Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретические основы формирования и развития познавательной самостоятельности студента технического вуза при обучении математике
1 Анализ и тенденции решения педагогических проблем в процессе обучения будущего инженера 21
2 Познавательная самостоятельность: подходы к пониманию сущности, пути формирования, критерии, компоненты, уровни развития 36
3 Компьютерные и web-технологии обучения в вузе 55
3.1. Понятие информационных технологий и их роль в процессе обучения 55
3.2. Возможности Интернета в обучении 69
3.3. Технологии программированного обучения 77
Выводы первой главы 81
Глава II. Методика формирования и развития познавательной самостоятельности будущего инженера при обучении математике с помощью web-технологий
1 Особенности организации процесса обучения математике, направленного на формирование и развитие познавательной самостоятельности с помощью web-технологий 83
2 Методика использования Web-технологий при обучении математике 93
Выводы второй главы 118
Глава III. Организация опытно-экспериментальной работы
1 Методика проведения опытно-экспериментальной работы 119
2 Статистический анализ результатов педагогического эксперимента 126
Выводы третьей главы 139
Заключение 141
Литература 143
Приложения 161
- Анализ и тенденции решения педагогических проблем в процессе обучения будущего инженера
- Особенности организации процесса обучения математике, направленного на формирование и развитие познавательной самостоятельности с помощью web-технологий
- Методика проведения опытно-экспериментальной работы
Введение к работе
Современное состояние науки и производства ставит перед профессиональным образованием задачи, требующие поиска и разработки эффективных педагогических технологий освоения фундаментальных знаний, оптимизации методик обучения, обеспечивающих высокое качество профессиональных компетенций. В связи с этим, необходим достаточно высокий уровень математической подготовки, развивающий творческую активность будущего профессионала, абстрактное мышление и позволяющий: - формировать целостную картину фундаментальных знаний на основе опыта, самостоятельности и рефлексии; - строить и анализировать математические модели инженерных и прикладных задач; - применять фундаментальные математические методы для повышения эффективности принимаемых решений в профессиональной деятельности.
Проблема математической подготовки будущих инженеров рассматривалась многими исследователями. Основными направлениями ее совершенствования являются: профессиональная направленность обучения математике через: а) содержательный компонент (прикладные задачи межпредметного характера, математическое моделирование) - СИ. Архангельский, В.А. Далингер, Ю.М. Колягин, Н.А. Лошкарева, И.П. Натансон, Г.И. Саранцев, В.В. Фирсов и др.; б) методический компонент (проблемное, контекстное обучение, самостоятельная исследовательская деятельность, сочетание коллективных и индивидуальных форм обучения) -А.А. Вербицкий, М.И. Махмутов, Н.А. Половникова, Н.Ф. Талызина, Т.И. Шамова и др.; в) мотивационно-ценностный компонент (Е.А. Василевская, Р.П. Исаева, О.Г. Ларионова, Н.В. Чхеидзе и др.); совершенствование содержание курса высшей математики в техническом вузе (Л.Д. Кудрявцев, В.Л. Куровский, Д. Пойа, А. Пуанкаре, А.Ф. Салимова, С.А. Розанова и др.); решение прикладных задач (Р.П. Исаева и др); повышение уровня подготовки абитуриентов (Л.Д. Кудрявцев, Е.Е. Волкова и др.); компьютеризация обучения математике (Я.А. Ваграменко, СП. Грушевский, Е.В. Клименко, Т.В. Капустина, М.П. Лапчик, В.М. Монахов, Н.И. Пак, З.В. Семенова, и др.); подготовка к изучению специальных дисциплин средствами математики, т.е. создание необходимой математической базы (С.Н. Мухина, Е.Н. Трофимец, Е.А. Зубова, Н.В. Скоробогатова и др.).
Анализ состояния проблемы в практике обучения в техническом вузе показывает, что более 80% студентов воспринимают математику как чисто абстрактную дисциплину, не испытывают потребности в расширении и углублении математических знаний и не умеют использовать их при изучении специальных дисциплин, ориентированных на будущую профессию. Наблюдения во время эксперимента и результаты анкетирования в начале первого года обучения будущих инженеров подтвердили тот факт, что студенты на этом этапе еще не убеждены в необходимости математических знаний в их будущей профессиональной деятельности, у большинства студентов отмечен низкий уровень мотивации к изучению математики. Кроме того, поисковый эксперимент показал неготовность студентов технического вуза к самостоятельной познавательной деятельности, недостаточную сформированность умений и навыков организации самостоятельной познавательной деятельности, некомпетентность в поиске источников и средств информации. Так, более половины из 120 опрошенных студентов-первокурсников не проявляют познавательного интереса к математике, две трети опрошенных студентов показали недостаточную сформированность приемов познавательной деятельности, более четверти опрошенных студентов не владели умениями самоконтроля. Все это приводит к социально-психологической дезадаптации вчерашних школьников в условиях высшего учебного заведения, к неготовности студентов включаться в научно-исследовательскую, аудиторную, внеаудиторную и самостоятельную деятельность.
