Профессиональная направленность обучения математике и информатике будущих инженеров с использованием инфокоммуникационных технологий

ШДибирова З.Г.

«Профессиональная направленность обучения математике и информатике будущих...»

ПЕЛНГОГПЧЕСКПЕ ИНУКП

ПРОФЕССИОНАЛЬНАЯ НАПРАВЛЕННОСТЬ ОБУЧЕНИЯ МАТЕМАТИКЕ И ИНФОРМАТИКЕ БУДУЩИХ ИНЖЕНЕРОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИНФОКОММУНИКАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

З.Г. Дибирова

PROFESSIONAL TREND OF MATHEMATICS AND COMPUTER SCIENCE TEACHING OF THE FUTURE ENGINEERS WITH THE USE OF INFO COMMUNICATIVE TECHNOLOGIES

Dibirova Z.G.

Some aspects of professional teaching of future engineers are considered in the article, particularly the realization of the principle of the professional trend in teaching students of the vehicle-highway institution by means of mathematics and computer science with the use of info communicative technologies.

В работе рассматриваются некоторые аспекты профессиональной подготовки будущих инженеров, в частности, реализация принципа профессиональной направленности в подготовке студентов автомобильно-дорожного института средствами математики и информатики с использованием инфо-коммуникационных технологий.

УДК 004.38

В связи с разработкой Государственных образовательных стандартов 3-го поколения, формулируемых на основе компе-тентностного подхода и системы зачетных единиц, расширения инновационной деятельности вузов по внедрению модульных технологий построения образовательных программ и модульной организации учебного процесса, необходимо усиление технологического компонента обеспечения учебного процесса, позволяющего преподавателю через различные функциональные уровни интеграции информационных и андрагогиче-ских технологий по-новому проектировать стратегию и тактику преподавания и обучения, оценочные задания, пороговые критерии оценивания и основные категории компетентности, обеспечивающие планируемую обученность на каждом этапе (уровне) образования.

Высшие учебные заведения сообразно возможностям и потребностям регионов, предприятий-заказчиков, самих обучаемых вполне самостоятельно строят учебный и исследовательский процессы.

Важной составляющей интенсификации современного образования является широкое использование новых информационных технологий в образовательном процессе (2).

Это требует соответствующего научного обеспечения и имеет прямое отношение к организации образовательного процесса в вузах технического профиля.

Коренные изменения в структуре производства, характере профессиональных задач, решаемых современными техническими специалистами, обусловленные развитием науки и техники, предъявляют качественно новые требования к системе профессионального образования, структуре, содержанию и методам подготовки специалистов технического профиля (3).

В современной педагогике особую остроту приобретает проблема инженерного образования.

Актуальной является проблема поиска путей интеграции знания с целью формирования разносторонней, нравственно активной, творческой личности, способной реализовать свои инженерные знания в конкретные дела.

В настоящее время роль математики и информатики продолжает усиливаться. Растет компьютеризация различных областей человеческой деятельности. Так, в программе по математике для общеобразовательных учреждений говорится: «Компьютеризация общества, внедрение современных информационных технологий требуют математической грамотности человека буквально на каждом рабочем месте. Это предполагает и конкретные математические знания, и определенный стиль мышления. Все больше специальностей, требующих высокого уровня образования, связано с непосредственным применением математики и информатики».

Возможности инфокоммуникационных технологий (ИКТ) позволяют оптимально вовлекать каждого студента в активный познавательный процесс, направленный на самостоятельную деятельность, применять полученные знания на практике и четко понимать, где, каким образом и для достижения каких целей эти знания могут быть применены.

Высококвалифицированные специалисты технического профиля XXI века - века инфокоммуникационных технологий (ИКТ) - должны умело применять на практике знания, как общеинженерные, так и специальные, владеть знаниями иностранного языка и основами компьютерной грамотности, а также пользоваться различными специали-

зированными программными продуктами, которые позволяют решать инженерные задачи в кратчайшие сроки и на высоком техническом уровне. Именно это позволит молодым инженерам быть востребованным на производстве.

В настоящее время актуальной задачей при подготовке специалистов технического профиля является комплексное применение ИКТ. Разработка, внедрение и использование новых инженерных технологий ставит специалистов перед необходимостью решения целого круга проблем, связанных с проведением предварительных математических расчетов, моделирования технологических процессов, быстрым и качественным проектированием технического оборудования, аппаратов и машин, оперативным поиском необходимой информации.

Для решения данной задачи предлагается в техническом вузе создать систему непрерывного образования в области ИКТ, которая обеспечила бы многоуровневое обучение.

Проблемы профессиональной направленности обучения математике и информатике в технических вузах посвящено существенно меньше работ, хотя всестороннее изучение как теоретических, так и практических аспектов этой проблемы имеет важное значение для повышения эффективной подготовки будущих инженеров по различным специальностям и направлениям.

