Предпосылки реформирования математического образования будущих инженеров агропромышленного комплекса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Предпосылки реформирования математического образования будущих инженеров агропромышленного комплекса

О.Н. Беришвили

Функционирование современного производства в условиях развития рыночных отношений связано с необходимостью обеспечения его конкурентоспособности на основе внедрения инновационной техники, использования наукоемких технологий. Появляются новые типы инженерных задач, отличающихся системным и междисциплинарным характером, глобальностью последствий результатов их решения. В связи с изменившимися социальными и производственными условиями, характером решаемых профессиональных задач современный инженер должен соответствовать следующим требованиям: профессиональная мобильность; владение методами моделирования, прогнозирования; способность творческого подхода к решению профессиональных задач; умение ориентироваться в нестандартных условиях и ситуациях; наличие трансдисциплинарных знаний и умений, что в значительной степени зависит от уровня общего и специального образования, составной частью которого является математическое образование [1, с. 12]. Таким образом, актуализируется проблема модернизации содержания математического образования как основы эффективной деятельности инженера в современном техническом пространстве.

В области профессиональной педагогики исследователи обращаются к проблеме математического образования в классических (И.И. Баврин, В.Ф. Бутузов, Н.Я. Виленкин, Г.Д. Глейзер, В.А. Гусев, Ю.М. Колягин) и технических университетах (Л.Д. Кудрявцев, А.Д. Мышкис, С.М. Никольский, С.В. Плотникова и другие). Представляют научный интерес работы, посвященные преподаванию математики на естественных факультетах (А. Анго, Я.Б. Зельдович, А.Н. Крылов, Л.Д. Кудрявцев, И.М. Яглом и др.). Ученые обращаются к проектированию содержания учебников с учетом принципов методики преподавания математики (В.П. Беспалько, Н.Я. Виленкин, В.Г. Дорофеев, Е.И. Исаев, А.Н. Леонтьев, Г.Л. Луканкин, В.И. Михеев, А.Г. Мордкович, В.А. Петровский, М.И. Шабунин, М.А. Чошанов и др.). Профессиональная направленность обучения математике в высших учебных заведениях реализуется на основе межпредметных связей (А.И. Еремкин, И.Д. Зверев, В.М. Максимова и другие). Доказывается, что фундаментализация и профессионализация учебного процесса (И.А. Володарская, В.М. Тихомиров) требуют развития критического мышления студентов в процессе обучения математике (С.А. Горькова), их готовности к изучению нового материала (В.А. Раутен). Готовность к профессиональной деятельности формируется в системе дистанционного обучения средствами математики (М.С. Чванова, М.В. Вышобокова). Вместе с тем вопросы проектирования содержания математического образования инженеров, адекватного современным запросам общества, государства, требуют дальнейшей разработки.

Реформирование математического образования (обновление его содержания, диверсификация учебных планов, внедрение современных образовательных технологий) должно осуществляться в контексте основных тенденций развития инженерного образования и с учетом методологических принципов математики как науки. Анализ научной литературы показал, что развитие отечественной системы образования подчиняется следующим тенденциям: переходу к многоуровневой системе, введению непрерывного образования, фундаментализации, компьютеризации, интеграции, гуманитаризации процесса обучения.

Потребность в фундаментализации как ведущей тенденции в образовании обусловлена быстро растущим объемом знаний, ускоряющейся сменой требований к профессиональной подготовке специалистов. На смену широкому спектру частных методов и алгоритмов, дифференцированных по отраслям, приходят технологии инженерной деятельности, в основе которых лежат общая методология, универсальные принципы и закономерности, общенаучные методы и понятия. Таким образом, в настоящее время важна не столько полнота профессиональных знаний, сколько освоение их гносеологического фундамента, понимание принципов строения, развития абстрактных теорий как наиболее универсальной, стабильной и компактной формы существования знаний. Принцип универсальности математического образования вытекает из универсальности математики как науки, обладающей предметной общностью, возможностью абстрагирования от количественных свойств социальных, природных и технических объектов: математика изучает специфические закономерности, присущие различным областям знания. Основу современной математики составляют теория множеств; математическая логика и аксиоматический метод, обеспечивающие целостность математического знания. Предметом исследования являются множества объектов произвольной природы с заданной системой отношений между их элементами -- математические структуры. Для решения прикладных задач абстрактные структуры необходимо интерпретировать (уточнить предмет, процесс, установить соотношения между значениями и комбинациями данных, связать их с помощью формул и т. п.). Возможность решения разного рода задач с помощью одного и того же математического аппарата способствует формированию общеметодологических, общесистемных представлений, способности «мыслить целостными категориями и действовать на практике сообразно методам получения таких фундаментальных знаний» [2, с. 5]. Универсальность математических методов проявляется в интенсивной математизации всех областей знаний в виде математического моделирования; обработки экспериментальных данных; интеграции математики с другими науками (математическая физика, экономическая математика и др.).

