Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОФИЛЯ В ОБЛАСТИ МАТЕМАТИКИ И ИНФОРМАТИКИ 22
1 Информатизация общества и ее влияние на подготовку специалистов с высшим образованием 22
2 Место образовательной области «информатика» в учебном плане подготовки специалистов сельскохозяйственного профиля естественно - научного направления 32
3 Структура и содержание математической подготовки агронома-эколога 46
4 Научно-методические аспекты интеграции математических (математика, информатика) и специальных дисциплин 59
5межпредметные связи как критерий отбора содержания и форм интеграции 62
ВЫВОДЫ 69
ГЛАВА 2 ИНТЕГРАТИВНЫЙ МЕТОДИЧЕСКИЙ ИНСТРУМЕНТАРИЙ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАТИКИ И МАТЕМАТИКИ СПЕЦИАЛИСТОВ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОГО ПРОФИЛЯ 72
1 Моделирование и математические модели в агрономии 72
2 Общая методика отбора и оценки наиболее значимых признаков 84
3 Методическое обеспечение самостоятельной работы в
процессе изучения курса математики 101
4 Программа интегрированного спецкурса. цели и задачи курса, его место в учебном процессе
5 Методика организации и проведения лабораторных работ с использованием разработанного интегративного методического инструментария 108
ВЫВОДЫ 110
ГЛАВА 3 ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ СРЕДСТВ 111
1 Выбор критериев эффективности разработанного инструментария
2 Оценка эффективности разработанного интегративного методического инструментария 113
ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ 117
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 137
ПРИЛОЖЕНИЕ 2 140
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 146
ПРИЛОЖЕНИЕ 4 148
ПРИЛОЖЕНИЕ 5 154
ПРИЛОЖЕНИЕ 6 156
- Информатизация общества и ее влияние на подготовку специалистов с высшим образованием
- Моделирование и математические модели в агрономии
- Выбор критериев эффективности разработанного инструментария
Введение к работе
Подготовка высококвалифицированных специалистов, способных к активной профессиональной, общественной, государственной и научной деятельности в современных условиях, является одной из важнейших задач высшей школы и педагогической науки. Многообразие и динамичность факторов, определяющих подготовку современных специалистов, позволяет характеризовать эту подготовку как сложную, многоуровневую систему [14, 15, 16, 37, 63, 82, 118]. Совокупность всех элементов системы образует иерархическое дерево с различными уровнями организации и порядком соподчинения. Часть этого дерева, содержащая подчиненные друг другу элементы, изображена на рисунке:
Сфера
п роф есси ональн ой
деятельности
Социальный
заказ
общества
Государствен иые
образовательные
стандарты
Учебный план
Учебный процесс
Рис.1. Структура подготовки специалистов с высшим образованием
Анализируя предложенную схему, можно отметить, что: Изменения общества как в социальном, так и в экономическом плане приводят к необходимости соответствующей корректировки концепции высшей школы, пересмотра ряда практических положений, уточнения направлений подготовки специалистов и их квалификационных
характеристик, открытия новых специальностей и специализаций, пересмотра моделей и технологий подготовки специалистов с высшим образованием и в частности с высшим сельскохозяйственным образованием.
Новая государственная политика в сфере высшего образования нашла отражение во многих правовых нормах. Совокупность норм, положений и требований, предъявляемых к структуре и качеству образования изложены в документе, именуемом "Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования" (ГОС) [36, 37, 38, 39, 40]. ГОС позволяет обеспечить для общества и личности гарантии качественного образования, создает единый образовательный стандарт на территории России, обеспечивает сертификацию качества образования на отечественном и зарубежном рынках, создает основания для оценки качества образования, предъявляя конкретные требования к минимуму содержания и уровню подготовки выпускника высшей школы по каждой специальности. Этим документом обязаны руководствоваться все высшие учебные заведения РФ, ведущие подготовку специалистов, используя его для постоянного совершенствования подготовки в соответствии с потребностями общества и перспективами социально-экономического и научно-технического прогресса.
Сферу производственной деятельности специалиста определяют структурные составляющие: область деятельности, объекты деятельности, виды деятельности (их мы на рисунке не приводим). Связи между видами профессиональной деятельности, ее областями и объектами позволяют установить широту теоретических профессиональных знаний, направленность этих знаний на виды профессиональной деятельности, области совпадения и направленность смежных профессиональных знаний в сфере его деятельности.
