Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические основы осуществления профессиональной направленности обучения математическим дисциплинам студентов технических вузов 12
1.1 Современное состояние математического образования в технических вузах 12
1.2 Пути усиления профессиональной направленности изучения математических дисциплин в техническом вузе 39
Глава 2.Методика реализации профессиональной направленность обучения математическим дисциплинам в техническом вузе 83
2.1 Методические основы профильного изучения теоретического материала математических дисциплин (на примере изучения раздела « Дифференциальные уравнения») 83
2.2 Методика осуществления профессиональной направленности решения математических задач на практических занятиях в техническом вузе 97
2.3 Профессиональная направленность учебно-исследовательской работы по математике со студентами технических вузов 117
2.4 Педагогический эксперимент 128
Заключение 141
Библиография 142
Приложения 158
- Современное состояние математического образования в технических вузах
- Пути усиления профессиональной направленности изучения математических дисциплин в техническом вузе
- Методические основы профильного изучения теоретического материала математических дисциплин (на примере изучения раздела « Дифференциальные уравнения»)
Введение к работе
В настоящее время роль высших технических учебных заведений становится особенно значительной, что связано со все возрастающим значением научно-технического прогресса в развитии общества. Как следствие этого растет число студентов на технических факультетах, возрастает уровень требований к соответствию процесса воспитания и образования по техническим специальностям, к качеству этого процесса; повышаются требования, предъявляемые к инженерным кадрам. Сегодня инженерно-технические работники должны уметь решать задачи, выдвигаемые ходом научно-технического развития, владеть достижениями отечественной и мировой науки и техники, уметь применять их в условиях своей страны, способствуя тем самым ускорению темпов научно-технического развития. Об этом в первую очередь должны позаботиться высшие технические учебные заведения.
Таким образом, неизбежным становится углубление теоретических основ подготовки будущих инженеров, все больший акцент делается на практическую значимость теоретических знаний; речь идет о новом качестве выпускника - инженера, которое определяется не только объемом, количеством знаний, которые он приобрел, но и, в первую очередь, его способностями к творческому мышлению, являющимися основным условием деятельности современного инженера, умением адаптироваться к быстро изменяющимся условиям экономики и, наконец, умением продолжать образование на протяжении всего активного периода жизни человека. Повышенное внимание уделяется методике и методологии применения новых научных знаний, их эффективному применению при решении конкретных технических задач. Потому-то и усиливается подготовка будущих инженеров к ведению научно-исследовательской работы, осуществляются меры по развитию у них научного, системного мышления, подчеркивается необходимость формирования экономического мышления, позволяющего при выборе технических вариантов решения учитывать и экономическую сторону дела.
Математика в техническом вузе является основой всего естественнонаучного знания, и система математического образования в вузе должна быть направлена на использование математических знаний при изучении циклов общетехнических и специальных дисциплин. Но сохраняется традиционное противоречие между потребностью в изменении математического образования специалиста в указанном направлении и реальном его состоянии. Нередко приходится сталкиваться с тем, что студенты, владея достаточным запасом математических знаний, не могут использовать их на практике, об этом говорят наблюдения за ходом учебного процесса, беседы с преподавателями и студентами. Отмеченные недостатки обусловлены тем, что формирование математического аппарата в недостаточной степени ориентировано на его дальнейшее использование в профессиональной деятельности студента.
Для профессионального образования важным аспектом является профессиональная направленность обучения. Психологические основы этого аспекта разработаны в работах отечественных психологов Н.Н. Грачева, Т.В. Кудрявцева, Б.Ф. Ломова, Я.А. Пономарева, З.А. Решетовой, В.Д. Шадрикова и др. Здесь показано, что профессиональная, в частности, инженерная деятельность имеет специфические особенности, которые нужно учитывать в процессе обучения студентов профессионального учебного заведения.
Методические аспекты прикладной направленности обучения математике наиболее полно исследованы в общеобразовательной школе. Общие положения разработаны В.В. Фирсовым. В частности им определена сущность прикладной направленности обучения математике, сформулированы требования к курсу математики с прикладной направленностью.