Фундаментализация образования, направленная на формирование умения мыслить и рассуждать, предполагает изучение логической составляющей математического образования. Свободное оперирование логическими понятиями необходимо для классификации совокупности объектов; формулирования гипотезы; выдерживания полноты дизъюнкций при переборах возможностей; проведения рассуждения по аналогии и индукции; построения обобщения и конкретизации; составления алгоритма действий, что важно для профессиональной деятельности инженера. Знание правил логики способствует выработке умений четко формулировать мысль; грамотно аргументировать суждения; правильно вести дискуссию; структурировать имеющую информацию; выделять главное, что обуславливает общеобразовательное, развивающее значение профессиональной подготовки при обучении математике. Таким образом, логический потенциал математики позволяет реализовать не только внутренние задачи предмета, но и внешние, общекультурные, а математическое образование рассматривать как составную часть гуманитарного.

Цель фундаментальной подготовки, заключающаяся в обеспечении готовности студентов к восприятию профессиональных знаний как в период обучения, так и в последующий период деятельности, может быть достигнута путем формирования комплекса математических и естественнонаучных знаний, позволяющих рассматривать «технические объекты как совокупность разнообразных процессов (механических, физических) на основе их математического моделирования» [3, с. 25]. В качестве онтологической предпосылки метода моделирования выступают различные формы проявления единства мира -- относительные инварианты существующих структур, законов и функций. При этом моделирование, являясь элементом содержания математического образования, также базируется на универсальности математических структур.

В настоящее время большая часть инноваций в технике и технологиях создается на междисциплинарной основе, что требует от инженера «сформированное™ комплексного восприятия явлений, предполагающего, в качестве основы наличие трансдисциплинарных знаний и умений» [1, с. 14]. Универсальность математических методов позволяет обнаружить существующие объективные взаимосвязи разных наук, «порожденные единством и целостностью материального мира, свойства которого они изучают» [2, с. 5]. Наибольшим потенциалом для реализации межпредметных связей обладает компьютерное моделирование, позволяющее максимально использовать межпредметные связи математики, информатики, физики, механики и специальных дисциплин, причем эти связи базируются на хорошо апробированной методологии математического моделирования, которая делает предмет цельным. При этом происходит смещение интеллектуальной деятельности из сферы решения задач (информационнологических и вычислительных операций) в сферу выявления проблем и принятия решений (формулировка проблемы, выделение существенного, выявление связей, выбор способа формализации, разработка алгоритмов решений, анализ полученных результатов), что подтверждает значимость математической составляющей при реализации тенденций фундаментализации и компьютеризации инженерного образования.

Математическое моделирование как средство реализации межпредметных связей предполагает использование законов, понятий, фактов, теорий из разных научных областей, предусматривает формирование навыков работы с информационными технологиями, развитие предрасположенности к получению новых знаний и их последующему совершенствованию. Специфика учебного процесса в техническом вузе состоит в практической направленности изучаемых дисциплин, в связи с чем образование характеризуется «соперничеством» тенденций фундаментализации и профессионализации. Математика представляет фундаментальную основу дисциплин технического направления (электротехника, материаловедение, сопротивление материалов, теоретическая механика), что позволит сбалансировать тенденции фундаментализации и профессиональной направленности обучения. Кроме того, основные операции мышления (сравнение, анализ и синтез, абстракция, обобщение, конкретизация), выполняемые при изучении математической теории, актуализируются при решении прикладных, профессионально ориентированных задач. Принцип интеграции фундаментальных и прикладных знаний находит отражение в создании научно-учебно-производственных комплексов, специфической для высшей школы формы синтеза науки, образования и производства, реализующих непрерывную многоуровневую систему подготовки специалистов.

Таким образом, эффективность инженерного образования на современном этапе обеспечивается основными тенденциями его развития, а специфические методологические принципы математики как науки способствуют реализации этих тенденций (см. рисунок).