Организующей и регламентирующей основой, определяющей все виды занятий в вузе, являются учебные планы и программы, которые
также являются сложной многоуровневой динамической системой, предста-вимой в виде иерархического «дерева» учебных дисциплин, где дисциплины предыдущего уровня призваны обеспечить приобретение знаний на последующем уровне.
Учебный процесс - комплексная система, имеющая содержательную, организационную и технологическую стороны, представляющая собой совокупность ряда процессов, методов и средств, призванных установить, обеспечить и поддержать на всех стадиях учебного процесса заданный уровень качества подготовки специалистов, выполнение всех требований ГОС.
Таким образом, развитие вуза как социального института является динамическим процессом. По мере развития общества перед вузом встают новые проблемы, решение которых обеспечивает успешность деятельности вуза и, следовательно, общества. Поэтому, изучение всех форм деятельности вуза, взаимодействия его с «производством», которое становится все более сложным и разветвленным, есть постоянная научная и практическая задача. Расширение сферы деятельности специалистов, усложнение круга их обязанностей, повышение ответственности за принятые решения ведут к необходимости постоянно корректировать работу вуза. Работа по составлению, уточнению моделей деятельности специалистов, моделей их подготовки должна вестись непрерывно, но создание конкретных моделей не решает всех проблем, так как в последующие годы возникает новый комплекс проблем, изучение которого становится не менее необходимым. Только постоянное наблюдение за процессом обеспечит своевременную коррекцию работы вузов, соответствие их деятельности требованиям практики и нужное опережение в подготовке специалистов.
В такой ситуации становится очевидным, что изучение деятельности специалистов и процесса их подготовки является постоянно актуальной тематикой для всех вузов, задавая им перспективы работы, определяя «узкие» мес-
та в сегодняшнем процессе подготовки специалистов. Существующие формы такой работы, будь то квалификационные характеристики, модели специалистов или другие, должны стать комплексным анализом всех сторон деятельности специалистов, аккумулирующим в себе сегодняшние проблемы , недостатки подготовки и перспективные задачи.
Современный период развития общества характеризуется бурным развитием науки и наукоемких производств, пересмотром образовательных концепций на основе достижений информатики, психологии и ряда других наук. Развитие качественно новых средств коммуникаций, всеобщая компьютеризация общества, широкое использование новых информационных технологий привели к существенным изменениям в сферах производства, научных исследований, бизнеса, образования и социальной жизни общества. Процесс информатизации разворачивается практически во всех областях человеческой деятельности. В качестве одного из важнейших его направлений многочисленные исследователи выделяют информатизацию образования. «Система образования призвана стать катализатором процесса информатизации общества, формирования новой информационной культуры человека» [ 19 Ї ]. «Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного общества является информатизация образования — процесс обеспечения сферы образования методологией и практикой разработки и оптимального использования современных или, как их принято называть, новых информационных технологий (НИТ), ориентированных на реализацию целей обучения, воспитания» [153]. Вместе с тем цивилизация испытывает кризис в системе образования. Никогда еще человечество не использовало со столь низким коэффициентом полезного действия свои ресурсы, научные открытия, новые технологии, информационные системы. Все более ощутим разрыв между профессиональным мастерством отдельных выдающихся личностей и действиями в этой области основной массы работников.
Характерной особенностью современного развития общества стала и математизация науки. Использование математических методов позволяет решать различные задачи производства. Качественное изменение характера труда, повышение роли математики в современном общественном производстве и превращение математики в производительную силу требуют усиления прикладной направленности обучения математике.
Основными особенностями современного этапа развития высшей школы являются следующие;
демократизация системы образования, расширение нрав и автономии вузов;
усиление тенденции к стремлению вузов включиться в международное образовательное пространство;
расширение спектра предоставляемых вузом образовательных услуг;
активизация вузов в области региональной образовательной политики, направленная на удовлетворение образовательных потребностей существующего рынка труда;
развитие многоуровневой системы непрерывного образования.
Необходимость выполнять требования ГОС ставит перед высшей школой проблему научно обоснованного определения знаний и навыков в области изучения и применения новых информационных технологий (НИТ) для каждой специальности (специализации), каждого уровня образования. Практические попытки такого определения приводят к построению различного рода моделей будущего специалиста В методической и научной литературе излагается ряд подходов к построению таких моделей [35, 9, 166, 100]. Если попытаться обобщенно сформулировать эти подходы, то они таковы:
- построение качественной модели специалиста без количественной оценки критериев моделирования;
построение моделей на частных представлениях о характере профессиональной деятельности специалиста;
нестрогое определение понятий, описывающих параметры деятельности специалиста;
построение количественных моделей с учетом некоторых параметров, описывающих деятельность специалиста.
