широко апробированные методики тестирования, опыт кафедры высшей математики АГНИ и собственный опыт работы в качестве преподавателя кафедры высшей математики АГНИ, данными экспериментальной проверки эффективности системы профессионально направленной математической подготовки.
Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключаются в следующем:
1. Разработаны дидактические условия эффективности и обоснована модель профессионально ориентированной математической подготовки в отраслевом вузе, нацеленной на формирование профессионально-прикладной математической компетентности специалиста, отражающей региональные особенности развития отрасли и требования к специализации.
2. Разработана и обоснована интенсивная технология обучения.
позволяющая оптимизировать учебный процесс, усиливая роль и
повышая эффективность самостоятельной работы студентов при
использовании динамичной компьютерной информационной среды и
компьютерного контроля, имеющего формирующий характер.
3. Создана "модель- мобильной дифференцированной
информационной среды, включающая комплекс взаимосвязанных и
взаимодополняющих основных компонентов: компьютерные базы
заданий и комментарии к ним, комплект учебно-методических пособий
и дидактических материалов по профессионально значимым модулям
учебной программы.
4. Разработана многофункциональная система компьютерного тестового контроля, направленная на диагностику достижений и пробелов, управление самостоятельной работой студентов, обучение, контроль успеваемости, основными характеристиками которой являются: психологическая комфортность, конфиденциальность, оперативность, мобильность, гибкость, объективность.
Практическая значимость исследования заключается в том, что на основе его результатов были разработаны и внедрены в учебный процесс Альметьевского государственного нефтяного института программные и учебно-методические материалы, позволяющие преподавателям реализовывать профессиональную направленность курса математики при подготовке инженеров-нефтяников. Они включают рабочую программу по дисциплине "Высшая математика" для специальностей 090600 и 090800 с инвариантными и вариативными модулями, учебно-методические пособия с опорными конспектами по темам, компьютерный банк заданий и комментариев к их решению, пакет программных вариантов тестов. Разработаны и внедрены п учебный процесс рекомендации по проведению многофункционального компьютерного тестирования и формированию разноуровневых тестов.
Апробация и внедрение результатов исследования. Ход и
результаты исследования неоднократно обсуждались на заседаниях кафедры высшей математики АГНИ, методических семинарах кафедры высшей математики и кафедры педагогики и методики высшего профессионального образования КГТУ, докладывались на восьмой международной конференции "Математика. Компьютер. Образование." в г. Москве (2001 г.); на Третьей международной междисциплинарной научно-практической конференции в г. Ужгороде (2002 г.); на международной научно-технической конференции в г. Сочи (2002 г.); на Третьей международной научно-технической конференции в г. Пензе (2002); на Всероссийской научно-методической конференции "Структурно-функциональные и методические аспекты деятельности университетских комплексов1' в г. Казани (2003 г.). На защиту выносятся:
Модель и дидактические условия эффективности профессионально ориентированной математической подготовки специалистов в отраслевом вузе, учитывающей региональные особенности развития отрасли и требования специальности.
Интенсивная технология обучения, основными элементами которой являются динамичная компьютерная информационная среда и компьютерный контроль, имеющий формирующий характер.
Модель информационной среды, ключевыми элементами которой являются компьютерные базы заданий и дидактические материалы по профессионально значимым модулям учебной программы.
Система компьютерного тестового контроля, имеющая мотивирующую, диагностирующую, контролирующую, обучающую функции.
Состояние и проблемы математической подготовки инженеров-нефтяников
На современном этапе развития общества в условиях становления и развития Российской экономики важнейшее значение имеет развитие топливно-энергетического комплекса России, в частности, развитие нефтегазодобывающей отрасли промышленности, внедрение новейших наукоемких технологий в производство. В условиях увеличения потребности государства в добыче нефти и газа первоочередной является задача интенсивного формирования новых направлений в науке, направленных на решение задач наиболее эффективной разработки нефтегазовых месторождений и способов извлечения нефти и газа из земных недр.
Одно из ведущих положений в развитии нефтедобывающей промышленности России занимает Республика Татарстан. Уровень добычи нефти ОАО «Татнефть» в 2003 году превысил 246 І 2 тыс. тонн, что составило 8,16% [21] общего количества добываемого в стране «черного золота». Подготовка высококвалифицированных инженерно-технических кадров для нефтегазодобывающей отрасли составляет одну из наиболее важных задач республиканского и общегосударственного масштаба.