Познавательная самостоятельность будущих инженеров в техническом вузе выступает в двуедином качестве: во-первых, от уровня ее сформированности зависит успешность обучения в вузе, во-вторых, чем выше уровень познавательной самостоятельности выпускника, тем выше его профессиональная компетентность, а значит, и конкурентоспособность на рынке труда. Следовательно, изучение факторов, способствующих развитию познавательной самостоятельности студентов в процессе обучения в вузе, является актуальной проблемой вузовской дидактики.
Вопрос развития познавательной самостоятельности студентов достаточно традиционен для дидактики высшей школы, вместе с тем, его актуализация сегодня связана с необходимостью подготовки инженерно-технических кадров, соответствующих требованиям рыночной экономики, более мобильных, способных создавать и внедрять новые информационные технологии. Современный специалист должен быть способным не только к репродуцированию уже имеющихся знаний, но и творческой деятельности, к нестандартному мышлению. Поэтому учебный процесс в вузе должен раскрыть и развить творческий потенциал студента, его способность к самообразованию и самореализации. Специально организованное развитие познавательной самостоятельности - основное условие успешной организации учебного процесса. Формирование познавательной самостоятельности студентов во многом обеспечивает развитие мотивации учения. Кроме того, познавательная самостоятельность является важнейшим условием личностно ориентированного образования, поэтому необходимость ее формирования и развития обуславливает актуальность поиска приемов, методов и форм организации учебного процесса в техническом вузе.
Вопросы развития самостоятельности и активности в обучении отражены в работах ведущих дидактов Л.Г. Аристовой, Л.Г. Вяткина, Б.П. Есипова, М.И. Махмутова, Н.А. Половниковой, Г.И. Саранцева, Н.Ф. Талызиной, Т.И. Шамовой и др. В современной психолого-педагогической науке проблема развития познавательной самостоятельности рассматривались в различных аспектах: например, Л.Г. Вяткин, И.Я. Лернер, В.Я. Ляудис, П.И. Пидкасистый, А.В. Усова занимались вопросами активизации самостоятельной познавательной и творческой деятельности личности; СИ. Архангельский, Н.Ф. Талызина рассматривали идеи формирования содержания образования и процесса обучения; В. А. Кузнецова, А.Н. Леонтьев, В.В. Сериков исследовали личностный аспект; О.Н. Балоян, В.П. Беспалько, Г.И. Железовская, Ю.В. Карякин исследовали возможности современных технологий в развитии познавательной самостоятельности личности; М.С. Каган, А.К. Осницкий изучали психологические основы развития познавательной самостоятельности; Л.Г. Вяткин, A.M. Матюшин, Т.И. Шалавина рассматривали данную тему в условиях проблемной организации занятий.
Если учесть устойчивую в последние годы тенденцию к снижению качества математической подготовки выпускников школ, неспособность большинства первокурсников оперировать большим объемом информации и выделять главное, а также несформированность у них навыков самостоятельной работы, то очевидно, что повышение качества обучения возможно обеспечить за счёт новых форм и методов организации педагогического процесса и структурирования материала. Возникает необходимость в создании таких адаптированных курсов, которые бы отвечали требованиям программы высшего профессионального образования и отражали логику и специфику математики и, кроме того, способны были удовлетворить запросы смежных учебных дисциплин. Вместе с тем, они должны быть рассчитаны на реальную академическую нагрузку в вузе и уровень подготовки студентов. В работах современных исследователей отражены попытки решить проблему отбора содержания курса математики и повышения эффективности учебного процесса. Следует отметить диссертационное исследование А.Н. Бурова по оптимизации процесса обучения математике в техническом вузе и структурированию содержания курса математики с учетом основных параметров качества математического знания (ступень абстракции, уровень усвоения и т.п.). Однако следует помнить о том, что его работа ориентирована на использование студентами компьютерных сред в процессе обучения курсу высшей математики и описана в результате апробации на базе Новосибирского государственного технического университета (НГТУ). Как известно, в НГТУ изучается собственно не «курс высшей математики», а отдельные предметы -«математический анализ», «линейная алгебра» и т.д., и на них отводится большее количество аудиторных часов. Фундаментальной разработкой теоретических основ адаптированных технологий является диссертационное исследование Е.З. Власовой по адаптивным технологиям обучения, где представлено теоретическое обоснование необходимости эффективного использования развивающего потенциала информатики для совершенствования профессиональной подготовки студентов педагогических вузов. Несмотря на очевидную ценность результатов её работы как решения крупной теоретической проблемы в области проектирования и разработки адаптивных технологий обучения, мы, со своей стороны, должны учитывать особенности обучения студентов математике и специфику обучения в техническом вузе. Созданию адаптивных систем посвящены работы А.С. Границкой, Л.И. Долинера, Н.В. Шил иной, В.А. Шухар диной и других исследователей. Современные разработки по адаптивным системам и технологиям обучения в основном ориентированы либо только на школу (А.С. Границкая), либо на использование только тестовых компьютерных технологий (Н.А. Гулюкина, М.Р. Меламуд и др.), либо на нематематические дисциплины (Е.З. Власова), либо не в техническом вузе. В частности, недостаточно исследованы возможности системы инновационных методов и средств, эффективно воздействующих на процесс повышения уровня математической подготовки в рамках традиционных форм обучения (лекции, практические занятия и т.д.).
