Введение к работе
Актуальность исследования. Интенсивное совершенствование новых технологий во многих областях инженерно-технической деятельности предъявляет высокие требования к подготовке будущих бакалавров, к их профессиональным и интеллектуальным качествам, способности творчески подходить к решению возникающих задач и проблем.
Современный период общественного развития характеризуется глобальной информатизацией. Стремительное совершенствование компьютерной техники и информационных технологий влечет увеличение информационной насыщенности общественной и профессиональной деятельности личности. Умение работать с информацией, исследовать математические модели, проводить математические расчеты с использованием математических пакетов прикладных программ, а также владение средствами информационно-коммуникационных технологий становятся важнейшими составляющими в структуре профессиональной готовности выпускника технического направления, актуализируя вопрос формирования его профессионально-математической компетентности (далее – ПМК).
Основные направления информатизации образования нашли соответствующее отражение в следующих документах: «Стратегии инновационного развития РФ до 2020 года», «Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации», Государственная программа «Информационное общество (2011–2020 годы)», Национальная доктрина образования в Российской Федерации, «Доктрина информационной безопасности Российской федерации», «Концепция Федеральной целевой программы развития образования на 2011-2015 годы», «Концепция долгосрочного прогноза научно-технологического развития Российской Федерации на период до 2025 года». Положения этих документов можно рассматривать и как заказ общества, и как идеологию, доктрину, стратегию образования.
Особенностью нового взгляда на решение проблем подготовки будущих бакалавров технических направлений в условиях информатизации образования является поиск подходов к профессиональному и личностному развитию обучаемых и определение содержания, методов и форм обучения. Формирование системы фундаментальных математических знаний и умений, а также обеспечение возможности применения их в условиях постоянно развивающихся информационных средств, являются одним из условий подготовки высококвалифицированного выпускника. Здесь важную роль могут сыграть методы информатики, которые должны предстать как инструмент реализации интегративных связей профессионально-ориентированной математической деятельности.
Основные положения компетентностного подхода к обучению согласуются с идеей интеграции математики и информатики в профессионально-математической деятельности студентов. Работа с современными математическими пакетами прикладных программ и информационно-коммуникационными технологиями формирует у студентов умения постановки и решения задач с использованием компьютера, применения его в качестве инструмента познания, организации поисковой и исследовательской деятельности, раскрывает новый потенциал для учебного взаимодействия студентов и преподавателей, дает возможность каждому обучающемуся в наибольшей мере реализовать свой интеллектуальный потенциал.
Проблема формирования профессиональной компетентности выпускников различных профилей является предметом исследования многих научно-методических и психолого-педагогических работ: В.И. Байденко, С.Я. Батышева, В.А. Далингера, Э.Ф. Зеера, И.А. Зимней, А.К. Марковой, В.М. Монахова, Дж. Равена, Ю.В. Татура, А.В. Хуторского, М.А. Чошанова, В.Д. Шадрикова и др.
Различные аспекты определения и формирования ПМК студентов инженерных вузов освещены в диссертационных исследованиях: Г.И. Иллариновой, М.М. Миншина, О.А. Валихановой.
Теоретико-методологическая сторона интеграционных процессов в образовании рассматривается в трудах В.И. Безруковой, Ю.Н. Кулюткина, Г.Ф. Федорец. Проблемам межпредметных связей в обучении посвящены исследования: Г.И. Беленького, В.А. Далингера, Л.В. Занкова, В.Н. Келбакиани, М.Н. Скаткина, И.Т. Огородникова и др.
Психолого-педагогические, методические и дидактические аспекты разработки и применения информационно-коммуникационных технологий в обучении рассматриваются в работах Б.С. Гершунского, А.П. Ершова, М.И. Жалдака, Д.Ш. Матроса, С.В. Панюковой, И.В. Роберт, Э.Г. Скибицкого, Т.Л. Шапошниковой, В.Ф. Шолоховича и др.
Однако в данных исследованиях недостаточно представлены методические аспекты совершенствования математической подготовки студентов технических направлений подготовки, основанные на интеграции математики и информатики и способствующие формированию ПМК.
Сказанное выше обуславливает наличие противоречия между возросшей потребностью общества в компетентных выпускниках технических направлений подготовки, готовых к решению профессиональных задач на основе фундаментальных математических знаний, практических умений и навыков, осуществляющих математическое моделирование исследований с использованием математических пакетов прикладных программ и не достаточной степенью разработанности методики формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики.
Данное противоречие обусловило актуальность диссертационного исследования, проблема которого заключается в теоретическом обосновании и реализации методики формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики.
В диссертации методика формирования ПМК исследуется на примере подготовки студентов группы направлений 210000 «Электронная техника, радиотехника и связь». При этом результаты и выводы исследования справедливы и для других технических направлений.
Цель исследования: теоретическое обоснование и практическая реализация методики формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики.
Объект исследования: процесс обучения математике и информатике студентов технических направлений подготовки.