В разное время проблемой прикладной направленности обучения математике интересовались: А. Ахлимирзаев, А.О. Бин-Шахна, С.С. Варданян, Г.М. Возняк, Г.Д. Глейзер, В.А. Гусев, Ю.М. Колягин, А.Д. Мышкис, Н.А. Терешин, Ю.В. Фоминых, Л.Э. Хаймина и др. В своих работах исследователи предлагают различные трактовки понятий, составляющих аппарат проблемы прикладной направленности обучения математике, и на этой основе разрабатывают различные методические подходы к работе с созданным ими содержанием.
Методические аспекты профессиональной направленности обучения математике в различных профессиональных учебных заведениях рассмотрены в исследованиях педагогов и методистов В.В. Андреева, Т.М.К. Алиевой, Н.И. Батькановой, М.В. Бородиной, Л.Н. Евелиной, Ю.А. Кустова, Н.Н. Лемешко, Э.А. Локтионовой, Г.Л. Луканкина, А.Г. Мордковича, А.Е. Мухина, И.А. Новика, Н.В. Садовникова, Г.И.
Саранцева, В.А. Тестова, Г.Г. Хамова и др.
Имеется большое количество публикаций на тему преподавания математики для физиков, техников и инженеров, принадлежащих видным ученым математикам и педагогам А.Н. Крылову, Л.Д. Кудрявцеву, А.Д. Мышкису, Я.Б. Зельдович и И.М. Яглом.
Различные вопросы преподавания математики во втузе рассмотрены в диссертационных исследованиях Т.А. Арташкиной , Г.А. Бокаревой, А.Н. Бурова, Ц.Я. Бучукури, А.Г. Головенко, Р.П. Исаевой, Е.Н. Кикоть, В. Кунтыш, Н.В. Чхаидзе.
Профессиональной направленности преподавания математики во втузе посвящены работы Р.А. Исакова, И.Г. Михайловой, СИ. Федоровой.
6 Для технического вуза основными направлениями реализации профессиональной направленности обучения математики в большинстве исследований являются: а) использование метода математического моделирования как метода обучения [ПО]; б) разработка и решение задач прикладного характера для конкретных специальностей [24, 70, 166, 110]; в) использование нетрадиционных форм обучения математики, таких как лабораторная работа [69].
Однако в этих работах не рассмотрены вопросы, связанные с учебно-исследовательской деятельностью, недостаточное внимание уделяется мотивации обучения..
Несмотря на большое число исследований по проблеме повышения качества математических знаний, ее нельзя считать решенной. Констатирующий эксперимент показал, что курс высшей математики, служащий базой для усвоения профессиональных знаний в техническом вузе, является одним из наиболее трудно усваиваемых курсов. Данные, полученные в ходе эксперимента, позволили сделать следующий вывод: у студентов умение применять знания, полученные при изучении математических дисциплин, целенаправленно не формируются, вследствие чего почти нет осознанного применения этих знаний при изучении общетехнических и специальных дисциплин.
Таким образом, недостаточная разработанность вопросов, связанных с профессиональной направленностью обучения математическим дисциплинам студентов технических вузов определяют актуальность нашего исследования.
Проблема исследования заключается в разработке основных направлений совершенствования профессиональной направленности обучения математическим дисциплинам в техническом вузе, позволяющих повысить качество подготовки специалистов, выпускаемых этими вузами.
Объектом исследования является процесс обучения математическим дисциплинам в техническом вузе, а его предметом разработка методики преподавания математических дисциплин, направленная на усиление ее профессиональной направленности.
При проведении исследования была принята гипотеза: усиление профессиональной направленности обучения студентов технических вузов математическим дисциплинам:
1)повышает уровень познавательной активности; в частности, повышает и делает более осознанным интерес к математике как к учебному предмету;
2) благоприятствует формированию приемов прикладного математического исследования;
3)способствует повышению уровня использования студентами математического аппарата при изучении общетехнических и специальных дисциплин.