В современном состоянии развития общества необходим комплексный подход к построению модели специалиста с введением количественных критериев и использованием ЭВМ для построения и оптимизации построенной модели. В качестве исходной теоретической предпосылки построения комплексной модели специалиста можно принять структуру связей между профессиональной сферой деятельности и имеющимися на данном этапе развития общества возможностями учебного процесса. Сферу профессиональной деятельности специалиста определяют: область деятельности, объекты деятельности, виды деятельности. Учитывая, что область деятельности и объекты деятельности определяются соответствующей специальностью можно выявить структуру и виды деятельности специалиста соответствующего профиля. Полученная модель специалиста позволит определить место и роль компьютерных технологий в каждом цикле изучаемых дисциплин, выбрать для изучения одно или несколько перспективных программных средств, адекватных рассматриваемой предметной области и создать систему непрерывной компьютерной подготовки специалистов. Постоянно растущая доля информационной составляющей любой профессиональной деятельности по отношению к другим видам профессиональной деятельности делает обязательным обучение информатике, дифференцированным по объему и содержанию в зависимости от профессиональной направленности.
Проблемам информатизации образования, разработкой концепций для различных ее проявлений посвящены работы многих исследователей, как И.В.
Роберт [152, 153], Уваров А.Ю [177], А.А. Кузнецов [93], Я.А. Ваграменко [26, 27], МЛ. Лапчик [96, 97], Ю.С. Брановский [20, 21], С.А. Христочевский [189, 190] и других.
Анализ исследований показывает, что в настоящее время:
Широкое распространение ЭВМ вызвало возникновение двух направлений обучения: обучение с помощью ЭВМ и обучение информатике. Обучение с помощью ЭВМ предполагает использование пакетов обучающих программ. Обучение информатике - знакомство с ЭВМ и ее приложениями с продолжением изучения вычислительной техники как науки, включая программирование, структуры данных и т. п.. В настоящее время эти два направления пересекаются. Например, программирование в системе ПРОЛОГ начинают рассматривать как необходимую часть обучения с помощью ЭВМ [17], используя ее для обучения поиску, записи и хранения информации. В свою очередь, использование ЭВМ как средства обучения служит основой для изучения ЭВМ. Все это способствует интеграции процесса изучения информатики с обучением на базе ЭВМ.
Создана начальная база информатизации высщего профессионального образования, как в методическом плане так и в плане оснащения вузов компьютерами. Для различных групп вузов и специальностей (гуманитарных, технических и др.) степень информатизации различна. Наиболее высока она там, где готовятся специалисты, будущая деятельность которых непосредственно связана с информатикой.
Введение в учебный план типовых учебных курсов, разработанных дифференцированно по группам вузов и специальностей повышает эффективность изучения НИТ, но не решает задачу выработки уверенных навыков использования НИТ как в учебном процессе, так и в последующей профессиональной деятельности.
4. Для обеспечения подготовки выпускников к информационному самообслуживанию необходима система непрерывной компьютерной подготовки, в которой должны быть задействованы все кафедры вуза.
Социально - экономическая трансформация общества обуславливает необходимость соответствующей корректировки концепции высшей школы и, б частности, сельскохозяйственной высшей школы, пересмотра ряда практических положений, технологий подготовки высококвалифицированных специалистов аграрного сектора. Существенное влияние на необходимость корректировки модели специалиста и введения новых специализаций оказывают такие факторы, как высокие темпы научно - технического прогресса, изменения в технологиях производства и переработки сельскохозяйственной продукции, переход к рыночной экономике и образование рынка рабочей силы, необходимость действовать в условиях многоукладной экономики, экологизация требований к технологиям и стандартам качества, применяемым в АПК и другие. Требования к выпускнику вуза в значительной степени обусловлены стремительными темпами современной жизни, требующими частой обнов-ляемости знаний, профессиональной мобильности, способности к перемене профиля работы, к быстрой адаптации в процессе профессиональной деятельности.
Важнейшей проблемой аграрного образования сегодня является повышение качества подготовки специалистов на основе создания и развития системы непрерывного образования, которая предусматривает:
единство и преемственность всех звеньев профессионального образования;
достаточную завершенность образования на каждом уровне профессионального образования;
равную возможность включения в систему непрерывного профессионального образования для каждого работника АПК;
создание программ сотрудничества с системой школьного образова
ния.