Предмет исследования: формирование ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики.
Гипотеза исследования: формирование ПМК студентов технических направлений подготовки будет более эффективным, если процесс обучения будущих бакалавров реализовать на основе интеграции математики и информатики с учетом:
конкретизации сущности и структуры понятия «профессионально-математическая компетентность студентов технических направлений подготовки»;
анализа возможности интеграции математики и информатики в системе формирования ПМК студентов технических направлений подготовки;
разработки модели формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики, представленной совокупностью взаимосвязанных блоков (целевого, теоретико-методологического, содержательного, процессуально-деятельностного, диагностического);
разработанной, теоретически обоснованной и раскрытой методики формирования ПМК студентов технических направлений подготовки;
эффективности экспериментально проверенной методики формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики.
Проблема, цель и гипотеза исследования определили следующие задачи:
конкретизировать сущность и структуру понятия «профессионально-математическая компетентность студентов технических направлений подготовки»;
выявить возможности интеграции математики и информатики в системе формирования ПМК студентов технических направлений подготовки;
спроектировать модель формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики, представляющую совокупность взаимосвязанных блоков (целевого, теоретико-методологического, содержательного, процессуально-деятельностного, диагностического);
разработать, теоретически обосновать и раскрыть методику формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики;
экспериментально проверить эффективность методики формирования ПМК студентов технических направлений на основе интеграции математики и информатики.
Методологическую основу исследования составили:
идеи и концепции компетентностного подхода к обучению (В.И. Байденко, В.А. Болотов, Э.Ф. Зеер, И.А. Зимняя, Г.К. Селевко, В.В. Сериков, Ю.Г. Татур, А.В. Хуторской и др.);
деятельностный подход к обучению (П.Я. Гальперин, Н.В. Гафурова, Н.Ф. Талызина, В.Д. Шадриков и др.);
методология методики преподавания математики (Ю.М. Колягин, Г.Л. Луканкин, В.М. Монахов, С.А. Розанова, Г.И. Саранцев, Н.И. Мерлина, В.А. Тестов и др.).
Теоретическую основу исследования составили:
теории интеграции и дифференциации обучения (В.А. Далингер, И.Д. Зверев, М.В. Носков, Н.Ф. Талызина, В.А. Шершнева и др.);
системный подход в обучении математике и информатике (В.А. Далингер, С.И. Осипова, Л.В. Шкерина и др.);
теории информатизации образования (А.П. Ершов, А.А Кузнецов, М.П. Лапчик, Е.С. Полат, И.В. Роберт, Н.В. Софронова и др.).
В процессе решения поставленных задач использованы следующие методы исследования: теоретические (формализация, индукция и дедукция); общелогические (анализ научно-педагогической литературы, педагогического опыта, абстрагирование, моделирование, обобщение и интерпретация результатов исследования); эмпирические (изучение передового опыта, учебно-методической документации, педагогическое наблюдение, беседы, анкетирование и тестирование студентов и преподавателей, педагогические методики, педагогический эксперимент); статистические (сбор и группировка статистической информации, обработка результатов опытно-экспериментальной работы, количественный и качественный анализы педагогического эксперимента).
Научная новизна исследования состоит в следующем:
конкретизирована сущность и структура понятия «профессионально-математическая компетентность студентов технических направлений подготовки»;
разработана модель формирования ПМК студентов технических направлений, включающая совокупность взаимосвязанных блоков (целевой, теоретико-методологический, содержательный, процессуально-деятельностный, диагностический); ее отличие состоит в реализации интеграции математики и информатики в системе профессионально-математической подготовки будущих бакалавров;
разработана методика формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики, включающая репродуктивный, продуктивный и творческий этапы.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что:
теория и методика профессионального образования обогащена представлениями об особенностях интеграции математики и информатики в структуре формирования ПМК студентов технических направлений подготовки;
проведено теоретическое обоснование модели ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики;
спроектирована методика формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики, включающая три уровня: репродуктивный, продуктивный, творческий – в соответствии с уровнями развития ПМК; описаны целевой, содержательный и процессуальный компоненты каждого из уровней.
Практическая значимость исследования заключается в том, что:
разработанное методическое обеспечение в виде лабораторного практикума по информатике, учебного пособия «Обыкновенные дифференциальные уравнения», комплекса профессионально-ориентированных задач «Дифференциальные уравнения электрических и радиотехнических цепей» способствует формированию ПМК студентов технических направлений и реализует интеграцию математики и информатики;
разработанные структура и содержание различных форм интеграционных занятий способствуют формированию ПМК студентов технических направлений подготовки;
предложенная методика формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики, включающая репродуктивный, продуктивный и творческий этапы, апробирована в ходе экспериментального исследования.