Проблема и гипотеза нашего исследования определили следующие задачи: - изучить опыт преподавания математики в техническом вузе; -определить основные направления реализации профессиональной направленности обучения математическим дисциплинам; -разработать методические рекомендации по изучению теоретического материала и по проведению практических занятий по теме «Дифференциальные уравнения», обеспечивающие усиление профессиональной направленности обучения математическим дисциплинам в техническом вузе; -выделить в учебно-исследовательской работе студентов линию на усиление профессиональной направленности обучения математическим дисциплинам; - экспериментально проверить целесообразность и эффективность разработанной методики обучения.
Методологическую основу исследования составили документы по вопросам совершенствования работы высшей школы, основные положения современной психологии и педагогики высшей школы, раскрывающие содержание и пути формирования профессиональных навыков.
Методы исследования: теоретические (изучение и анализ философской, психолого-педагогической, математической и методической литературы по проблеме исследования); общенаучные (педагогическое наблюдение, беседы, опросы, анкетирование); общелогические (сравнение и обобщение педагогического опыта, анализ научной литературы); экспериментальные (констатирующий, поисковый и обучающий эксперименты по проблеме исследования); статистические (обработка результатов педагогического эксперимента).
Исследование проводилось с 1995 по 2000 г. в Самарской государственной сельскохозяйственной академии в несколько этапов.
На первом этапе исследования был проведен констатирующий эксперимент и проанализировано состояние рассматриваемой проблемы на основе изучения литературы, диссертационных исследований и опыта работы.
На втором этапе, который носил поисковый характер, было продолжено изучение литературы по философии, психологии, педагогике, методике преподавания математики и исследований в соответствии с поставленными задачами.
Разрабатывались методические пособия и рекомендации, с использованием которых велось преподавание курса математики в Самарской государственной сельскохозяйственной академии (специальности «Механизация сельского хозяйства», «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства», «Механизация переработки сельскохозяйственной продукции»). В ходе этой работы вносились коррективы в разработанную методическую систему.
На третьем этапе проводилось экспериментальное преподавание по разработанным материалам, анализировались его результаты.
Научная новизна исследования состоит в следующем: предложены пути усиления профессиональной направленности изучения математики в технических вузах, заключающиеся в совершенствовании содержания теоретического материала; внесении изменений в совокупность задач, решаемых на практических занятиях; развитии навыков исследовательской и поисковой работы через УИРС. - разработана методика профессиональной направленности лекционных и практических занятий по математическим дисциплинам, включающая в себя увеличение удельного веса задач, представляющих интерес с точки зрения общетехнических или профилирующих кафедр, усиление внимания к обучению студентов математизации ситуации, что приводит к обеспечению мотивации всей учебной работы при изучении математических дисциплин в технических вузах; а также методика включения элементов исследовательской деятельности в учебный процесс. Позволяющих формировать творческую активность и самостоятельность студентов, индивидуализировать учебный процесс, вооружать студентов умениями и навыками инженера-исследователя.
Практическая значимость проведенного исследования определяется тем, что разработанные на его основе методические материалы (методические пособия, методические разработки лекций и практических занятий, задания для УИРС) существенно усиливают профессиональную направленность преподавания математики и могут быть использованы преподавателями технических вузов в их практической деятельности.
На защиту выносятся: -сущность понятия профессиональная направленность обучения математическим дисциплинам в техническом вузе; -методические рекомендации по чтению теоретического курса и проведению практических занятий, направленные на изложение материала с максимальным приближением общих положений математики к решению задач, необходимых инженерам - механикам в будущей практической деятельности по специальности; а также по организации и проведению учебно-исследовательской работы студентов, заключающейся в подготовке докладов, рефератов, выполнении расчетно-графических работ, индивидуальных творческих заданий, служащих формированию специалиста-исследователя.