Система образования во все времена опиралась на достижения науки и техники, способствуя, в свою очередь, дальнейшему их развитию. На современном этапе развития системы высшего образования невозможно добиться качественной подготовки специалиста в инженерном вузе без использования информационных технологий. В области теории и практики применения образовательных информационных технологий работали многие ученые и специалисты. Среди них В.Н. Алдушонков, А.И. Архипова, П.Р. Атутов, В.П. Беспалько, Я.А. Ваграменко, К.А. Вольхин, Т.Ю. Горюнова, СП. Грушевский, Б.С. Гершунский, В.П. Дьяконов, А.П. Ершов, Т.В. Капустина, И.Д. Клегерис, Е.В. Клименко, А.А. Кузнецов, Л.Н. Ланда, В.М. Монахов, Н.И. Пак, Ю.А. Первин, Е.С. Полат, И.В. Роберт, С.А. Самсонова, В.Д. Симоненко, Е.К. Хеннер, А.В. Хуторской и др.
Систематические исследования в области компьютерной поддержки процесса обучения имеют более чем 30-летнюю историю. За этот период в США, Канаде, Англии, Франции, Японии, России и ряде других стран было разработано большое количество компьютерных систем учебного назначения. В методологическом плане разработка и использование компьютерных средств поддержки обучения с самого начала развивались по двум направлениям, слабо связанным между собой. Первое обусловлено применением программных средств с изначально встроенными алгоритмами дидактических действий. В рамках второго направления используются математические инструментальные среды для компьютерной поддержки обучения математике и информатике. Данные программные продукты, не обладая изначально заданными требованиями к алгоритмизации математических действий, создают систему информационно-дидактического обеспечения, при котором выбор и осуществление действий выполняется учащимися самостоятельно (В.П. Дьяконов, С.А. Дьяченко, Т.В. Капустина, Т.Д. Ниренбург, А.И. Плис, У.В. Плясу нова, А. А. Смирнов).
Технология World Wide Web, или Web-технология была изобретена в начале 90-х годов и нашла широкое применение для информационного обмена. Web-технология - это технология навигации по гиперссылкам, которая позволяет создавать различные обучающие системы, а те, в свою очередь, являются основой для организации различных форм дистанционного образования. Модель дистанционного образования, разработанная в России в 90-е годы В.Г. Кинелевым, B.C. Меськовым, В.И. Овсянниковым, В.В. Вержбицким и другими, рассматривает обучение как информационно-образовательную среду, основанную на современных средствах передачи и хранения информации. В центре этой концепции стоит преподаватель не как интерпретатор знания, а как координатор познавательного процесса, в функции которого входят корректировка преподаваемого курса, консультирование студента по всем аспектам учебной деятельности, включая профессиональную самоидентификацию. Студент при этом сам формирует индивидуальную образовательную траекторию из модульных компонентов курсов. Дистанционное образование не противопоставляется существующей в России системе образования и не является самостоятельной формой обучения, а предусматривает внедрение в образовательную практику новых технологий обучения, методов и принципов организации учебно-воспитательного процесса. На сегодняшний день в России около 20 ВУЗов и компаний предлагают программы дистанционного образования. Технология дистанционного обучения, как показывает опыт работы российских вузов (МЭСИ, СГУ и др.), может использоваться как для заочного, так и для очного обучения в качестве дополнительного средства повышения эффективности образовательного процесса. В рамках нашего диссертационного исследования рассматривается организация самостоятельной познавательной деятельности студентов технического вуза очной формы обучения с элементами технологии дистанционного обучения. Основное достоинство технологии дистанционного обучения - гибкость, позволяющая обучаемому самостоятельно выбирать время занятий и определять их интенсивность, находясь при этом в контакте с преподавателем.
В настоящее время формируется новый принцип построения обучающих систем: процесс обучения в них рассматривается как процесс управления знаниями обучаемого. Наиболее перспективным с точки зрения управления процессом обучения являются адаптивные обучающие системы (АОС). Под адаптивной системой понимают систему, которая отражает некоторые характеристики обучаемого в виде его модели и применяет данную модель для адаптации различных аспектов программированного обучения и контроля знаний. В широком смысле под моделью обучаемого понимают знания об обучаемом, используемые для организации процесса обучения. Это множество точно представленных фактов об обучаемом, которые описывают различные стороны его состояния: знания, личностные характеристики, профессиональные качества и др. В значительной мере развитию адаптивной методики способствовали работы Т. Бернерса-Ли. В середине 90-х годов XX века адаптивные техники стали применяться при создании Интернет-ресурсов. Значительный вклад в разработку этого направления внесли П.Л. Брусиловский, Т.А. Гаврилова, A. Kobsa, М. Specht и др. Большое внимание исследователей (Н.С. Анисимова, О.Р. Смолянинова, А.В. Осин и др.) заслуживают и мультимедиа технологии и особенно их внедрение в учебный процесс.