Большое значение математической подготовке студентов технических вузов придавали известные математики и педагоги Б.В. Гнеденко, А.Н. Колмогоров, Л.Д. Кудрявцев, С.М. Никольский, Г.Н. Яковлев. В их монографиях и статьях неоднократно подчеркивается мысль о необходимости в обучении тесной связи «между идеями, результатами, методами теоретической математики и их использованием в практике».

Проведенный анализ психолого-педагогической и методической литературы привел нас к выводу: для выявления оптимальных условий реализации профессиональной направленности обучения математике и информатике средствами ИКТ в техническом вузе целесообразно провести сис-

темно-методическое исследование ее содержательного, методического и мотивационно-психологического компонентов. Однако до настоящего времени этот вопрос в отношении курсов математики и информатики в техническом вузе не стал предметом всестороннего рассмотрения педагогов и методистов.

Таким образом, недостаточная разработанность проблемы в плане системного изучения содержательных и методических особенностей математической и информационной подготовки студентов технических вузов на основании системообразующих функций принципа профессиональной направленности и с учетом мотивационно-психологических особенностей студентов, обусловила актуальность тематики нашего исследования.

Проблема профессиональной направленности обучения и воспитания студентов сложна по структуре и содержанию. Она включает как формирование социальной и психологической направленности будущих специалистов на профессиональную деятельность, так и междисциплинарные связи в организации и содержании обучения в вузе.

Таким образом, в педагогике можно определить два подхода к профессиональной направленности обучения. Следуя первому, под профессиональной направленностью понимается ориентация системы потребностей, мотивов, интересов и склонностей личности на положительное отношение к будущей профессии. И.Н. Алешина (1) выделяет в этом контексте следующие признаки профессиональной направленности: взаимосвязь профессиональной, общественной и познавательной направленности; связь профессиональной направленности с сущностью деятельности; осознанность и психологическая готовность к деятельности; всеобъемлющий устойчивый интерес к профессии на основе склонностей и способностей. Профессиональная направленность, как считает И.Н. Алешина, является ведущим мотивом учения, стимулирующим познавательную деятельность студентов в процессе образования и самообразования. С точки зре-

ния изучения отдельных дисциплин, уровень профессиональной направленности зависит от двух компонентов - от отношения к профессии и от отношения к предмету.

Профессиональная направленность обучения в вузе имеет сложную структуру, не сводимую только к воспитательным мероприятиям. Наряду с мотивационно-целевыми аспектами она непосредственно касается существа вопросов отбора содержания образования, форм и методов обучения. Решение этих вопросов является важнейшим дидактическим условием успешной организации профессионального обучения.

Курсы математика и информатика в автомобильно-дорожном институте входят в блок «Общие математические и естественно-научные дисциплины». В системе подготовки специалистов дисциплинам блоков «Общие математические и естественнонаучные дисциплины» и «Общепрофессиональные дисциплины» отводится ведущая роль в обеспечении фундаментального образования будущих инженеров как основы последующей профессионализации. При этом следует учитывать, что в вузе изучение любой общенаучной дисциплины призвано способствовать изучению специальных дисциплин и последующей профессиональной деятельности выпускников. Таким образом, курсы математики и информатики в техническом вузе должны отвечать требованиям фундаментальности и профессиональной направленности. Эти требования не противоречат друг другу, а способствуют общей образованности студентов и их профессиональной подготовке.

Реализация в обучении математике и информатике принципа профессиональной направленности имеет целью формирование математического и информатического аспектов готовности будущего специалиста к профессиональной деятельности. В содержание этого понятия мы включаем следующее: развитие математического и алгоритмического мышления и формирование профессионально значимых приемов умственной деятельности; обеспечение математического и информатического аппарата для изучения специальных дисциплин и профес-

сиональной подготовки; методологическую подготовку к непрерывному самообразованию в области математики и информатики и их приложений.

Перечисленные задачи требуют решения на содержательном (отбор и построение содержания курсов математики и информатики) и методическом уровнях организации процесса обучения с учетом специфики математики и информатики как науки и как учебного предмета.

Говоря о специфике математики и информатики можно отметить следующие их особенности:

• форма, отвлеченная от содержания, выступает как самостоятельный объект (числа, геометрические фигуры, уравнения, модель, компьютер и т.п.);

• основные свойства объектов, выступающие в математике в виде теорем, а в информатике элемент управления, созданный с помощью панели инструментов;

• образование новых математических и информатических понятий на базе уже сложивщихся;

• универсальность применения математики и информатики;

• особое положение среди естественных, общественных и гуманитарных наук (формальная отрасль знаний, особый язык).

