Формирование готовности к функционально-математическому моделированию при обучении математике студентов технического вуза 13. 00. 08 теория и методика профессионального образования
| Вид материала | Документы |
- Формирование профессионально важных качеств морских инженеров при обучении математике, 317.73kb.
- Формирование межкультурной компетенции на основе использования аутентичных видеоматериалов, 295.94kb.
- Формирование аксиологических компонентов профессиональной компетентности у студентов, 446.09kb.
- Формирование познавательного интереса к физической культуре у студентов технического, 405.85kb.
- Формирование готовности к жизнедеятельности в образовательной среде военного вуза, 344.76kb.
- Использование информационных технологий в обучении математике и информатике студентов, 405.25kb.
- Формирование лингвострановедческой компетенции студентов неязыковых факультетов педагогического, 483.03kb.
- Формирование научно-методологической компетентности студентов-магистрантов технического, 401.86kb.
- Развитие готовности студентов к межкультурной коммуникации в образовательном процессе, 540.73kb.
- Формирование кооперативных умений будущих специалистов в образовательном процессе технического, 459.9kb.
Достоверность и обоснованность полученных результатов заключаются в возможности перенесения технологии в новые педагогические условия; в репрезентативности объема выборки; в использовании методов математической статистики экспериментальных данных и обусловленности применения комплексной методики теоретического и экспериментального исследования, воспроизводимости полученных результатов и результативности экспериментальных данных, а также их количественном и качественном анализе.
Опытно-экспериментальная база исследования: Калининградский морской лицей (КМЛ), Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота (БГАРФ). В экспериментальном обучении участвовали лицеисты профориентированных классов КМЛ, студенты первого курса судоводительского факультета. В эксперименте принимали участие 150 обучающихся (лицеистов, студентов), более 25 преподавателей Лицея и Академии. В констатирующем эксперименте участвовали 25 студентов и трое преподавателей.
Положения, выносимые на защиту:
1. Готовность к функционально-математическому моделированию как аспект профессиональной методологической культуры инженера есть целостное свойство личности, структурированное взаимосвязью мотивационного, содержательно-процессуального, деятельностного и профориентационного компонентов, детерминированных функциями моделей в познании действительности.
2. Дидактический принцип модульного структурирования содержания междисциплинарных профориентированных знаний с целевой функцией педагогического предвидения результата способствует формированию готовности студентов к функционально-математическому моделированию.
3. Технология «ситуативного включения» (как системный дидактический метод) студентов в деятельность усвоения и применения знаний путем моделирования изучаемых процессов действительности является целевым условием эффективности формирования готовности к функционально-математическому моделированию.
4. Взаимосвязь педагогической цели образовательного процесса (в виде исследуемой «готовности»), дидактического принципа модульного структурирования предметного содержания, технологии «ситуативного включения» обучаемых в учебно-познавательную деятельность составляют педагогические условия, единство которых способствует формированию готовности будущих инженеров к функционально-математическому моделированию как аспекту их профессиональной методологической культуры.
Апробация и внедрение результатов исследования. Основные идеи и результаты исследования обсуждались на международной научно-практической конференции «Модернизация образования, экономики и управления как фактор эволюционирования современного общества» (Москва – Калининград – Смоленск, ноябрь 2010), на IX Международной конференции «Морская индустрия, транспорт и логистика в странах региона Балтийского моря: новые вызовы и ответы» (май 2011), на межвузовских научно-практических конференциях «Научно-технические разработки в решении проблем рыбопромыслового флота и подготовки кадров» (Калининград, 2008, 2010). Работа апробировалась на научно-методических семинарах, заседаниях кафедры теории и методики профессионального образования Института профессиональной педагогики Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота (БГАРФ), кафедры высшей математики БГАРФ. Внедрение результатов исследования осуществлялось в ходе авторской преподавательской деятельности. Материалы исследования внедрены в учебный процесс профессиональной подготовки студентов. Апробирован интегрированный комплекс пособий по предметно-содержательному модулю «Линейная алгебра и аналитическая геометрия», где системное построение теории алгебраических структур адекватно логике функционально-математического моделирования, развивающего эту теорию путем обобщения выделенного базового алгоритма. По результатам исследования опубликованы научные статьи и учебные пропедевтические пособия «Теория поля в механических процессах и задачах» (Калининград, 2009), «Линейная алгебра и аналитическая геометрия в содержательных модулях» (Калининград, 2011).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, пяти параграфов, выводов по главам, заключения, списка использованной литературы, приложения, 13 таблиц, 3 рисунков. Объем 159 страниц.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ
Во введении обосновывается актуальность проблемы исследования и формулируется его понятийный аппарат: определяются цель, объект и предмет исследования; уточняется его методологическая основа; описываются этапы и методы исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость; формулируются основные положения, выносимые на защиту; приводятся сведения об апробации и внедрении полученных результатов исследования.