По нашему мнению, эффективным может стать обучение на основе конструирования предметного учебно-информационного комплекса (УИК). Учебно-информационный комплекс является средством обучения, представляющим собой синтез предметного учебно-методического комплекса и системы компьютерной, или информационной поддержки. Впервые эта структура была предложена С. П. Грушевским и далее развивалась в работах А.И. Архиповой, О.В. Засядко, Е.Б. Крымской и др. Основной особенностью УИК является введение в его структурные компоненты учебной информации, а также методики её изучения посредством системы локальных дидактических технологий и разнообразных возможностей информационных ресурсов.
В новом тысячелетии ожидается кардинальное изменение образования (на всех его ступенях - от дошкольного до высшего); на смену "push" - технологии обучения (т.е. всевозможным способам "проталкивания" знаний в головы обучаемых) придет "pull" - технология, т.е. такой способ представления информации, при котором обучаемый сам захочет "вытягивать" все новые и новые знания, причем чем дальше будет углубляться он в тайны неведомого, тем сильнее будет увлекать и затягивать его непреодолимая сила познания. Web-технологии позволяют наиболее эффективно использовать такие дидактические возможности как: доступность, т.е. доступен ли пониманию обучаемого предъявляемый учебный материал; адаптивность, т.е. учитываются ли индивидуальные особенности восприятия учебного материала; систематичность и последовательность учебного материала; визуализацию учебного материала; суггестивную обратную связь, т.е. существует ли обратная связь на действия обучающего и программного средства; интегративность, т.е. выбор режима учебной деятельности; интеллектуальность как развитие способностей, т.е. развитие мышления. Обучение студентов в технических вузах свидетельствуют, что эти возможности применяются частично.
К сожалению, методические аспекты информационных технологий обучения (ИТО) отстают от развития технических средств. Разработка средств ИТО для поддержки профессионального образования осложняется еще и необходимостью хорошо знать содержание предметной области и учитывать присущую ей специфику обучения. Именно отставание в разработке методологических проблем является одной из причин разрыва между потенциальными и реальными возможностями ИТО.
Несмотря на большое количество работ, остается неснятым ряд противоречий: между теоретической разработанностью необходимости формирования познавательной самостоятельности студентов и реальным уровнем организации этой деятельности при обучении математике в техническом вузе; между возможностями реализации теоретических исследований в области информационно-коммуникационных технологий в деле компьютеризации учебного процесса и недостаточным уровнем применения Web-технологий при обучении математике будущих инженеров; между теоретическими конструктами развития профессиональной мотивации студентов и отсутствием комплексного подхода для их реализации при обучении математике; между необходимостью актуализации личностного потенциала студентов при обучении математике и недостаточной разработанностью условий для самореализации личности посредством развития познавательной самостоятельности.
Поэтому актуальным вопросом является разработка такой компьютерной технологии, которая бы реально способствовала развитию познавательной самостоятельности у студентов технического вуза. Это определяет актуальность темы нашего диссертационного исследования -«Развитие познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике с использованием Web-технологий».
В связи с выявленными противоречиями возникла проблема исследования: каковы педагогические условия и механизмы развития познавательной самостоятельности при обучении математике студентов технических вузов с использованием Web-технологий.
Цель исследования: выявить педагогические условия и разработать механизмы развития познавательной самостоятельности при обучении математике студентов технических вузов с использованием Web-технологий.
Объект исследования: процесс обучения математике студентов технических вузов с использованием Web-технологий.
Предмет исследования: педагогические условия и методика использования Web-технологий для развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике.
Гипотеза исследования: процесс развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике с использованием Web-технологий будет более эффективным, если: а) выбор педагогических условий будет способствовать созданию адаптивной среды взаимодействия всех участников образовательного процесса; б) интеграция математической и информационной деятельности будет реализована в специально организованной компьютерной среде.
В соответствие с целью, предметом и гипотезой были поставлены следующие задачи исследования:
Выявить ведущие тенденции, особенности генезиса, опыта формирования и развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза в ходе психолого-педагогического анализа современной теории и практики.
Уточнить сущность познавательной самостоятельности будущих инженеров и ее особенности на основе использования Web-технологий при обучении математике и обосновать ее характеристики, критерии и уровни.
Выявить и обосновать педагогические условия развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике с использованием Web-технологий.
Разработать интерактивную и адаптивную обучающую компьютерную среду и методику ее использования при обучении математике на основе Web-технологий как эффективный механизм развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза.
Провести опытно-экспериментальную работу по проверке эффективности реализации педагогических условий и механизмов развития познавательной самостоятельности студентов при обучении математике с использованием Web-технологий.