Анализируя ГОС, можно отметить ряд особенностей, присущих всем направлениям и специальностям сельскохозяйственных вузов:
сделан акцент на общеобразовательную сторону высшего образования, выделены требования к правовой, политической культуре, культуре мышления, коммуникативным способностям и способностям самообразования с помощью современных информационных технологий обучения, отмечена тенденция перехода с уровня предметных специализаций на уровень общеучебных и общеинтеллектуальньгх умений. Это значит, что надо формировать навыки формализации, моделирования, структурирования и т. д..
в профессиональной сфере выделены умения использовать методы изученных наук, владение компьютерными технологиями, применяемыми в сфере деятельности (... знать структуру, принципы работы и основные возможности ЭВМ, уметь использовать стандартные программные обеспечения своей профессиональной деятельности. [36-40]) способность к продуктивной деятельности в своей сфере;
проводится идея увеличения количества часов на самостоятельную работу студентов, реализованная в том, что стандарт ограничивает количество часов аудиторных занятий до 27 часов в неделю.
прослеживается идея междисциплинарности, заключающаяся в том, что значимость и трудоемкость всех дисциплин определена в часах и эти часы распределены не по дисциплинам, а по циклам или группам дисциплин. Например, по специальности 320400 - Агроэкология имеем следующую картину:
Таблица 1. Распределение часов по циклам дисциплин.
Или более наглядно структура подготовки представлена на диаграмме [Рис. 2]. Из выделенных четырех циклов на цикл математической и общей естественно-научной подготовки выделено 20% времени. Далее эти часы распределяются между математическими дисциплинами (информатика и математика) - 9% и другими (физика, химия) -11%.
ШЦикл общей гуманитарной подготовки
О Цикл математической и общей естественнонаучной подготовки
О Цикл общепрофессиональной подготовки
О Цикл специальной подготовки
Рис. 2. Структурная модель подготовки агронома-эколога Таким образом, образовательная система развивалась и пока развивается экстенсивно, значительное количество аудиторных часов ведет к перегруз-
ке преподавателей и студентов и, поэтому, существующие технологии образования необходимо изменять принципиально с учетом новых информационных технологий (НИТ).
Отмеченные факты могут и должны подтолкнуть преподавателей на создание интегрированных авторских курсов (курсов по выбору, спецкурсов), объединяющих несколько дисциплин, позволяющих комплексно подходить к изучению конкретной дисцитшины.
Повышение уровня информационного образования, информационного мышления будущих специалистов, их информационное воспитание - важнейшие и актуальные задачи высшей школы. В настоящее время при возросших масштабах использования новых информационных технологий в обществе задача образования не только в том, чтобы изучить информатику как науку, но и научить людей грамотно использовать возможности новых информационных технологий как в процессе получения образования, так и в профессиональной деятельности.
Подготовка специалистов, умеющих творчески, на современном уровне подходить к рассмотрению встающих профессиональных проблем, - комплексная задача, требующая для своего решения совместных усилий всех кафедр вуза. Положение, когда задачи какой - то дисциплины решаются специфическими для нее методами без рассмотрения и учета методов других дисциплин, т. е. отсутствуют межпредметные связи нельзя считать нормальным и соответствующим состоянию развития общества и науки. Чтобы решить эту задачу, т. е. обеспечить методически подготовку, необходим анализ структуры соответствующей профессиональной деятельности и знания основных закономерностей процесса деятельности. Как известно, основными компонентами любой деятельности являются анализ проблемной ситуации, постановка задачи, поиск ее решения, моделирование, исследование, прогнозирование, сравнение, оформление конечного продукта и т. д.. Общий подход - основа специального профессионального мышления, являющегося целью специаль-
ных кафедр. Поэтому закономерно, что формирование специальных умений будущих специалистов должно осуществляться не только преподавателями специальных кафедр, но на системной основе, с самого начала обучения студентов общенаучным дисциплинам. Необходимо стремиться не просто к повышению уровня усвоенил знаний по конкретной дисциплине, а к отражению в содержании дисциплины и в системно - деятельностном подходе к обучению общей методологии профессиональной деятельности и организации этой самой деятельности студентов в процессе обучения, мотивация к которой должна формироваться на самых ранних этапах.