В первой главе «Модернизация системы подготовки инженерных кадров в России как педагогическая проблема» дан анализ состояния проблемы в научно-педагогической литературе, что позволило выявить тенденции современного инновационного инженерного образования, ориентированного на создание условий для готовности профессионально компетентного специалиста-инженера.
Известно, что фундаментальное образование дает такие методологические знания, которые являются универсальными для дальнейшего саморазвития и самообразования на протяжении всей жизнедеятельности и позволяют при необходимости быстро и качественно овладевать новыми компетенциями и ориентироваться в любой новой профессиональной среде (В.В. Евстигнеев, В.Н.Лозовский, Г.В. Мухаметзянова, И. Попов, Н.Садовников, Н.И. Сысоев, С.С. Торбунов, В.Е. Шукшунов). В итоге фундаментализация профессионального образования становится непременным и ведущим условием в системе профориентированной подготовки будущих специалистов.
Важной задачей профориентированной подготовки будущих специалистов также является развитие представления о целостной естественно-научной картине мира, способствующее формированию внутренней потребности в саморазвитии и самообразовании творческого мышления.
Особая роль в решении задач инженерного образования принадлежит фундаментальным общеобразовательным дисциплинам, преподавание которых (как показывают исследования Э.Ф. Зеера, Ю.А. Конаржевского, В.П. Косырева, Е.В. Ткаченко и других ученых) направлено на формирование профессиональной методологической культуры будущего инженера в целом.
Анализируя существующие подходы к проблеме профессиональной компетентности специалиста, можно констатировать, что формирование профессиональной методологической культуры инженера не может быть осуществлено только на основе полученных знаний, умений и навыков без учета индивидуальных возможностей ориентироваться и принимать креативные решения в критических ситуациях, связанных со спецификой данной профессии (Г.А. Бокарева, Б.С. Гершунский, А.В. Хуторской и др.).
Выделяется роль математического образования в формировании профессиональной методологической культуры современного инженера (М.Ю. Бокарев, Б.В. Гнеденко и др.). А. Рождественский отмечает, что фундаментом российского элитного научно-технического образования была, есть и будет мощная естественно-научная подготовка. Действительно, естественно-научные знания играют ключевую роль в формировании профессиональной методологической культуры будущего инженера. По мнению ученых Г.А. Бокаревой, В.В.Евстигнеева, М.В. Носкова, С.С. Торбунова, В.А. Шершневой и др. именно математические знания должны занимать центральное место в процессе подготовки современного инженера. В исследованиях показано, что математическая подготовка является неотъемлемой и очень важной составной частью компетентности инженера. Недостаточный уровень математической подготовки в процессе обучения будущих инженеров приводит к тому, что при изучении общетехнических и специальных дисциплин происходит простое накапливание информации без глубокого понимания сущности происходящих процессов, их взаимосвязи и практического использования.
В современных условиях динамично развивающегося рынка интеллектуального труда значительно быстрее адаптируются специалисты, качество подготовки которых обеспечивает им профессиональную мобильность, достигаемую за счет высокого уровня естественно-научного образования. Являясь дисциплиной естественно-научного цикла, математика служит важнейшим инструментом познания окружающего мира, формирует такие общенаучные методы, как аналогия, сравнение, анализ, синтез, обобщение, индукция и дедукция, которые используются при решении прикладных, профессионально ориентированных задач методами математического моделирования.