Теоретико-методологической основой исследования служат идеи, концепции и подходы многих известных отечественных и зарубежных ученых в разных научных областях: теории учебно-познавательной деятельности (СИ. Архангельский, Ю.К. Бабанский, В.В. Давыдов, В.И. Загвязинский, И.Я. Лернер, П.И. Пидкасистый, М.И. Рожков, Л.Ф. Спирин, Н.Ф. Талызина, В.Д. Шадриков и др.); теории деятельностного подхода (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин, О.Б. Епишева, М.С. Каган, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн, Н.Ф. Талызина и др.), системного подхода (И.В. Блауберг, М.А. Данилов, М.И. Махмутов, В.А. Сластенин, Н.Ф. Талызина, В.Д. Шадриков, Э.Т. Юдин и др.); теории личностно-ориентированного обучения (Е.В. Бондаревская, И.А. Зимняя, В.В. Сериков, И.С. Якиманская и др); концепции профессиональной компетентности специалиста (Т.В. Кудрявцев, Б.Ф. Ломов, СЕ. Моторная, A.M. Новиков, СА. Татьяненко, А.В. Хуторской, М.Г. Ярошевский и др.) теории профессионально-ориентированного обучения (Н.А. Бакшаева, А.А. Вербицкий, Е.П. Ильин, Ю.П. Поваренков, Н.П. Фетискин, В.Д. Шадриков и др.) положения и выводы современной теории развития познавательной самостоятельности (И.Я. Лернер, М.С. Каган, Н.А. Половникова, Г.И. Саранцев, Н.Ф. Талызина, Т.И. Шамова и др); концепции информатизации общества и образования (В.Н. Алдушонков, Я.А. Ваграменко, Б.С Гершунский, СП. Грушевский, В.М. Демин, А.П. Ершов, Т.В. Капустина, А.А. Кузнецов, Е.И. Машбиц, В.М. Монахов, A.M. Новиков, Н.И. Пак, Ю.А. Первин, И.В. Роберт, О.Б. Тыщенко, Е.К. Хеннер и др.); вопросах интеграции математического образования (А.К. Артемов, М.И. Зайкин, В.И. Крупич, СГ. Манвелов, Л.М. Наумова, Г.И. Саранцев, А.В. Хуторской и др.), теории самоактуализации и самореализации в педагогике и психологии (Л.Г. Брылева, И.А. Витин, А. Маслоу, П.И. Пидкасистый, К. Роджерс, Л.М. Фридман и др.); технологии наглядно-модельного обучения (Г.Ю. Буракова, Д.С. Карпов, Т.Н. Карпова, И.Н. Мурина, Н.В. Скоробогатова, Е.И. Смирнов и др); теории и методики обучения в вузе (В.В. Афанасьев, СИ. Архангельский, В.А. Кузнецова, B.C. Леднев, Г.Л. Луканкин, В.М. Монахов, А.Г. Мордкович, С.А. Розанова, B.C. Секованов, Е.И. Смирнов, С.А. Татьяненко, В.А. Тестов, А.В. Ястребов и др.); концептуальные положения методики обучения математике (В.А. Гусев, Г.В. Дорофеев, Ю.М. Колягин, А.Г. Мордкович, Г.И. Саранцев, Л.В. Шкерина и др).
Для решения сформулированных задач были использованы следующие методы исследования:
Теоретические (сравнительный анализ литературных источников и диссертационных исследований по психолого-педагогическим, методическим, математическим аспектам, касающимся области исследования; анализ постановлений, концепций, программ; изучение передового педагогического опыта высшей технической школы);
Эмпирические (социологические методы - опрос, анкеты, интервью, наблюдения за работой студентов, преподавателей в учебном процессе, анализ продуктов творческой деятельности, педагогический эксперимент, педагогический мониторинг);
Общелогические (логико-дидактический анализ учебных пособий по математике, сравнение, обобщение учебного материала);
Статистические (обработка результатов педагогического эксперимента, их количественный и качественный анализ).
База исследования. Исследование проводилось поэтапно на базе Костромского государственного технологического университета с 2004 по 2009 гг. и включало несколько этапов.
На первом этапе (2004-2006) осуществлялся анализ психолого-педагогической, научно-методической литературы и состояния проблемы развития познавательной самостоятельности студентов технических вузов, проводилось эмпирическое исследование по обоснованию актуальности поставленной проблемы, осуществлялось теоретическое исследование сущности познавательной самостоятельности студентов в связи с использованием информационно-коммуникационных технологий (в частности, Web-технологий), формулировался понятийный аппарат, определялись цель, задачи, гипотеза исследования.
На втором этапе (2006-2007) выявлялись и обосновывались педагогические условия, факторы и механизмы развития познавательной самостоятельности в процессе обучения математике на основе анализа различных теоретических и практических подходов к использованию Web-технологий, разрабатывался семестровый курс математики с организацией онлайнового обучения.
На третьем этапе (2007-2009) проводился формирующий и контрольный эксперименты с целью подтверждения эффективности разработанного содержания и методики реализации курса математики с использованием Web-технологий для развития познавательной самостоятельности студентов, анализировались результаты опытно-экспериментального внедрения разработанной методики обучения математике, сопоставлялись и анализировались с помощью методов математической статистики полученные эмпирические данные по экспериментальной и контрольной группам, делались соответствующие выводы, выполнялось оформление диссертации.
Научная новизна исследования заключается в том, что 1. Выявлены и обоснованы педагогические условия для развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике с использованием Web-технологий на основе адаптивности, интерактивности и коммуникации.
Разработаны принципы, содержание, структура и этапы использования информационно-образовательного ресурса как средства развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике.