Все сказанное позволяет отметить значительную роль фундаментальной подготовки, т. е. изучения дисциплин базового цикла, в частности математических дисциплин, объединяющих в себе по новым государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования собственно математику и информатику. Эти дисциплины являются объединяющей основой для изучения цикла общих естественно - научных дисциплин, цикла общепрофессиональных дисциплин, цикла специальных дисциплин и призваны обеспечить раннее включение в профессиональную деятельность в соответствии с принципом непрерывности в постижении особенностей избранной профессии.
Однако преподавание математических дисциплин в сельскохозяйственном вузе сталкивается с рядом трудностей, выявленных в процессе исследования, которые можно условно разделить на трудности общего характера, такие как адаптация студентов к учебному процессу в вузе, который принципиально отличается формами и методами организации от школьного и трудности, связанные со спецификой каждого отдельного факультета. Назовем основные из них на примере агрономического факультета:
- в основном на факультет поступают абитуриенты со слабой математической и общей подготовкой, вследствие чего курсы математики и информатики традиционно нелюбимы студентами;
практическое отсутствие логической грамотности у абитуриентов и студентов, т.к. специально развитием этой грамотности не занимаются ни в школе, ни в вузе;
традиционная методика не позволяет обеспечить достаточный опыт математической деятельности, отработку необходимых умений и навыков (каких - уточняется в исследовании);
учебные планы по математике и требования по циклу математических дисциплин не согласованы с планами изучения и требованиями к изучению информатики, общих естественно - научных дисциплин, общепрофессиональных дисциплина, специальных дисциплин;
при изучении специальных дисциплин, курсовом и дипломном проектировании слабо используются возможности математических дисциплин.
Преодоление отмеченных трудностей и решение проблем, связанных с математической подготовкой специалистов сельскохозяйственного профиля мы видим, в частности, на пути создания и использования новых информационных технологий в обучении. Несомненно, что ЭВМ вписываются в систему высшего образования и в значительной степени определяют ее будущее. Широкое использование компьютерных технологий обучения позволит интенсифицировать процесс обучения, продуктивнее организовать самостоятельные формы обучения, внедрить в учебную практику современные научные методы познания, решать проблему интеграции обучения и управления им.
Тема диссертации продиктована необходимостью и стремлением определить наиболее эффективные пути изучения и использования компьютерных технологий в учебном процессе сельскохозяйственного вуза, найти и построить пути стыковки математики с дисциплинами других циклов с помощью идей и методов компьютерных технологий и информационных технологий, найти в рамках отведенного учебным планом времени возможность тщательной отработки необходимых понятий, навыков и идей математики и информатики с целью обеспечения требований стандартов.
Достижение поставленных целей предусматривает:
системное видение дисциплин, умений, навыков;
движение в сторону различных форм самообразования;
интенсификацию мыслительной и учебно-профессиональной деятельности;
моделирование профессиональной деятельности в учебном процессе при изучении математических дисциплин;
ориентацию студентов на новые технологии профессиональной деятельности.
интенсификация учебного процесса на основе применения ЭВМ требует пересмотра сложившейся методики преподавания и создание новой, научно обоснованной.
Опыт нашей деятельности по реализации указанных идей в направлении осуществления связи и преемственности курсов математики и информатики в подготовке специалистов сельскохозяйственного профиля позволяет сделать некоторые выводы:
Возможны различные формы организации такой работы, в частности, создание интегрированного прикладного курса, интегрированных средств и другие.
Постановка такого курса требует отработки частных методик организации учебного процесса в зависимости от используемых средств информационных технологий, видов решаемых задач, квалификации обучаемых, видов деятельности (самостоятельная работа, лабораторная работа, лекция и т. д.)
Проведение подобных занятий целесообразно на 1, 2 курсах и обусловит учебный и профессиональный характер решаемых задач и результатов.
Актуальность темы определяется:
-необходимостью непрерывного совершенствования и поиска оптимальных путей подготовки специалистов с высшим образованием, обуслов-
ленной зависимостью этой проблемы от социальных и экономических изменений общества;
-противоречием между потребностями общества и состоянием практики подготовки специалистов АПК в области информатики и математики;
-недостаточной методической проработанностью курсов математики и информатики для студентов естественно - научного направления в соответствии с требованием ГОС;
-необходимостью интенсификации учебного труда как студента, так и преподавателя и, в частности, когда речь вдет о самостоятельной работе в связи с ограниченными ресурсами времени и увеличением объема информации, предлагаемой к изучению;
-необходимостью формирования информационной культуры специалиста.
