Введение к работе
Актуальность исследования. Преобразования, происходящие в социально-экономической жизни общества, обусловили необходимость повышения роли технических вузов как генераторов инновационной активности в формирующейся экономике знаний и вызвали изменения в сфере образования. Модернизация современного российского технического образования требует качественно новой профессиональной подготовки инженера, обладающего профессионализмом и компетентностью в широкой предметной области, способного создавать и осваивать сложные технологии, адаптироваться к условиям быстроменяющейся информационной среды, адекватно реагировать на возникающие профессиональные проблемы, т.е. быть конкурентоспособным.
Традиционное обучение в технических университетах создало значительную базу знаний выпускников, позволяющую работать в различных сферах деятельности. Вместе с тем в ходе профессиональной подготовки выявляются факторы, способствующие возникновению у молодых специалистов трудностей в процессе выполнения ими профессиональных задач: отмечается недостаточность межпредметных связей и учета профессиональной направленности в содержании образования, что препятствует его целостному восприятию; существует разрыв между гуманитарными социально-экономическими, естественнонаучными и профессиональными дисциплинами; недостаточно уделяется внимания организации самостоятельной работы студентов; преимущественно используются традиционные формы и методы обучения. Отмечается противоречие между существующей системой подготовки специалистов для производства и инерционным характером профессиональной подготовки. Сегодня требуются инновационные технологии профессиональной подготовки, обращенные к личности студента и направленные на развитие его индивидуальных способностей, творческого потенциала, на становление профессиональной позиции. Все эти требования определяют необходимость повышения качества инженерного образования, принятия новой парадигмы высшего образования, где главной чертой является концепция компетентностного подхода к подготовке инженеров, которая предполагает достижение уровня профессиональной компетентности, позволяющего выпускнику вуза эффективно действовать в профессиональной области на уровне мировых стандартов, свободно владеть своей профессией и ориентироваться в смежных областях деятельности. В процессе реализации данной концепции особенно актуальной становится проблема овладения обучаемыми профессиональными компетенциями и компетентностью, необходимыми для дальнейшего решения профессиональных задач.
Инженер, осуществляющий деятельность по проектированию, информационному обслуживанию, организации производства, труда и управления, техническому контролю и т.п., участвует в создании интеллектуальной продукции. Современная техника построена на единых фундаментальных естественнонаучных принципах, которые и составляют основу подготовки по многим инженерным специальностям, поэтому в современных условиях особую актуальность приобретает проблема подготовки высшими учебными заведениями отвечающего требованиям рынка труда специалиста, система знаний которого опирается на прочный математический фундамент. Вследствие того, что основной задачей инженера считается разработка новых и оптимизация существующих решений с использованием математического аппарата, возникает необходимость в овладении студентами профессиональной математической компетентностью в ходе обучения в вузе. Однако усиление математической подготовки должно заключаться не в вытеснении специальных дисциплин фундаментальными, а в более тесной связи математических дисциплин со специальной подготовкой. В современном взаимосвязанном и взаимозависимом мире имеется настоятельная потребность в формировании у студентов технического вуза целостной картины мира, поэтому они должны быть подготовлены к использованию математических методов и математического моделирования как средства исследования широкого круга проблем, лаконичной формы выражения количественных и качественных закономерностей и выбора оптимальных решений, удовлетворяющих пользователя. Одним из наиболее важных аспектов этой проблемы является совершенствование теории и методики профессионального образования будущих инженеров на основе межпредметных связей. Межпредметные связи, выступая в качестве ориентира в познании и оценке явлений действительности, помогают формировать научное мировоззрение инженера. В этой связи перед техническим вузом возникает задача интегрирования традиционных технологий обучения с новыми прогрессивными, обеспечивающими формирование профессиональной математической компетентности инженера.