Не все указанные особенности в полной мере проявляются в содержании математики и информатики как учебных предметов и в методиках их преподавания, однако именно эти особенности делают эти предметы дидактически значимым и педагогически сложным.

Мы считаем, что хорошая математическая и информационная подготовки, которые являются неотъемлемой частью полноценного инженерного образования, позволят будущим инженерам познать закономерности окружающего мира; ясно представлять себе происхождение основных понятий и процесс научного прогресса; получат навыки практического использования теории; полученные знания постоянно будут использоваться на практике.

Студенты технических вузов выбрали своей специальностью другие науки, поэто-

му важно так строить преподавание математики и информатики, чтобы студент постоянно ощущал, что, изучая эти предметы, он приближается к более глубокому пониманию и своей специальности.

Результаты проведенного в рамках нашего исследования констатирующего эксперимента показывают, что вследствие формальности изложения курсов математики и информатики, их оторванности от практики будущие инженеры, имея достаточный запас знаний по математике и информатике, не всегда могут использовать их в изучении специальных дисциплин и дисциплин специализации, далеко не в полной мере осознают роль математики и информатики в их профессиональном становлении.

По данным анкетирования только от 40% (младшие курсы) до 54% (старшие курсы) опрошенных студентов считают знание математики и информатики необходимым в их будущей профессиональной деятельности, воспринимая знания по математике и информатике скорее как элемент общей образованности. Менее 65 % студентов младших курсов, отвечающих на вопросы анкеты, согласны с тем, что знание математики и информатики помогает в изучении специальных дисциплин. Эти данные указывают также и на то, что формальное изложение курсов математики и информатики ведут к снижению мотивации изучения этих дисциплин. Среди студентов старших курсов, имевших возможность в процессе специальной подготовки более широко ознакомиться с применением математики и информатики в инженерных и экономических дисциплинах, около 68% положительно ответили на вопрос о роли математики в изучении спецдисциплин. При этом потребность в ориентации курсов математики и информатики на их будущую специальность высказали более 80% опрошенных студентов младших и старших курсов.

Наша практика преподавания курсов математики и информатики в Махачкалинском филиале Московского государственного автомобильно-дорожного института показывает, что знания по математике и информатике, усвоенные на довольно высоком

уровне абстракции, не воспринимаются студентами как аппарат решения профессионально значимых задач. Полученные в курсах математики и информатики знания при изучении специальных дисциплин и дисциплин специализации воспринимаются как новые, почти незнакомые.

Реализация требований профессиональной направленности курсов математики и информатики предполагает взаимодействие преподавателей данных курсов и преподавателей спецдисциплин и дисциплин специализации. Для полноценного образования по математике и информатике нужно обновлять содержание этих курсов и строить курсы по выбору с учетом требований спецдисциплин и дисциплин специализации. В курс математики технического вуза должно входить освещение явлений природы, технических и экономических процессов и показ того, как их изучение приводит к постановке математических задач и построению новых математических понятий, систематический показ связей излагаемых математических теорий с задачами практики.

Моделирование может служить универсальным связующим звеном при комплексном подходе к организации учебно-познавательной деятельности в техническом вузе.

Моделирование является одним из наиболее прогрессивных и развивающихся методов обучения математике и информатике, которым органически присущи процесс творчества и исследовательская деятельность, открытие обучающимися субъективно новых знаний.

С появлением компьютеров круг задач, решаемых с помощью моделирования, значительно расширился и продолжает расширяться. При этом укрепляются межпредметные связи, все более полно проявляются интегрирующие возможности математики и информатики. Приобщение студентов к решению задач из сферы их будущей профессиональной деятельности с использованием моделирования служит пониманию ими того, что, только описав связи между различными сторонами явления средствами математики и информатики, можно в дальней-

шем эффективно использовать компьютер. Объединение инструментария обеих наук предоставляет неограниченные возможности в познании действительности, в исследованиях и экспериментах, в субъективном и объективном расширении знания.

Подход, при котором основным критерием уровня подготовленности обучаемого является оценка количественной стороны, не соответствует современным требованиям.

Объективно обусловленное бурное развитие информатики находится в диалектическом взаимодействии с изменениями в традиционной системе обучения. Наша задача - не упрощать содержание предмета, а добиваться того, чтобы в малом количестве информации заключалась подлинная жизнеспособность, чтобы в профессиональной дальнейшей деятельности будущие инженеры смогли довести полученный минимум до возможного максимума.

Проблемы, связанные с использованием в образовании компьютеров и инфоком-муникационных технологий, приобретают все большую актуальность. Одной из важнейших задач подготовки будущих специалистов является приобретение ими навыков по использованию компьютера и ИКТ для дальнейшего самообразования. Однако разработок по созданию среды обучения, в которой были бы созданы условия для творческой самореализации личности обучаемого, пока недостаточно.