Глобальная цель данного исследования — разрешение указанных проблем. Естественно, что в одном исследовании разрешить их все невозможно. Наша работа будет составной частью общих мер со стороны государственных органов, сферы производства и вуза. Для сферы вуза конечной целью становится совершенствование подготовки специалистов, а значит перестройка учебного процесса, а для нас — создание научной базы такой перестройки.
Перспективные направления работы: совершенствование изучения студентами основ информатики, приобретение ими опыта применения вычислительной техники, непрерывное использование ее в учебном процессе, постановка лабораторных и практических занятий, курсового и дипломного проектирования на основе вычислительной техники, широкое использование методов и систем математического моделирования изучаемых процессов, явлений и объектов.
Объектом исследования является система подготовки агрономов-экологов в сельскохозяйственном ВУЗЄ.
Предмет исследования - процесс организации непрерывной подготовки в области информатики и математики.
Цель исследования - выяснение роли и места математической подготовки в системе профессиональной подготовки агрономов-экологов и разработка на этой основе интегративного методического инструментария, позволяющего объединить подготовку в области информационных технологий и специальных дисциплин.
Организация обучения в условиях профильной дифференциации предполагает, в первую очередь, определение целей, а затем и содержания образования, разработку требований к подготовке, выбор средств, форм и методов организации процесса обучения, создание пособий с учетом выбранного профиля и направления. Все эти обязательные компоненты теоретической и практической реализации в нашем исследовании названы «методический инструментарий».
Гипотеза исследования. Теоретическая подготовка в области информатики и математики должна сформировать у студентов определенный уровень знаний и умений в соответствии с требованиями ГОС. Для достижения заданного уровня и приобретения достаточного опыта математической деятельности и применения вычислительной техники недостаточно одного курса информатики и курса математики - необходимо непрерывное использование ЭВМ и средств математики во всех видах учебной деятельности (лабораторные, практические занятия, курсовое, дипломное проектирование и др.) и на всех кафедрах. Разработка системы методического обеспечения такой деятельности позволит повысить эффективность использования информационных технологий. Можно предположить, что широкое использование систем и методов математического моделирования явлений, процессов, объектов может послужить одним из системообразующих факторов непрерывного при-
менения ЭВМ как в учебном процессе, так и в последующей профессиональной деятельности.
Выбор цели, предмета и объекта исследования, а также сформулированная гипотеза исследования «потребовали» решения ряда задач.
Задачи исследования:
Уточнить содержание, структуру и функции образовательных областей «Информатика» и «Математика» в системе подготовки специалистов сельскохозяйственного профиля естественно - научного направления.
На основе анализа учебной, методической литературы, экспертных оценок выявить и систематизировать задачи, виды деятельности, наиболее полно отвечающие потребностям будущей деятельности агрономов - экологов и позволяющие осуществить этап синтеза (интеграции) математических и специальных дисциплин.
Провести анализ ПО, ориентируясь на существующие в настоящее время типы пользовательских программ, таких как текстовые процессоры, графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, оценить, отражают ли они потребности именно данной специальности и найти пути их освоения и использования в учебном процессе и в профессиональной деятельности агронома-эколога.
Разработать лабораторный компьютерный практикум и методику его организации и проведения.
Экспериментально проверить эффективность разработанного инте-гративного методического инструментария в процессе подготовки специалистов сельскохозяйственного профиля.
Методы исследования:
изучение и анализ научно - педагогической литературы по теме исследова-ния;
анализ действующих программ, ГОС;
метод экспертных оценок;
экспериментальные (поисковый, констатирующий, обучающий эксперимент по теме исследования);
статистические (обработка результатов эксперимента и его анализ).
На защиту выносятся;
І І.Идея системообразующего свойства математических моделей в сис-
теме непрерывной компьютерной подготовки: математические модели, отражающие реальные объекты, процессы позволят организовать систему учебной и профессиональной деятельности с использованием ЭВМ при подготовке агронома-эколога в сельскохозяйственном вузе.
2.Интегративный методический инструментарий подготовки в области математики и информатики специалистов сельскохозяйственного профиля, позволяющий:
* - повысить общую культуру;
повысить уровень использования математики и информатики при изучении общих и специальных дисциплин, при выполнении курсовых и дипломных работ;
улучшить формирование приемов прикладного математического исследования.
Научно-теоретическая значимость заключается в теоретическом и методическом обосновании разработанного интегративного методического
* инструментария, формирующего навыки использования информационных
технологий и математического моделирования в профессиональной деятель-
ности агронома-эколога, в дальнейшем развитии интегративного подхода к подготовке специалистов.