Обоснованность и достоверность проведенного исследования, его результатов и выводов обусловлены опорой на теоретические разработки в области психологии, педагогики, методики преподавания математики; на анализ вузовской практики; данные экспериментальной проверки, предлагаемой методики усиления профессиональной направленности.
Апробация основных положений и результатов исследования осуществлялась в форме открытых занятий; сообщений на заседаниях методического семинара факультета механизации СГСХА; докладов на заседаниях кафедры высшей математики СГСХА, на научно-практических и конференциях, проводимых в Самарской государственной сельскохозяйственной академии в 1997-2000 г.
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии и приложения. Объем диссертации 141 страница основного текста и 15 страниц библиографии.
Современное состояние математического образования в технических вузах
В настоящее время с учетом вхождения России в мировое экономическое сообщество отечественное профессиональное образование переживает период реформирования. Рассматривая перспективы профессионального образования, A.M. Новиков [123, с.38] формулирует четыре основные идеи:
Первая (образование - личность) - гуманизация профессионального образования как коренной поворот от технократической цели - обеспечения производства кадрами, их приспособления к нуждам производства, к гуманистическим целям профессионального становления и развития личности.
Вторая (образование - общество) - демократизация профессионального образования как переход от жесткой централизованной и повсеместно единообразной системы организации профессионального обучения к созданию условий и возможностей для каждого учебного заведения, каждого преподавателя и студента наиболее полно раскрыть свои возможности и способности.
Третья (образование - производство) - опережающее профессиональное образование: уровень общего и профессионального образования людей, развития их личности должно опережать уровень развития производства, его техники и технологии.
Четвертая вытекает из рефлексии категории образования -непрерывное образование - «образование через всю жизнь».
«"Потребителем" профессионального образования являются, во-первых, каждый конкретный человек, личность, во-вторых, общество в целом (не государство, а именно общество); в-третьих, производство (в широком смысле) где будет трудиться ее будущий выпускник. Эти интересы не тождественны. Они должны рассматриваться сегодня, как независимые, одинаково важные и образующие в идеале гармоническое триединство» [123, с.42]. Это положение позволяет сформулировать три общие цели профессионального образования:
1. Создание условий для овладения профессиональной деятельностью, получения квалификации для включения человека в общественно-полезный труд в соответствии с его интересами и способностями.
2. Воспитание социальноактивных, творческих членов общества, овладевших системой общечеловеческих и национальных ценностей и идеалов, способных к преобразованию производства, производственных экономических и общественных отношений, участию в управлении; обладающих чувством гражданской ответственности за результаты своего труда, деятельность предприятия, фирмы, учреждения, где они работают, за охрану природы, за судьбы страны и мира.
3. Удовлетворение текущих и перспективных потребностей производства в экономической, социальной культурной и других сферах в квалифицированных специалистах, соответствующих требованиям гуманитарного, социального и научно-технического прогресса, обладающих широким общеобразовательным и профессиональным кругозором, профессиональной мобильностью [123, с.43].
Эти цели профессионального образования требуют переосмысления многих позиций во всем образовательном процессе - в содержании, формах, методах и средствах профессионального обучения и воспитания студентов.
Структура профессиональной подготовки инженера в техническом вузе на современном этапе вполне определилась, и включает в себя следующие составляющие: гуманитарную, естественнонаучную, инженерную, производственно- практическую. Естественнонаучная подготовка обеспечивает базу для овладения будущими специалистами основ технических наук. Она требует решения целого ряда проблем, связанных с оптимальным отбором содержания учебных дисциплин, структурных составляющих, постановкой целей и задач учебных курсов, разработкой критериев эффективности процесса усвоения студентами предметных, специальных и профессиональных знаний и их регионального компонента.
Естественнонаучная составляющая в подготовке инженера представлена курсами математики, информатики, физики, теоретической механики и химии. Они позволяют будущим специалистам усвоить закономерности возникновения и функционирования технического знания, научиться использовать их в практической деятельности. Особенно динамична и требует постоянной корректировки и совершенствования в условиях развития общества, науки и техники система обучения способам использования математических знаний при изучении цикла общетехнических и специальных дисциплин и решения задач профессиональной подготовки.