Известно, что математическое образование в техническом вузе ориентировано не только на получение фундаментальных знаний, необходимых при изучении общенаучных и специальных (профильных) дисциплин (электротехники, начертательной геометрии, прикладной механики, гидравлики и многих других), но и на формирование таких свойств личности, как ее социальная и психологическая направленность на профессиональную деятельность. Математическое образование, таким образом, является дуально-целевым. Оно определяется единством самого знания и методологической культурой его применения для исследования изучаемых технических процессов (М.Ю. Бокарев, А.Н. Буров, Б.А. Василевская, А.Г. Головенко, А.П. Исаева, Р.А. Исаков, О.М. Калукова, И.Г. Михайлова, С.В. Плотникова, С.И. Федорова и др.).
Наиболее полно проблема профессиональной направленности преподавания математики в подготовке специалиста в морском вузе разработана в исследованиях Г.А. Бокаревой, где отмечено, что усвоение математических знаний в единстве с их прикладными аспектами способствует зарождению «стержневых» свойств личности: профессиональных убеждений, стремления к самосовершенствованию и др.
В настоящее время нельзя назвать область инженерной деятельности, в которой в той или иной степени не использовались бы методы моделирования. Конкурентоспособным и востребованным сегодня становится такой специалист, который обладает инвариантными способами перспективного моделирования инженерных решений, например, прогнозов и рисков. В современном мире существует объективная необходимость формирования интеллектуального потенциала инженера, в частности, развития его потенциальных возможностей моделирования изучаемых процессов (М.Ю. Бокарев, Н.Ю. Бугакова и др.).
В рамках решения первой и второй задачи нашего исследования, для расширения и уточнения содержания понятия «функционально-математическое моделирование» нами изучены научные подходы к определению понятия «модель», «моделирование» в философском, психологическом и педагогическом аспектах.
Существуют различные толкования этих понятий.
В.А. Штофф выделяет четыре признака модели: 1) модель – это мысленно представляемая или материально реализованная система, 2) воспроизводит или отражает объект исследования, 3) способна замещать его, 4) ее изучение дает новую информацию об объекте.
К.Е. Морозов дает обобщенную его формулировку и определяет модель как объект любой природы, который способен замещать исследуемый процесс или явление так, что их изучение дает новую информацию об изучаемых явлениях.
Определяя функции моделей, Б.А. Глинский, Б.С. Грязнов отмечают, что главная (гносеологическая) функция модели – это источник информации об оригинале, т.е. модель служит средством открытия новых закономерностей в исследуемом объекте. Авторы исследований, направленных на выявление функций моделей в обучении (Д. Брунер, П.Я. Гальперина, В.В. Давыдов, Н.Г.Салмина, Г.П. Щедровицкий и др.), указывают функции развития мыслительной деятельности: абстрагирующую, иллюстративную, трансляционную, объяснительную и предсказательную.
В частности, В.В. Давыдов абстрагирующую функцию рассматривал как промежуточное звено между теорией и действительностью. Объяснительную функцию он рассматривал с позиции установления закономерных связей, раскрывающих сущность явления. Д. Брунер описывал познание как отражение сущности объектов в моделях. Н.Г. Салмина считает, что моделирование связано с открытием нового.
Среди выделенных функций модели не выделена трансформирующая функция. Умение трансформировать имеющиеся знания является существенным, возможно, самым главным компонентом технического мышления. Нет и деления функций моделей на инвариантные (методологическая, гносеологическая) и специфические (объясняющая, интегративная, трансформирующая, имитационная) как средства познания действительности, способствующего становлению и развитию опережающего перспективного инженерного мышления.
Описано множество видов моделей и способов их классификации, например, по цели использования, области возможных приложений, способу оценки переменных и т. п. Так, В.А. Штофф предложил следующую классификацию моделей: по способу их построения (форма модели); по качественной специфике (содержание модели). Б.А. Глинский, наряду с обычным делением моделей по способу их реализации, разделяет модели по характеру воспроизведения сторон оригинала: субстанциональные, структурные, функциональные, смешанные.