Разработана и обоснована дидактическая модель развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике с использованием Web-технологий на основе проектирования интерактивной и адаптивной обучающей компьютерной среды.
Теоретическая значимость исследования заключается в следующем:
Уточнена сущность понятия познавательной самостоятельности будущего инженера при обучении математике с использованием Web-технологий в направлении актуализации и творческого раскрытия личностного потенциала.
Разработана и обоснована методика развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике с использованием информационно-образовательного ресурса на основе адаптивности, интерактивности и коммуникации.
Обоснована возможность и эффективность использования Web-технологий для развития познавательной самостоятельности студентов при обучении математике в условиях наглядного моделирования и профессиональной направленности.
Практическая значимость исследования состоит в том, что:
Разработаны и реализованы учебные материалы в электронном виде для развития познавательной самостоятельности студентов при обучении математике.
Апробирована методика использования Web-технологий для организации самостоятельной работы студентов при обучении математике в техническом вузе, основанная на адаптивности и интерактивности информационно-образовательного ресурса.
3. Содержание, структура и принципы проектирования информационно- образовательного ресурса при обучении математике могут быть использованы в качестве ориентира для внедрения Web-технологий при организации самостоятельной работы студентов других специальностей. Достоверность и обоснованность результатов исследованияосновывается на непротиворечивости использования основных положений дидактических, методологических, психолого-педагогических, информационных, математических и научно-методических исследований; согласованностью теоретических и эмпирических методов, адекватных целям и задачам исследования; проведенным педагогическим экспериментом и использованием адекватных математико-статистических методов обработки полученных в ходе эксперимента результатов.
Личный вклад автора заключается в разработке и обосновании методики использования Web-технологий для развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике; выявлении педагогических условий и разработке методических средств развития познавательной самостоятельности с использованием Web-технологий у студентов технического вуза; проведении экспериментальной проверки эффективности использования Web-технологий при обучении математике студентов технического вуза.
Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялись путем проведения лекционных, практических, индивидуальных занятий по математике и организации самостоятельной работы студентов в Костромском государственном технологическом университете (КГТУ) в период с 2004 по 2009 годы.
Основные теоретические положения и результаты диссертационного исследования отражены в работах автора (статьи в научно-методических журналах), а также докладывались автором и обсуждались: на заседаниях кафедр высшей математики КГТУ и математического анализа ЯГПУ им. К.Д. Ушинского, научно-методических семинарах и конференциях: всероссийской научно-практической конференции «Современный урок математики: Теория и практика» в г. Нижнем Новгороде (2005 г.), IV, V, VI международных научно-методических конференциях: «Формирование профессиональных качеств современного специалиста в техническом университете», «Развитие профессионального инженерного образования: от текстильного института к инновационному университету», «Проблемы формирования профессиональных качеств современного специалиста в условиях модернизации высшего образования» в г. Костроме (2005, 2007, 2009 гг.), педагогических чтениях Ушинского (2008 г., г. Ярославль), Колмогоровских чтениях (2006, 2007, 2008, 2009 гг., г. Ярославль), на международной конференции «Problemes, exercices et jeux creatifs» (2008 г., Франция), международной научно-образовательная конференции «Наука в вузах: математика, физика, информатика. Проблемы высшего и среднего профессионального образования» в г. Москве (2009 г.). На защиту выносятся следующие положения:
Разработанная методика обучения математике с использованием Web-технологий и авторский информационно-образовательный ресурс студентов являются эффективным средством и механизмом развития познавательной самостоятельности будущих инженеров на основе адаптивности, интерактивности, интеграции математических и информационных знаний в учебной деятельности.
Педагогические условия (разноуровневость заданий, обобщенность теоретических конструктов и педагогических ситуаций; информационная насыщенность интерактивной образовательной среды; целостность проектирования процедур решения задач; межпредметная и внутри предметная интеграция знаний, умений и процедур в содержании и структуре интерактивного взаимодействия) способствуют реализации процесса развития познавательной самостоятельности студентов при обучении математике с использованием Web-технологий.
3. Дидактическая модель (принципы, факторы, педагогические условия, этапы использования информационно-образовательного ресурса) развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза с использованием Web-технологий является интегративной и структурообразующей основой эффективного обучения математике при проектировании интерактивной и адаптивной обучающей компьютерной среды.
Структура диссертации: Цели, задачи и методы исследования определили структуру диссертации, которая состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка из 162 наименований и 7 приложений. Общий объем работы 174 страницы, из них 142 страницы основного текста.
Анализ и тенденции решения педагогических проблем в процессе обучения будущего инженера
Изучая взаимодействие науки, техники, технологий и промышленного производства, исследователи выделяют три основные фазы развития науки. Первая - до второй мировой войны - трансформация кустарного производства в промышленное, начало индустриализации и развития фундаментальной науки, как базы для создания новой техники и технологий. Вторая - послевоенный период до начала 70-х годов XX века - создание индустриального общества, развитие массового производства и превращение науки в непосредственную производительную силу. И, наконец, третья -формирование постиндустриального информационного общества, основанного на знаниях, когда потребность в инновациях ставит на один уровень значимость фундаментальной и прикладной науки.