Если обратиться к истории, то первые упоминания о нефти на территории Татарстана датированы 1703 годом. Попытка геологических исследований в этом районе была предпринята еще в 1864-1869 гг. В конце XIX - начале XX века разведку на нефть вели бельгийские, английские и другие фирмы, однако первое месторождение было открыто лишь в 1943-46 гг.
Первый этап освоения нефтегазоносной провинции, когла прирост добычи обеспечивался за счет ускоренного разбуривания и ввода в разработку новых участков, был пройден в Татарстане в 40-60-е годы. Второй этап - этап пиковой добычи - пришелся на 70-е годы, когда годовые объемы добычи нефти ОАО «Татнефть» составляли свыше 100 миллионов тонн — примерно четверть по стране. В этот период широкое применение методов заводнения нефтяного пласта позволяло извлекать, в среднем, от четверти до половины его запасов.
Столь высокие темпы нефтедобычи в республике, естественно, привели к существенному истощению основных запасов. Наступление третьего этапа в 80-х - начале 90-х годов - этапа интенсивного падения добычи потребовало качественно нового подхода к нефтедобыче и высокого уровня подготовки кадров. Ещё в 70-е годы, предвидя истощение своих основных месторождений, ОАО «Татнефть» стало уделять большое внимание разработке и внедрению новых технологий повышения нефтеотдачи и стимуляции скважин. С помощью передовых технологий бурения и применения третичных методов [70, с. 70]: геофизических, физико-химических, тепловых и газовых, за последние двадцать лет ОАО «Татнефть» смогла не только стабилизировать, но и увеличить объем добычи на 1,1 млн. тонн и закрепить в 1996 году общий объем на уровне 25 млн. тонн [129]. С развитием нефтяной промышленности в Татарстане остро ощущалась потребность в инженерных кадрах.
Принципиально важным для развития ОАО «Татнефть» является поддержание высокого технологического и профессионального уровня. Это продиктовано тем, что в настоящее время 40% нефти на месторождениях Татарстана находится на поздней стадии разработки. осложненной высокой степенью выработки запасов нефти и обводнённостью продуктивных пластов. Поэтому ОАО «Татнефть» уделяет пристальное внимание развитию собственной научной базы и подготовке квалифицированных рабочих и инженерных кадров.
За последние годы геологоразведочные работы, проводимые ОАО «Татнефть», вышли на качественно новый уровень; значительно возросла точность построения геологических моделей. Применение новейших способов воздействия на призабойную зону пласта позволило увеличить коэффициент нефтеизвлечения. Совершенствуются технологии, появляется более сложная техника для добычи трудноизвлекаемых и высоковязких нефтей. Ведется постоянная и кропотливая работа по изучению физико-химических процессов в нефтеносном пласте. Как следствие, возрастают требования к уровню профессиональной подготовки специалистов-нефтяников. Возникает потребность в подготовке инженеров-нефтяников различных специальностей: геолог, инженер-разработчик, инженер-технолог, инженер-механик по ремонту и обслуживанию нефтепромыслового оборудования, технолог по подготовке и переработке нефти, экономист. Специалисты, занимающие производственные должности в соответствии с указанными специальностями, составляют команду инженерно-технических работников (ИТР) нефтегазодобывающего управления (НГДУ).
Математическая подготовка как системообразующий фактор профессиональной компетентности инженера-нефтяника
Как уже говорилось в 1.1, на современном этапе развития основной задачей высшего профессионального образования является подготовка высококвалифицированных специалистов для наукоемкого производства, обладающих высоким уровнем фундаментальных естесственнонаучных знаний. «Конечной целью образования и основной характеристикой его качества становится профессиональная компетентность специалистов» [45].
Термин «профессиональная компетентность», как показывает анализ литературы по профессиональной педагогике [11], [91], [109], применяется для выражения достаточного уровня квалификации и профессионализма специалиста. Учитывая многие, имеющиеся на современном этапе [65], [103], [105], [40] подходы к этому понятию, мы разделяем точку зрения Л.Н.Журбенко о том, что профессиональная компетентность выпускника ВУЗа - это «владение им интегрированной совокупностью фундаментальных и профессионально-значимых знаний на уровне, обеспечивающем их эффективное применение в профессиональной деятельности» [45].