Практическая значимость
Разработанный для конкретной специальности интегративный методический инструментарий подготовки специалистов в области математики и информатики позволяет улучшить формирование приемов и навыков прикладного математического исследования и может быть использован при подготовке специалистов и других специальностей, а также послужить основой построения курса моделирования, выделенного в учебном плане.
Обоснованность полученных результатов и выводов обеспечивается различными методами исследования и положительными результатами эксперимента. Внутренняя структура исследования представлена в виде целостной непротиворечивой системы взглядов, положений, принципов, что позволяет, на наш взгляд, утверждать, что полученные результаты исследования (описания, новые данные) адекватны поставленным задачам и в этом смысле обоснованы. Теоретический анализ и эмпирический построены в логическом единстве. Предложенная схема исследования позволяет пройти цикл познания от проблемы, выделенной в сфере практики через теоретический анализ, через формализацию объекта исследования к внедрению полученных результатов в практическую деятельность — в процесс подготовки специалистов.
Информатизация общества и ее влияние на подготовку специалистов с высшим образованием
В настоящее время наше общество находится в состоянии перехода от индустриального к информационному этапу своего развития, отличительной чертой которого является перемещение центра тяжести в общественном разделении труда из сферы материального производства в область получения, переработки, передачи, хранения, представления и использования информации. Информация становится таким же стратегическим ресурсом общества и государства, как традиционные материальные и энергетические его ресурсы.
Современный период развития общества характеризуется бурным развитием науки и наукоемких производств, пересмотром образовательных концепций на основе достижений информатики, психологии и ряда других наук. Развитие качественно новых средств коммуникаций, всеобщая компьютеризация общества, широкое использование новых информационных технологий привели к существенным изменениям в сферах производства, научных исследований, бизнеса, образования и социальной жизни общества.
Деятельность отдельных людей, групп, организаций сейчас все в большей мере начинает зависеть от их информированности и способности эффективно использовать имеющуюся информацию. Прежде чем принять решение и предпринять какие-то действия необходимо провести большую работу по сбору и обработке информации, ее анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что часто невозможно без привлечения специальных технических средств. Подчас выгоднее создавать новый материальный или интеллектуальный продукт, нежели вести поиск аналога.
Процесс информатизации общества принял глобальный характер и охватывает сегодня практически все страны мира, включая и Россию [82]. Информатизация общества — это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также разнообразных средств информационного обмена [152].
В качестве одного из важнейших его направлений многочисленные исследователи выделяют информатизацию образования. «Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного общества является информатизация образования — процесс обеспечения сферы образования методологией и практикой разработки и оптимального использования современных или, как их принято называть, новых информационных технологий (НИТ), ориентированных на реализацию целей обучения, воспитания» [152].
Таким образом, система образования призвана стать катализатором процесса информатизации общества, формирования новой информационной культуры человека, а информатизация образования является ключевым условием успешного развития процесса информатизации общества.
Моделирование и математические модели в агрономии
В науке, технике, производстве при решении разнообразных задач во все больших масштабах применяется моделирование процессов, явлений, объектов. В основе моделирования лежат информационные процессы, по скольку само создание модели базируется на информации о реальном объек- Л те. В процессе реализации данной модели получается информация о данном объекте, одновременно в процессе эксперимента с моделью вводится управляющая информация, существенное место занимает обработка полученных результатов, т. е. информация лежит в основе всего процесса моделирования [30,196].
Для эффективного анализа механизма явлений, технологических про цессов и управления ими необходимо выявить взаимосвязи между факторами, определяющие ход процесса и представить их в количественной форме - в ви- Й» де математической модели. Математическая модель является математическим отображением наиболее существенных сторон процесса и может представлять собой набор описаний составляющих элементов с их связями в виде дифференциальных уравнений, матриц переходов, систем ограничений, описаний целевых функций, а также алгоритмов определения количественных характеристик функционирования объекта или течения процесса [105] и позволяет:
получать информацию о процессах, протекающих в объекте;
рассчитывать системы, т.е. анализировать и проектировать их;
получать информацию, которая может быть использована для управления моделируемым объектом.
На важность проблемы математического моделирования и подготовки специалистов к осуществлению деятельности, связанной с моделированием, указывает наличие достаточно большого количества специальной литературы. С 1989 года Российской академией наук издается ежемесячный журнал «Математическое моделирование», проводятся всероссийские конференции под девизом математического моделирования «Современные проблемы математического моделирования», «Применение математического моделирования для решения задач науки и техники», «Математическое моделирование в естествознании и технологии».