В эпоху индустриального общества основой технологического развития была фундаментальная наука. На базе нее создавались прикладные научные знания, используемые на практике. На этом принципе формировался и подход к инженерному образованию, широко используемый в настоящее время. Его суть заключается в том, что студентам вначале предлагается изучить математику и естественно-научные дисциплины, такие как физика и химия. При этом мало говорится о том, где и как можно и нужно использовать их на практике. Затем студентам предлагаются общеинженерные и специальные дисциплины, как прикладные науки, также, в основном, на уровне знаний без особых требований к их творческому использованию в реальном деле. Главным недостатком такого подхода к инженерному образованию является то, что в результате выпускник "может знать все, но не уметь делать ничего". Переход к новому типу цивилизации - информационному обществу, предъявляющему более высокие требования к интеллектуальному потенциалу специалистов, вызвал необходимость изменения системы образования, его технологий, методик обучения, усиления их действенности по развитию творческого мышления, его инновационности и прогностичности - формирования так называемого "опережающего" образования.
В постиндустриальную эпоху обществом уже накоплена масса фундаментальных и прикладных знаний, создан огромный информационный ресурс и главной целью становится создание новой конкурентоспособной продукции и новых рынков за счет умелого управления знаниями. Инновации в технике и технологии в настоящее время формируются на междисциплинарной основе в результате передачи знаний из одной области в другую. Распределение и комбинация фундаментальных и прикладных знаний, а главное их использование "неожиданным образом" в практических целях становится главной задачей инженера в его инновационной деятельности.
В этой связи, развивается новый подход к инженерному образованию. В последнее десятилетие теоретики и практики инновационного инженерного образования говорят о необходимости формирования у специалиста в области техники и технологии не только определенных знаний и умений, но и особых "компетенций", сфокусированных на способности применения их на практике, в реальном деле, при создании новой конкурентоспособной продукции. Изменяются образовательные программы и учебные планы. Уже в первый год обучения студентам показывают связь предлагаемого учебного материала с их будущей инженерной деятельностью, перспективами технического, технологического, экономического и социального развития общества. Такой педагогический прием позволяет выработать у студентов столь необходимую мотивацию к обучению, большую восприимчивость к теории при освоении ее через практику.
В настоящее время многие ведущие зарубежные университеты, такие как Aalborg University (Дания), Twente University (Голландия), Queen s University (Канада), Norwegian University of Science and Technology (Норвегия) и другие применяют новое содержание, а также проблемно-ориентированные методы и проектно-организованные технологии обучения в инженерном образовании. В результате достигается новое качество инженерного образования, обеспечивающего комплекс компетенций, включающий фундаментальные и технические знания, умения анализировать и решать проблемы с использованием междисциплинарного подхода, владение методами проектного менеджмента, готовность к коммуникациям и командной работе.
Одним из перспективных методов, используемых в инновационном инженерном образовании, является "контекстное обучение", когда мотивация к усвоению знания достигается путем выстраивания отношений между конкретным знанием и его применением. Этот метод является достаточно эффективным, так как аспект применения является для студентов критически важным. Не менее важным является "обучение на основе опыта", когда студенты имеют возможность ассоциировать свой собственный опыт с предметом изучения. Данные методы считаются методами активного обучения, поскольку в центре внимания находится студент, приобретающий знания через деятельность и на основе опыта.
Особенности организации процесса обучения математике, направленного на формирование и развитие познавательной самостоятельности с помощью web-технологий
Образование человека находится под влиянием двух основных факторов: индивидуальности, определенной природными задатками и образовательной среды. Результаты образования нельзя гарантировать, можно лишь повышать вероятность их достижения за счет облагораживания образовательной среды.
Задачи высшего образования в ходе подготовки инженеров усложняются год от года. И ни одна из не может быть решена помимо развития личных способностей и качеств студентов. В этом контексте очевидно особое значение организации самостоятельной познавательной деятельности будущих специалистов - как аудиторной, так и внеаудиторной. Не вызывает сомнений, что процесс самостоятельного постижения студентами учебного материала придает личностный смысл получаемому образованию, мобилизирует творческие силы обучающихся, актуализирует внутренние познавательные мотивы учения, способствует развитию навыков самообразования, будит стремление к саморазвитию, способность к рефлексии. Известно также, что именно самостоятельная работа, ее планирование, организационные формы и методы, система отслеживания результатов являются одним из наиболее слабых мест в системе высшего профессионального образования.
Поскольку «одним из важнейших резервов повышения эффективности высшего образования является оптимизация самостоятельной работы студентов» [135, С. 196], то, с нашей точки зрения, в условиях информатизации образования и ограниченного количества учебных часов, отводимых на изучение математики в техническом вузе, высококачественная математическая подготовка специалиста возможна лишь в том случае, когда основной упор сделан не столько на аудиторные занятия, сколько на самостоятельную деятельность студентов, объединенную с современными информационными технологиями в целом и web-технологиями в частности. Более того, введение новых государственных стандартов привело к тому, что значительная часть работы по освоению учебного материала переносится на внеаудиторные занятия студентов [105].