Различные аспекты профессиональной компетентности представляли сферу научных интересов многих исследователей. В работах В.И. Байденко, Э.Ф. Зеера, И.А. Зимней, А.К. Марковой, В.Д. Шадрикова, А.В. Хуторского и других выделены особенности проектирования компетентностной модели выпускника вуза, определены принципы ее построения. В последнее время появляется большое количество диссертационных работ, рассматривающих различные виды профессиональной компетентности будущего инженера (И.А. Гетманская, Г.И. Илларионова, Л.К. Иляшенко, И.В. Мурадханов, И.В. Шукурова, Е.Т. Хачатурова и др.). Теоретические основы профессиональной подготовки инженеров в техническом вузе нашли отражение в работах В.Г. Горохова, Н.Н. Грачёва, М.А. Розова, В.С. Стёпина и др. На страницах научно-педагогических журналов («Высшее образование в России», «Высшее образование сегодня», «Alma mater», «Инженерное образование») обсуждаются вопросы повышения качества инженерного образования, что подтверждает актуальность проблемы исследования, которая представлена в педагогике различными аспектами: рассмотрены тенденции подготовки инженеров (Р.В. Габдреев, З.С. Сазонова и др.); выделена специфика инженерной деятельности (В.Г. Горохов, В.А. Кайдалов, В.М. Розин, Ю.А. Голиков, В.П. Рыжов и др.), обоснован её инновационный характер (Б.Л. Агранович, М.А. Соловьёв, А.И. Чучалин и др.). Влияние математических знаний на качество профессиональной деятельности обосновано в трудах О.В. Авериной, Р.А. Блохиной, С.А. Севостьяновой, С.А. Шунайловой и др.
Однако в настоящее время отсутствуют исследования, раскрывающие специфику формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров с учетом возможностей системы высшего технического образования. Изучение состояния вопроса математической подготовки будущего инженера высшими учебными заведениями позволило выявить ряд следующих противоречий:
между запросом общества на технических специалистов, владеющих математической компетентностью для решения профессиональных задач в ситуациях неопределенности, и существующей системой математической подготовки студентов – будущих инженеров, не создающей в полной мере условий для формирования у них математической компетентности;
между необходимостью определения средств формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров с учетом специфики их деятельности на производстве и недостаточной разработанностью дидактических условий, обеспечивающих процесс профессионализации студентов;
между потребностью современного общества и производства в специалистах, способных самостоятельно принимать ответственные инженерные решения в области развития современной промышленности и внедрения в производство инновационных технологий, и недостаточной разработанностью педагогических технологий, обеспечивающих формирование математической компетентности студентов – будущих инженеров как профессионально значимого условия производственной деятельности.
Данные противоречия определили цель, предмет и выбор темы исследования – «Формирование профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров».
Цель исследования: обеспечить повышение качества профессиональной подготовки студентов – будущих инженеров посредством формирования у них профессиональной математической компетентности.
Объект исследования: процесс математической подготовки студентов – будущих инженеров в высшем техническом учебном заведении.
Предмет исследования: формирование профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров.
Гипотеза исследования: процесс формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров в полной мере будет отвечать требованиям математической подготовки технических специалистов, если будут выполнены следующие условия:
обоснована необходимость формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров в процессе обучения в высшем техническом учебном заведении;
раскрыта сущность и выявлена структура профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров;
определены средства формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров;
спроектирована и апробирована модель формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров;
создана и реализована в учебном процессе модульная программа профессионально ориентированного курса высшей математики.
Задачи исследования:
-
Обосновать необходимость формирования у студентов профессиональной математической компетентности в процессе их обучения в высшем техническом учебном заведении.
-
Раскрыть сущность и выявить структуру профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров.
-
Определить средства формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров.
-
Спроектировать и апробировать модель системы формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров.
-
Выявить условия эффективной реализации модели системы формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров.
-
Разработать модульную программу курса высшей математики на основе использования методики отбора содержания профессионально ориентированной математической подготовки студентов, учитывающей межпредметные связи.
Методологическую основу исследования составили: современные теории профессионального образования; философские, педагогические и психологические теории и концепции развития личности.