Любая модель специалиста разрабатывается на основе определения профессионально важных качеств, которые необходимо сформировать в процессе обучения.
Содержание профессиональной подготовки выпускников нефтяного института определяется учебными планами и программами соответствующих специальных учебных дисциплин, которые, в свою очередь, вытекают из квалификационных характеристик инженеров-нефтяников.
Рассмотрим структуру и. содержание квалификационных характеристик специалистов, выпускаемых по направлению 650700 «Нефтегазовое дело». В соответствии с ГОС ВПО второго поколения по подготовке дипломированного специалиста по направлению 650700 «Нефтегазовое дело», выпускники должны быть, подготовлены к выполнению следующих видов профессиональной деятельности:
производственно-технологическая;
организационно-управленческая;
научно-исследовательская;
проектная; эксплуатационная.
Конкретные виды деятельности определяются содержанием образовательной программы, разрабатываемой вузом.
Альметьевский государственный нефтяной институт готовит дипломированных специалистов по двум специальностям указанного направления:
- 090600 — Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений;
- 090800 — Бурение нефтяных и газовых скважин.
Высокий уровень требований к математической подготовке выпускников данных специальностей подтвержден ГОС ВПО второго поколения [28].
Тщательный анализ квалификационных требований к специалистам, выпускаемым по данным специальностям, позволил выделить те виды и задачи профессиональной деятельности, которые требуют качественного математического образования. В соответствии ГОС ВПО второго поколения, задачами профессиональной деятельности выпускника по направлению «Нефтегазовое дело» являются:
а) производственно-технологическая деятельность:
- организация и эффективное осуществление контроля параметров производственных и технологических процессов;
- эффективное использование материалов, оборудования, соответствующих алгоритмов и программ расчетов параметров производственных и технологических процессов;
б) организационно-управленческая деятельность: - нахождение компромисса между различными требованиями (стоимости, качества, безопасности и сроков исполнения) как при долгосрочном, так и при краткосрочном планировании и определении оптимальных решений;
Моделирование профессионально ориентированной математической подготовки специалиста
Дидактическая модель профессионально ориентированной математической подготовки (ПОМП) инженеров-нефтяников в условиях возрастающей потребности нефтяной промышленности в высококвалифицированных, творчески мыслящих кадрах должна формироваться на основе:
- квалификационных требований к специалисту-нефтянику;
- требований к математическому образованию специалистов;
- психолого-педагогических закономерностей и методов проектирования и использования компьютерных технологий в образовании.
Как уже было сказано в 1.2, высокий уровень требований к профессиональной подготовке специалистов нефтяной отрасли требует высокого качества математической подготовки (МП) будущих специалистов.
Целями ПОМП в нефтяном институте являются:
- обучение студентов фундаментальным математическим знаниям и умениям как совокупности фундаментальных математических методов, направленных на решение профессиональных задач;
- формирование математической составляющей профессиональной компетентности выпускника нефтяного института, согласно квалификационным требованиям;
- создание информационной профессионально прикладной математической среды и использование на ее основе компьютерных технологий обучения, что одновременно вносит - свой вклад в формирование информационной культуры специалиста.
В этой связи, наиболее важной видится проблема моделирования ПОМП, отвечающей принципам фундаментальности, целостности, системности и профессиональной направленности, с доминированием последнего принципа. Моделирование ПОМП выпускников нефтяного института основывается на следующих концептуальных положениях:
- профессиональной направленности математического образования, заключающейся в соответствии цели ПОМП общей цели образования, и ее интегрирования в систему образования выпускника нефтяного института;
- индивидуализации и прогностического характера обучения;
- информатизации образования [121]..
Правильный отбор, структурирование содержания математического образования, разработка и реализация профессионально направленной технологии обучения с использованием компьютера составляют суть представленной дидактической модели ПОМП.
Рассмотрим подробнее дидактические принципы и основные положения представленной дидактической модели (рис. 3) ПОМП инженеров-нефтяников.