Проведенный теоретический анализ литературы позволяет заключить, что в настоящее время трудно назвать область деятельности человека, в которой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Особенно это относится к сфере управления различными системами, в частности биологическими, где основными являются процессы принятия решений на основе получаемой информации.
Процесс моделирования предполагает наличие объекта исследования, исследователя, перед которым поставлена конкретная задача и модели, создаваемой для получения информации об объекте и необходимой для решения поставленной задачи. Причем по отношению к модели исследователь является по сути дела экспериментатором, только в данном случае эксперимент проводится не с самим объектом, а с его моделью. Такой инструмент для специалиста есть инструмент решения организационных, технологических и других задач. Важное значение при создании и исследовании реальных систем имеют математические методы анализа и синтеза, целый ряд открытий базируется на чисто теоретических изысканиях. С развитием теоретических методов анализа совершенствуются методы и экспериментального изучения реальных объектов, совершенствуется и само понятие моделирования. Если раньше моделирование означало реальный физический (натурный) эксперимент, то в настоящее время появились виды моделирования, в основе которых лежит постановка математических экспериментов.
Математическое моделирование для исследования характеристик процесса функционирования систем можно разделить на аналитическое, имитационное и комбинированное [126,134, 168].
Для аналитического моделирования характерно то, что процессы функционирования системы и элементов системы описываются с помощью некоторых функциональных соотношений (алгебраических, дифференциальных, интегральных, интегродифференциальных и т. п. ) или логических условий. Аналитическая модель может быть исследована следующими методами:
а) аналитическим, когда стремятся получить в общем виде явные зависимости для рассматриваемых характеристик системы;
б) численным, когда, не умея решать уравнений в общем виде , стремятся получить числовые результаты при конкретных начальных данных;
в) качественным, когда, не имея решения в явном виде, можно оценить некоторые свойства решения (например, устойчивость решения и т. п.).
Выбор критериев эффективности разработанного инструментария
Методическое обеспечение
Программа, расчет часов, описание заданий, выделенные знания и умения, навыки пользователя, необходимые для работы с соответствующим ПО. Математическое и программное обеспечение инструментария
Под математическим и программным обеспечением будем понимать совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач инструментария.
К средствам математического обеспечения отнесем:
базу математических моделей (описание моделей, если возможно, то их графическое и аналитическое представления и т.п.);
теоретическое обоснование процедур, реализующих выбранные модели (сюда могут входить процедуры статистического анализа данных, регрессионного анализа, линейного программирования, описание алгоритмов, на которых базируется модель, алгоритмов действия с моделью и т. п.);
базу данных для реализации выбранной модели;
Теоретическая часть средств математического обеспечения рассматривается на лекциях, в процессе самостоятельной работы. К средствам программного обеспечения отнесем:
общесистемные программные продукты;
специальные программные продукты;
описание программных продуктов (возможности, алгоритмы действий, описание интерфейса).
В качестве примера представим описание программного продукта «Текстовый процессор»:
Текстовый процессор
Предусловия использования
Знакомство с функциональными возможностями текстовых процессоров и методология их использования отрабатываются в основном курсе информатики.
Знать понятия:
текст »выделение фрагмента текста
автотекст форматирование текста
текстовый режим «операция удаления текста
графический режим «копирование фрагмента текста
тип шрифта перемещение фрагмента текста
размер шрифта «документ
режим вставки «создание нового документа
режим замены «операция сохранения документа
буфер обмена (промежуточного «слияние документов хранения) «режим работы с окнами
фрагмент текста
Аналогично можно представить описания и других средств. Выбор обеспечения — организация профессиональной, учебной деятельности. Каждая работа идет как проработка определенной темы программы по математике. Этот факт имеет особое значение, т. к. часть учебного материала на лекциях не освещается и выносится для самостоятельной проработки.
Объем каждой работы выбран такой, чтобы студент, удовлетворительно готовящийся к занятию, смог бы выполнить работу за двухчасовое занятие. Проведенный хронометраж показал доступность работ и то, что большинство студентов при условии удовлетворительной подготовленности справляется с выполнением работы (проверка готовности, собственно выполнение работы, оформление результатов, отчетов) в течение двух академических часов в компьютерном классе.
Похожие диссертации на Интегративный методический инструментарий для подготовки в области информатики и математики специалистов сельскохозяйственного профиля