Теоретико-методологическая основа исследования:
теория системного (А.Н. Аверьянов, Н.В. Кузьмина, Ю.А. Кустов, В.Д. Шадриков, А.И. Субетто, Г.П. Щедровицкий, В.А. Якунин и др.), личностно-ориентированного (Ш.А. Амонашвили, Г.И. Железовская, В.С. Сухомлинский, И.С. Якиманская) и деятельностного (В.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.) подходов к организации процесса обучения с опорой на принципы целостности, историзма, конкретности и непрерывности;
теория отбора и структурирования содержания образования (И.Я. Лернер, Ю.К. Бабанский, В.В. Краевский, М.Н. Скаткин, Ю.В. Кустов, С.И. Архангельский и др.);
теория педагогических технологий (В.П. Беспалько, М.В. Кларин, В.М. Монахов, И.П. Волков, В.М. Шепель и др.);
теория непрерывного образования и педагогической интеграции (А.С. Асмолов, А.Л. Бусыгина, С.Н. Глазачев, М.И. Махмутов, В.В. Левченко и др.);
теория формирования математической компетентности специалистов в период профессиональной подготовки (А.Г. Мордкович, Б.В. Гнеденко, Н.Я. Виленкин, О.В. Аверина, С.А. Севастьянова, М.С. Казанчян, Г.И. Илларионова, Е.Т. Хачатурова, Л.К. Иляшенко, Ю.М. Колягин, Г.Л. Луканкин, У. Сойер, О.С. Тамер и др.);
теория компетентностного подхода (В.И. Байденко, Е.А. Артамонова, И.А.Зимняя, В.Д. Шадриков, Ю.Г. Татур, А.К. Маркова и др.);
теория самостоятельной познавательной деятельности обучающихся (П.И. Пидкасистый, Т.И. Шамова, В.А. Гусев, В.В. Давыдов, Ю.А. Кустов);
творческого саморазвития будущего специалиста (В.Н. Михелькевич, М.Н. Скаткин, В.И. Андреев, В.И. Щёголь, В.В. Давыдов и др.);
инновационные подходы к реализации межпредметных связей (В.И. Максимова, Н.Я. Виленкин, В.А. Далингер, В.М. Медведев, В.М. Монахов, А.Г. Мордкович, А.В. Беляева, С.М. Маркова, Ю.П. Петров и др.);
методики решения задач (А.В. Усова, Н.Н. Тулькибаева, В.А. Балаш, А.М. Мелешина и др.).
Методы исследования: для решения поставленных задач и проверки исходных предположений был использован комплекс взаимодополняющих методов исследования, адекватных его предмету: изучение и анализ психологической, педагогической, методической литературы; эмпирические методы (педагогическое наблюдение, беседы, анкетирование, тестирование, самооценка, анализ образовательных программ, эксперименты); моделирование; методы математической статистики (корреляционный анализ).
Опытно-экспериментальная база исследования: ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет (СамГТУ)».
Этапы исследования: исследование проходило в три этапа с 2004 по 2010 гг.
Первый этап (2004-2006 гг.). Изучение и анализ философской, социологической, социально-экономической, психолого-педагогической, учебно-методической литературы, посвященной различным аспектам профессиональной деятельности инженеров, что позволило обосновать исходные позиции, проблему исследования; были выявлены основные противоречия в проблеме формирования профессиональной математической компетентности студента технического вуза, что дало толчок к формулированию темы исследования; были определены цели и задачи исследования и обозначена гипотеза. Изучались и анализировались государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования по специальностям «Электрические станции» и «Электроснабжение», квалификационные характеристики, учебные планы и программы по математике для этих специальностей. Результатом этого этапа явилось определение методологии и методов исследования.
Второй этап (2006-2008 гг.) В ходе экспериментальной работы, анализа и осмысления опыта подготовки по формированию профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров проверялась и уточнялась гипотеза исследования, определялись суть и структура ключевых понятий; разрабатывалась структура профессиональной математической компетентности и конкретизировались средства их формирования. Результатом этого этапа исследования явилась разработанная модель формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров.
Третий этап (2008-2010 гг.). Теоретическое осмысление результатов экспериментальной работы послужило основой для внедрения и проверки эффективности модели формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров. Эмпирическое знание, полученное в ходе сравнительного анализа данных констатирующего и формирующего экспериментов, подвергнуто теоретическому анализу. Проведено оформление результатов исследования.
Научная новизна исследования:
обоснована необходимость формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров, обусловленная требованиями работодателей к качествам специалистов; потребностями самой личности в готовности к успешной реализации в профессиональной деятельности; целесообразностью внедрения компетентностного подхода, принципы которого предполагают уточнение адекватности профессиональной математической компетентности квалификационным характеристикам и Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования;
раскрыта сущность (интегративное свойство личности) и разработана структура профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров в виде совокупности компонентов (когнитивный; деятельностно-операционный; рефлексивный), отражающих их готовность к успешной инженерной деятельности;
определены средства формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров [дисциплина «Высшая математика» представляется модулями; спецкомпонент представляется профессионально ориентированными задачами и видами заданий, вырабатывающих умения использовать математические методы для решения профессиональных задач];
спроектирована и апробирована модель системы формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров, обеспечивающая достижение цели на основе компетентностного подхода;
определены педагогические условия эффективной реализации модели системы формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров: 1) выявление и учет значимости межпредметных связей между дисциплинами; 2) базирование содержательного элемента в модульной программе курса высшей математики; 3) усиление практической направленности за счет разработки профессионально ориентированных математических задач; 4) применение педагогического мониторинга для получения объективной информации о результативности осуществляемого учебного процесса и его оперативной коррекции;
разработана компетентностно-модульная программа курса высшей математики на основе описания трудовой деятельности через её функции и результат при использовании методики отбора содержания профессионально ориентированной математической подготовки студентов, учитывающей межпредметные связи.