Материалы исследования могут быть использованы в учебном процессе вуза в системе профессионально-математической подготовки как основа для разработки учебных пособий по формированию ПМК студентов технических направлений подготовки.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Профессионально-математическую компетентность студентов технических направлений подготовки целесообразно конкретизировать как интегральную характеристику, определяющую способность и осознанную готовность будущих бакалавров к решению задач, возникающих в сфере инженерно-технической деятельности, основанную на фундаментальных математических знаниях, практических умениях и навыках осуществлять математическое моделирование исследований с использованием математических пакетов прикладных программ.
-
Интеграция математики и информатики обеспечит эффективное формирование ПМК студентов технических направлений подготовки, если учебный процесс строить с использованием профессионально-ориентированных дидактических элементов, представленных следующими структурными компонентами:
-
содержанием, модифицированным за счёт интеграции содержания курсов математики и информатики;
-
комплексом профессионально-ориентированных задач интеграционного характера, направленных на построение полной технологической цепочки (моделирование -> исследование -> интерпретация);
-
организационными формами интеграционных занятий: лекции, практические и лабораторные работы по математическим дисциплинам и информатике и методами активного (курсовые работы) и интерактивного (деловые игры) обучения.
-
Разработанная модель, включающая совокупность взаимосвязанных блоков (целевого, теоретико-методологического, содержательного, процессуально-деятельностного, диагностического); способствует комплексному рассмотрению процесса формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики.
-
Реализацию методики формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики целесообразно строить на базе этапной модели, включающей репродуктивный, продуктивный и творческий этапы.
Обоснованность и достоверность результатов диссертационного исследования обеспечивается опорой на методологию системного, компетентностного, интегративного и деятельностного подходов к обучению математике и информатике, учетом современных достижений в области педагогики, применением совокупности теоретических, общелогических и эмпирических методов исследования, адекватных целям и задачам исследования; проведенной опытно-экспериментальной работой и статистической обработкой полученных результатов.
Личный вклад заключается в разработке общего замысла исследования, конкретизации определения и структуры ПМК студентов технических направлений, проектировании и обосновании модели формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики, в разработке и апробации методики формирования ПМК студентов технических направлений подготовки.
Апробация и внедрение результатов исследования
Основные положения и результаты исследования обсуждались на заседаниях межвузовского научно-методического семинара «Преподавание математики в высшей и средней школе» при ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова» (Чебоксары, 2006 – 2014 гг.).
Апробация теоретических положений и результатов исследования осуществлялась на научно-практических конференциях: XV Международная конференция «Математика. Образование» (г. Чебоксары, 2007); XVII Международная конференция «Математика. Образование» (г. Чебоксары, 2009); XIII Международная конференция «Математика. Компьютер. Образование» (г. Пущино, 2011); Международная междисциплинарная научная конференция «Синергетика в естественных науках» (г. Тверь, 2011); XIX Международная конференция «Математика. Образование» (г. Чебоксары, 2011); XIX Международная конференция «Математика. Компьютер. Образование» (г. Дубна, 2012); Всероссийская научно-практическая конференция «Качество профессионального образования: проблемы, развитие, перспективы» (г. Казань, 2012); Международная междисциплинарная научная конференция «Синергетика в естественных науках» (г. Тверь, 2012); XXI Международная конференция «Математика. Образование» (г. Чебоксары, 2013).
Результаты внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова».
По теме исследования имеется 27 публикаций (статьи, учебные пособия), из которых 4 – в журналах, рекомендованных ВАК РФ.
Опытно-экспериментальная база исследования: ФГБОУ ВПО «Чувашский государственный университет им. И.Н. Ульянова». В экспериментальном исследовании принимали участие студенты направлений подготовки: 210100 «Электроника и наноэлектроника», 210400 «Радиотехника», 210700 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи», 211000 «Конструирование и технология электронных средств».
Этапы исследования
На первом этапе (2006 – 2008 гг.) определялось общее направление исследования; осуществлялось изучение и анализ научной, педагогической и методической литературы с целью выяснения изученности проблемы исследования, определялось направление и исходные параметры исследования, уточнялась трактовка понятия «профессионально-математическая компетентность студентов технических направлений подготовки», разрабатывалась модель формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики, планировался и проводился констатирующий эксперимент.
На втором этапе (2008 – 2011 гг.) выявлялись и обосновывались основные компоненты ПМК студентов технических направлений подготовки; разрабатывалась методика её формирования на основе интеграции математики и информатики; рассматривались вопросы проектирования содержания обучения, выбора форм, методов и технологий, способствующих формированию ПМК студентов технических направлений подготовки; проводился поисковый эксперимент, в ходе которого уточнялась теоретически разработанная методика формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики.
На третьем этапе (2011 – 2014 гг.) проводился формирующий эксперимент с целью экспериментальной проверки разработанной методики формирования ПМК студентов технических направлений подготовки на основе интеграции математики и информатики, выполнялась статистическая обработка экспериментальных данных, сопоставление полученных эмпирических данных по экспериментальным и контрольным группам, формулировались выводы.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы, 6 приложений.