Математические модели – класс знаковых моделей, широко использующих те или иные математические методы. А.А. Самарский определяет математическую модель как объект, отражающий в математической форме важнейшие его свойства. Таким образом, любая математическая модель позволяет по заданным исходным данным найти интересующие значения параметров моделируемого объекта или явления.
А.Д. Мышкис, Ю.В. Губарь к математическим моделям относят и функциональные модели. Однако понятие «функциональная модель» многозначно. Так, например, И.Б. Родионов, Б.Г. Юдин, Н.Н. Моисеев Ю.Г. Марков, Ю.В. Коровина, В.И. Дубейковский, С.В. Черемных и др. функциональную модель рассматривают в контексте информационных и коммуникационных технологий.
Таким образом, функциональная модель является средством описания работы (функционирования) той или другой системы или объекта, но при этом не раскрываются как инвариантные функции моделей для развития методов познания, так и специфические - для процесса, который эти модели описывают.
В нашем исследовании сущность понятия «модель» расширена за счет выявления функций самой модели в познании действительности, а не функций процесса ее построения как принято во многих психолого-педагогических исследованиях. В этой связи мы выделили виды моделей: формальные, графические, наглядно-эмпирические, информационно виртуальные и определили наиболее важные функции этих моделей в развитии интеллектуальных возможностей будущих инженеров (табл. 1).
Функции модели уточняют и само понятие «функционально-математическое моделирование». Под функционально-математическим моделированием мы понимаем процесс построения модели, которая выполняет определенные (выделенные) функции в становлении и развитии методов познания, при изучении моделируемой действительности.
В этой связи детерминантами структурирования содержания математических дисциплин выступают такие функции усвоения математических знаний в становлении и совершенствовании личности профессионалов, которые, являясь отражением в их сознании общих тенденций развития математического знания в целом, способствуют более широкому «включению» реальной действительности в структуру готовности студентов к профессиональной деятельности как целостного личностного образования.
Таблица 1
Функции моделей в познании реальных процессов действительности
| Модели | Функции | |||||
| инвариантные | специфические | |||||
| методологическая | гносеологическая | объясняющая | интегративная | трансформирующая | имитационная | |
| Формальные - это модели в виде различного рода аналитического описания процессов, явлений, объектов и т.д. | Расширение возможностей приложений изучаемого действительного процесса в результате его системного представления | Приобретение, накопление и сохранение знаний об изучаемых объектах, процессах и т.д. | Способ (метод) описания изучаемого объекта, процесса и т.д. | Синтезирует различные системы знаний и методов их изучения и приложения | Трансформирует системы межнаучных знаний | Различные виды имитации реальных объектов и процессов |
| Графические - это модели, в которых объект изображается в виде графа, графика рисунка, карты, чертежа и т.д. | Выполняет функцию сравнительного анализа, изучаемых объектов, представленных различными моделями | Делает невидимое и абстрактное «видимым». | Возможности предвидения результата, обозримости наглядности, компактности и т.д. | Способствует развитию конструктивно геометрического воображения | Описательно трансформирует знания инженерной графики в процесс построения графической модели | Имитирует процесс в виде графической модели, инициирует имитационное воздействие на виртуальный объект |
| Наглядно-эмпирические - это математические модели, знаковые, матричные и т.д. | Замена исходного объекта его «образом» в виде математической формализованной записи | Модель как инструмент познания, с помощью которого изучается объект действительности | Возможность представления различных процессов в виде одной математической модели | Интегрирует знания математики со знаниями естественно-научных, общетехнических, профориентированных дисциплин | Трансформирует математические знания в изучение других дисциплин | Процесс имитируется путем математических формул |
| Информационно-виртуальные - это модели в виде компьютерных программ и другого компьютерного ресурса | Виртуальное изображение изучаемых процессов в компьютерных программах | Информация как материальность, виртуальная предметность может быть подвергнута воздействию, преобразована необходимым образом | Возможность перспективного развития изучаемого объекта, процесса. | Выполняют интеграционную функцию на основе использования компьютерных программ, ресурсов Интернета | Трансформируют знания информационно-компьютерных технологий | Имитируют процессы в виртуальном пространстве |