Теоретическая значимость исследования: результаты исследования расширяют научное представление о профессионально ориентированной математической подготовке инженеров в соответствии с современными требованиями к специалистам; расширяют научное представление о средствах формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров; будут способствовать разработке содержательных аспектов математической подготовки инженеров.
Практическая значимость исследования состоит в том, что его результаты способствуют совершенствованию процесса подготовки студентов – будущих инженеров к профессиональной деятельности; выбору педагогических средств их профессиональной подготовки к сфере производства. Спроектированная система формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров и обеспечивающий ее учебно-методический комплекс (модульная программа курса «Высшая математика», пакеты трехуровневых профессионально ориентированных задач и тестов) внедрены в практику профессиональной подготовки студентов – будущих инженеров в ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет (СамГТУ)» и может применяться в других образовательных учреждениях данного типа.
Положения, выносимые на защиту.
-
Обоснованием необходимости формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров является характер современного производства, требующего высококомпетентных специалистов для наукоемких отраслей промышленности. Деятельность по проектированию, информационному обслуживанию, организации производства, труда и управления, техническому контролю и т.п. предполагает использование математических методов, которые позволяют специалисту адекватно ориентироваться в профессиональной ситуации. Таким образом, обнаруживается потребность в организации математической подготовки на основе компетентностного подхода, принципы которого ориентируют на формирование профессиональной математической компетентности.
-
Содержание математических компетенций (логико-аналитической; визуально-образной; информационно-компьютерной; исследовательской; креативной; прогностической), включенных в интегративную совокупность профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров выявлено на основе анализа требований ГОС, требований к качеству подготовки инженеров, содержания и видов профессиональной деятельности, профессиограмм, учебного плана и рабочих программ учебных дисциплин инженерной подготовки.
-
Модель системы формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров содержит в своей структуре четыре взаимосвязанных элемента: мотивационно-целевой, содержательный, организационно-процессуальный, рефлексивно-результативный.
-
Педагогическая технология формирования профессиональной математической компетентности студентов – будущих инженеров в процессе их математической профессионально ориентированной подготовки осуществляется посредством модульного курса «Высшая математика», разработанного на основе экспертных исследований и статистического частотного анализа.
-
Эффективность реализации модели системы формирования профессиональной математической компетентности будущего инженера обеспечивается при выполнении ряда педагогических условий: 1) определение и учет значимости межпредметных связей между дисциплинами; 2) базирование содержательного элемента в модульной программе курса высшей математики; 3) усиление практической направленности за счет разработки профессионально ориентированных математических задач; 4) применение педагогического мониторинга для получения объективной информации о результативности осуществляемого учебного процесса и его оперативной коррекции.
Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечена обоснованностью методологии исследования, соответствующей поставленной проблеме; его осуществлением на теоретическом и практическом уровне; применением комплекса методов, адекватных объекту, предмету, целям и задачам исследования; продолжительностью и корректностью экспериментальной работы, возможностью повторения экспериментальной работы; репрезентативностью объема выборки и статистической значимостью экспериментальных данных.
Апробация и внедрение результатов исследования. Результаты исследования нашли отражение в статьях, методических рекомендациях, опубликованных автором. Они обсуждались и получили одобрение на международных, всероссийских и региональных научно-практических конференциях (Самара – 2004, 2005, 2006, 2007, 2008, 2009 гг.; Москва – 2008 г.; Екатеринбург – 2008 г.; Кемерово – 2008 г.; Санкт-Петербург – 2009, 2010 гг.; Новосибирск – 2009 г.; Таганрог – 2009 г.; Бузулук – 2009 г.; Йошкар-Ола– 2010 гг.). Материалы исследования внедрялись автором в процессе педагогической деятельности в ГОУ ВПО «Самарский государственный технический университет (СамГТУ)», а также обсуждались на заседаниях и методологических семинарах кафедры психологии и педагогики ГОУ ВПО «СамГТУ» и кафедры высшей математики и прикладной информатики Самарского государственного технического университета.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка литературы из 167 наименований, содержит 6 приложений, 7 рисунков, 29 таблиц. Общий объем рукописи составляет 233 страницы.