Однако, не любая деятельность может обеспечить положительную результативность в достижении желаемой цели, необходимо выключение студента в специально организованную деятельность. На наш взгляд, специально организованный учебный процесс немыслим без системы особых психолого-педагогических и организационно-педагогических условий, педагогических технологий, форм, методов и средств, отвечающих запросам личности студентов и способствующих развитию их познавательной самостоятельности.
Формирование и развитие познавательной самостоятельности будущего инженера осуществляется, главным образом, в процессе обучения. В различной литературе предлагается разное компонентное строение методических систем обучения в вузе. Обобщая эти взгляды и учитывая внедрение в учебный процесс Web-технологий, приходим к следующему составу организации процесса обучения:
- целевой компонент, который содержит общие и конкретные цели обучения;
- мотивационный компонент, который обеспечивает создание познавательной потребности с помощью специальных средств, методов и приемов;
- содержательно-операционный компонент, который включает в себя систему знаний и способов деятельности, усваиваемых студентами в процессе дидактического взаимодействия «преподаватель-студент» и в ходе самостоятельной работы, организованной при непосредственном или косвенном участии педагога;
- энергетический компонент, который мобилизует внимание, волю студентов, создает положительный эмоциональный настрой в познании, что обеспечивает усвоение знаний и способов деятельности, удовлетворение познавательной потребности, и, в конечном счете, достижение целей обучения;
- текущий контроль, в ходе которого осуществляется контроль преподавателя и самоконтроль студентов за процессом решения конкретных задач обучения и вносятся соответствующие коррективы;
- оценочный компонент, который представляет собой педагогический анализ результатов обучения, соотнесения их с поставленными целями и выявление в случае необходимости причин несоответствия для последующего учета при проектировании нового этапа обучения.
На основе анализа психолого-педагогической, методической, научной литературы мы выделяем следующие факторы, влияющие на развитие познавательной самостоятельности студентов с помощью Web-технологий:
1. Мотивационные - формирование потребности в овладении познавательной самостоятельностью как важнейшим фактором принятия решений в условиях действительности; развитие внутренних побуждений.
2. Содержательные - реализация возможностей системного, контекстного, личностно-ориентированного и деятельностного подходов в овладении знаниями.
3. Прикладные — реорганизация учебно-познавательной деятельности путем изменения способа обучения как важнейшей предпосылки доведения теоретических знаний до уровня их практического применения.
4. Процессуальные - овладение в учебно-познавательной деятельности общими методами и приемами обучения.
Методика проведения опытно-экспериментальной работы
В предыдущих главах нами были рассмотрены теоретические аспекты проблемы исследования и сконструирована дидактическая модель развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике с использованием информационно-обучающей среды студентов. Гипотеза проводимого исследования состояла в том, что процесс развития познавательной самостоятельности студентов технического вуза при обучении математике с использованием Web-технологий будет более эффективным, если:
а) выбор педагогических условий будет способствовать созданию адаптивной среды взаимодействия всех участников образовательного процесса;
б) интеграция математической и информационной деятельности будет реализована в специально организованной компьютерной среде.
Проверка данных предположений осуществлялась в ходе опытно-экспериментальной работы, в которой принимали участие студенты и преподаватели Костромского государственного технологического университета. Педагогический эксперимент проводился у студентов первого курса двух инженерных специальностей - «Технология художественной обработки металлов» и «Безопасность технологических процессов и производств»: экспериментальная группа (ЭГ) - 50 человек, и контрольная -50 человек (КГ). Занятия с контрольной группой проводились по обычной методике (преподаватель и традиционный учебник), а в экспериментальной группе — с использованием ИОР.
На первом этапе (2004-2006 гг.) осуществлялся анализ психолого-педагогической, научно-методической литературы и состояния проблемы развития познавательной самостоятельности студентов технических вузов, проводилось эмпирическое исследование по обоснованию актуальности поставленной проблемы, осуществлялось теоретическое исследование сущности познавательной самостоятельности студентов в связи с использованием информационно-коммуникационных технологий (в частности, Web-технологий), формулировался понятийный аппарат, определялись цель, задачи, гипотеза исследования. На данном этапе проводился констатирующий и поисковый эксперименты, цель которых заключалась в выявлении уровня сформированности профессиональной познавательной самостоятельности студентов механического и лесомеханического факультетов, в выяснении необходимости формирования познавательной самостоятельности, в выявлении педагогических условий для развития познавательной самостоятельности при обучении математике.
Поисковый эксперимент показал неготовность студентов технического вуза к самостоятельной познавательной деятельности, недостаточную сформированность умений и навыков организации самостоятельной познавательной деятельности, некомпетентность в поиске источников и средств информации. Так, более половины из 120 опрошенных студентов-первокурсников не проявляют познавательного интереса к математике, две трети опрошенных студентов показали недостаточную сформированность приемов познавательной деятельности, более четверти опрошенных студентов не владели умениями самоконтроля.
На втором этапе (2006-2007) выявлялись и обосновывались педагогические условия, факторы и механизмы развития познавательной самостоятельности в процессе обучения математике на основе анализа различных теоретических и практических подходов к использованию Web-технологий, разрабатывался семестровый курс математики с организацией онлайнового обучения.