Рис. Взаимообусловленность инженерного и математического образования

обучение математика профессиональный специалист инженерный

Реализация основных тенденций развития инженерного образования предполагает модернизацию его содержания на основе компетентностного подхода, сфокусированного на способности применять полученные знания в практической деятельности. Инженерная деятельность многофункциональна, включает в себя прием, изучение и переработку информации; организацию совместной деятельности; предвидение, планирование, проверку результатов; управление техникой и людьми [5, с. 203]. Сопоставляя структуру инженерной деятельности в системе «человек -- машина -- среда» со структурой педагогической деятельности в системе «человек -- человек», разработанной Н.В. Кузьминой, мы пришли к выводу, что они обладают общими компонентами (гностический, проектировочный, конструктивный, коммуникативный, исследовательский, организаторский), что позволило определить значение методологических принципов математики в реализации компонентов профессиональной деятельности (см. таблицу).

Таблица 1. Значение методологических принципов математики в реализации компонентов профессиональной деятельности

Рассмотрим, насколько методологические принципы математики учитываются при проектировании содержания математического образования будущих инженеров аграрно-промышленного комплекса. Анализ содержания действующих ГОС ВПО инженерных специальностей в составе общего направления «Агроинженерия» и нормативных документов, регламентирующих проектирование образовательных программ, показал, что в курсе высшей математики не предусмотрено изучение основ теории множеств и математической логики, то есть содержание математического образования не соответствует уровню развития современной науки.

В результате проведенного нами тестирования студентов второго курса инженерного факультета Самарской государственной сельскохозяйственной академии было выявлено следующее: студенты не владеют переводом с естественного на символический язык и обратно; не видят логической структуры математического предложения; не способны строить отрицаний предложений; путают противоположную и обратную теоремы; не знают логической структуры доказательства «от противного». Отсутствие логических способностей не дает возможности понять учебный материал и приводит к формальному усвоению знаний. Кроме того, отсутствие практики переноса математических отношений «внутри» математики (на различные множества) приводит к формальному осуществлению подобного переноса на внешние (физические, химические и другие) явления, что ведет к потере целостности восприятия математики как единой науки и взаимосвязи с другими общепрофессиональными и специальными дисциплинами.

Как показывает анализ учебных планов и программ, при построении учебных курсов различных циклов инженерной подготовки практически не задействуется объективно существующая общность методологических и методических установок при формировании учебного содержания дисциплин. В результате преподавание учебных предметов ведется, как правило, автономно, без учета системных связей как между циклами дисциплин, так и дисциплинами одного цикла.

В ГОС ВПО направления подготовки специалиста «Агроинженерия» подчеркивается, что выпускник вуза должен уметь использовать математические и компьютерные технологии для обработки экспериментальных данных, профессионально значимой информации; осуществлять проектно-технологическую, экспериментальноисследовательскую деятельность; строить и использовать математические модели для описания и прогнозирования различных явлений и процессов. Таким образом, решение профессиональных задач требует от выпускника не только фундаментальных знаний по математике, но и навыков математического моделирования. Содержание обучения будущих инженеров агропромышленного комплекса построено в соответствии с первой составляющей и представляет собой формально-логическое изложение системообразующих знаний курса математики (сокращенное изложение основных разделов, читаемых на математических факультетах университетов).

Таким образом, изменения характера и содержания инженерной деятельности в современных условиях и выявленные в ходе исследования противоречия (между требованием фундаментализации математического образования будущих инженеров и отсутствием основ математики в учебных программах направления «Агроинженерия»; требованием формирования научного мышления инженера и слабой логической подготовкой студентов сельскохозяйственного вуза; необходимостью наличия способностей к математическому моделированию и непониманием студентами единых основ математики, универсальности ее методов; требованиями к профессиональной подготовке выпускника вуза и содержанием учебных программ по математике) обуславливают необходимость реформирования математического образования в агро-инженерном вузе. При этом математическую подготовку можно рассматривать как базовую структуру фундаментализации, основу формирования общеметодологических представлений инженера; интеграцию межпредметных связей, как средство достижения целостности научных знаний и умений; как базу для отбора и структурирования содержания математической подготовки на основе методологических принципов математики.

Библиографический список

1. Чучалин А., Боев О., Криушова А. Качество инженерного образования: мировые тенденции в терминах компетенций // Высшее образование. 2006. № 8. С. 9--12.

2. Кудрявцев Л.Д. Математическое образование и его специфика // Образование и общество. 2000. № 6. С. 4--6.

3. Московченко А.Д. Фундаментальное и технологическое знание в инженернотехническом образовании XXI века // Инженерное образование. 2007. № 4. С. 26--29.

4. Евстигнеев В. Об интеграции фундаментального и специального знания в подготовке инженерных кадров // Alma. Mater. 2005. № 8. С. 12--14.

5. Ломов Б.Ф. Основы инженерной психологии М.: Наука, 1986. 320 с.

Размещено на Allbest.ru