Цели профессионального образования [123, с.43] обусловили изменение требований к качеству математического образования выпускников инженерно-технических, экономических, сельскохозяйственных и других вузов.
Пути усиления профессиональной направленности изучения математических дисциплин в техническом вузе
В пункте 1.1 мы кратко описали работы, рассматривающие проблему профессиональной направленности обучения в средних специальных и высших учебных заведениях.
Рассмотрим более подробно те пути, которые предложены исследователями для реализации профессиональной направленности обучения математике.
Так, например, в диссертационной работе Алиевой Т.М.К. [3], исследующей профессиональную направленность обучения математике в средних профессионально-технических училищах, готовящих кадры для нефтяной промышленности, рекомендованы следующие пути:
1. «Сообщение учащимся о возможных практических областях применения изучаемого материала.
2. Использование производственно- технического материала при формировании теоретических понятий по математике.
3. Решение задач с производственным содержанием.
4. Применение на уроках математики учебной инструкционно-технологической документации.
5. Проведение лабораторно- практических работ по математике производственного характера.
6. Изготовление учебно-наглядных пособий (технологические схемы, таблицы, плакаты, эскизы и др.) и моделей производственных деталей с объяснением их геометрических форм и назначения.
7. Использование для самостоятельной работы учащихся различного рода заданий, содержащихся в учебно-технологической документации; конкретных расчетных работ, выполнение которых связано с применением знаний и умений по общетехническим и спецдисциплинам и математике, что способствует формированию у учащихся навыков творческой деятельности.
8. Работа учащихся по заданию учителя со справочной и технической литературой для выполнения расчетных работ, связанных с их профессией ». Из диссертационных исследований, связанных с профессиональной направленностью обучения математике в высших технических учебных заведениях, Федорова СИ. для усиления профессиональной направленности предлагает:
- насыщать учебный материал задачами, позволяющими прогнозировать перспективы его использования в существующих методиках анализа радиотехнических процессов и устройств.
-дидактически строить содержание раздела в последовательности, предусматривающей возможность теоретических обобщений такого высокого уровня, как обобщение теории рядов Фурье для более широкого класса функций и образования новой теории (интеграла Фурье)» [162, с.
17].
В качестве основного средства реализации профессиональной направленности межпредметных связей математики, в работе Михайловой И.Г. [ПО] выделены два вида прикладных задач: «первый вид - это задачи, в которых используются профессиональные понятия и термины для придания математическим понятиям специального смысла; чаще всего они рассматриваются в качестве мотивационных задач, при построении математической модели в изложении нового материала, второй вид- это задачи, условия которых ставят студента в некоторую профессиональную ситуацию, требующую применения изученных математических методов; они позволяют развивать профессиональное мышление студента, готовить его средствами математики и будущей профессиональной деятельности и повышать интерес к занятиям непосредственно математикой» [ПО, с. 116].
Автором также охарактеризованы методьг осуществления профессиональной направленности межпредметных связей математики в опытно- экспериментальном обучении. Выбор методов обучения обусловлен их профессиональной значимостью и направленностью у студентов качеств инженерной деятельности. Это метод математического моделирования и самостоятельная работа.
Согласно проведенному анализу методических исследований, усиление профессиональной направленности в техническом вузе, по нашему мнению, может быть достигнуто:
1. Совершенствованием содержания теоретического материала, что предполагает:
а) мотивационное обеспечение всей учебной работы;
б) прогнозирование перспектив использования теоретического материала;
в) обогащение курса вопросами проблемного характера, создание проблемных ситуаций, важных как в образовательном, так и в прикладном аспектах.
2.Внесением определенных изменений в совокупность задач, решаемых на практических занятиях. Это предполагает:
а) увеличение удельного веса задач, представляющих интерес с точки зрения одной из общетехнических или профилирующих кафедр;
б) усиление внимания к обучению студентов математизации ситуации через решение специально подобранных задач;
3.Развитием навыков исследовательской и поисковой работы через УИРС.
Методические основы профильного изучения теоретического материала математических дисциплин (на примере изучения раздела « Дифференциальные уравнения»)
Особенностями построения теоретического курса в техническом вузе, по нашему мнению, является изложение материала с максимальным приближением общих положений математики к решению задач, необходимых инженерам - механикам в будущей практической деятельности по специальности.
В приложениях математики к механическим наукам дифференциальные уравнения занимают особо важное место. Многие прикладные процессы с их помощью описываются проще и полнее. Дифференциальные уравнения дают возможность решать многие вопросы общетехнических и прикладных дисциплин: физики, теоретической механики, сопротивления материалов, гидравлики, теории машин и механизмов; часто сами возникают при решении этих вопросов.
Обыкновенные дифференциальные уравнения, представляющие сами по себе большой теоретический и практический интерес, являются фундаментом для многих других разделов высшей математики, например для уравнений, с частными производными, уравнений математической физики, вариационного исчисления, а также базой для глубокого изучения механики, физики и других естественных наук.
Изучение дифференциальных уравнений студентами инженерных специальностей происходит на этапе, когда студенты имеют достаточную математическую подготовку, ими изучены основы линейной алгебры и аналитической геометрии, дифференциальное и интегральное исчисление функций одной переменной, функции нескольких переменных, кратные и криволинейные интегралы.
Полученная математическая база служит реализации профессиональной направленности обучения студентов дифференциальным уравнениям. На этой основе могут быть сформулированы следующие цели:
- расширить представление студентов о широком диапазоне дифференциальных уравнений в специальных дисциплинах, о значимости этой темы в общем плане математического образования инженера -механика.
- сформировать умение строить математические модели для встречающихся явлений, используя для этого язык дифференциальных уравнений.
- активизировать стремление студентов к совершенствованию своей математической подготовки для успешного изучения специальных дисциплин и получения профессиональных навыков.
Мы считаем, что процесс обучения на этом этапе достигает поставленных целей при выполнении следующих условий:
1) содержание теории дифференциальных уравнений представлено как целостная теория со своей системой базовых знаний;
2) работа преподавателя обеспечивает формирование навыков эвристического, прогностического мышления в системе умений и навыков усвоения целостных математических теорий;
3) в единстве с проблемно-поисковым методом увеличивается удельный вес информационного изложения, когда совокупность проблемных вопросов создает ситуации поиска теоретических обобщений, прогнозирование возможностей их применения для описания различных процессов;
4) преподаватель требует от студентов не только целостного воспроизведения изучаемой теории, но и перспектив ее применения для описания процессов и устройств, которые им придется изучать в спецдисциплинах;
5) преподаватель стимулирует восприятие математики как дисциплины профессионально-значимой.
Опыт показывает, что студенты часто усваивают тему «Дифференциальные уравнения» на довольно высоком уровне абстракции, не воспринимая дифференциальные уравнения как аппарат решения профессионально значимых задач. Отсюда и весьма ограниченное представление о сфере приложений этого раздела.
Чтобы избежать таких рассогласований в общей системе подготовки специалистов мы предлагаем:
1) насыщать учебный материал задачами, примерами, показывающими широту применения дифференциальных уравнений, перспективы использования теоретического материала.
2) строить лекцию как диалогическое общение преподавателя со студентами, предметом которого является вводимый материал.
Возникнув как особый метод сообщения знаний еще в античном мире, лекция остается важнейшей формой организации учебной работы в современных высших учебных заведениях. «Лекция в значительной степени определяет пути проведения всех видов и форм обучения и поэтому может быть отнесена к исходной направляющей магистрали процесса обучения» [7]. Главная задача лекции - раскрытие сущности основных понятий, идей и теорий, ознакомление со способами применения теории на практике, формирование интереса к предмету.
Похожие диссертации на Профессиональная направленность обучения математическим дисциплинам студентов технических вузов