Требования к профессиональной подготовке будущих инженеров растут, и традиционные методы их обучения перестают соответствовать реалиям современного мира.

Курс информатики как средство познания и обработки информации призван дополнить базовое математическое образование выработкой алгоритмического мышления в качестве обязательного инструмента, применяемого в различных сферах: на производстве, на службе или в быту.

Развилки со сравнением, циклы, альтернативные последовательности, оценка динамического «образа будущего» в статичном «сейчас» - это все должно работать в

мозгу любого человека автоматически при решении любых задач.

Компьютеры оказали, и все в большей степени оказывают решающее воздействие на прогресс математики во всех ее аспектах, на прогресс других наук.

Математика и информатика необходима не только для продуктивной деятельности, но и в повседневной жизни. Математика, давно став языком науки и техники, в настоящее время все шире проникает в повседневную жизнь и обиходный язык, все более внедряется в традиционно далекие от нее области. С появлением и развитием компьютеров математизация различных областей человеческой деятельности значительно усилилась.

Исследования многих отечественных ученых (В.А. Байдак, В.А. Далингер, М.П. Лапчик, Л.Г. Лучко, З.В. Семенова) посвящены прикладной направленности обучения математике и информатике в техникумах; особенностям содержания математического образования для различных типов специальностей; интеграции математики и информатики с другими дисциплинами - с применением вычислительной техники в учебном процессе. Тем не менее, вопросы моделирования средствами математики и информатики требуют постоянного изучения ввиду совершенствования инструментария, связанного с быстрым прогрессом компьютерной техники.

Если не прилагать определенных усилий, то обучение с использованием компьютера может быть направлено только в одну сторону, по более легкому пути, по пути изучения готовых программных продуктов, баз данных, электронных таблиц. Поэтому должен быть поставлен принцип: внедрение образовательного процесса средствами математики и информатики.

При изложении специальных инженерных и экономических курсов важно всесторонне использовать уже накопленные студентами знания по математике и информатике.

Эффективность обучения в значительной степени обусловливается уровнем познавательной активности, интересом обу-

чаемых. Познавательный интерес, с одной стороны, появляется тогда, когда приходит понимание предмета, удовлетворение от познания тех идей, которые лежат в основе дисциплины, и от тех результатов, которые удается в ней получить. С другой стороны, на формирование положительной мотивации изучения предмета оказывает влияние осознание его учебной и профессиональной значимости.

Интерес к предмету занятий можно воспитывать различными способами: указанием связей определенной ветви математики и информатики с другими их разделами; показом прикладного ее значения; увлекательностью их внутреннего содержания; указаниями на возможные использования при решении актуальных проблем современности, методологическими ее аспектами.

В последние годы среди задач высшей школы в число первоочередных выдвинулась задача приобретения молодыми специалистами навыков постоянного самообразования в течение всей трудовой деятельности.

Поскольку требования профессиональной направленности обучения математике и информатике должны быть реализованы как на уровне отбора и построения содержания этих курсов, так и выборе методических подходов к организации учебной деятельности, целесообразно провести системное исследование содержательных и процессуальных аспектов обучения математике и информатике в технических вузах на основании системообразующих фукнций принципа профессиональной направленности.

Для улучшения преподавания математики и информатики в технических вузах необходимо на всех этапах обучения привлекать практический материал, математически и методически обработанный, с учетом возрастных особенностей студентов. В начальных курсах целесообразно устанавливать более тесные связи между школьными курсами математики и информатики с курсами специальных учебных предметов. В нашей работе предлагается установить связи между курсами «Математика» и «Информа-

тика» с курсами спецдисциплин и дисциплин специализации в автомобильно-дорожном институте.

Из технологических вопросов нужно подобрать такие, описание технического содержания которых не занимало бы много места по сравнению с математическими выкладками. К этому материалу нужно предъявлять особое требование, чтобы содержание вопросов имело положительное значение как для целей обучения математике и информатике в вузе, так и для профессиональной подготовки. Профессиональные знания, умения и навыки могут быть сформированы с учетом следующих аспектов:

1. Математика, изучающая пространственные формы и количественные отношения реального мира, проникает в технику через естественные науки, которая строит модели-аналоги движения материи. Аналог моделирует схему, формы движения, и модель процесса представляет иерархическую информацию.

2. Информатика как дисциплина, обучающая способам обработки, хранению и выдачи к моменту востребования информацию, облегчает процесс изучения модели.

3. Спецдисциплины и дисциплины специализации, обучающие профессии при интеграции с курсами математики и информатики получают мощный инструмент для формирования профессиональных качеств.

Будущие инженеры в начальном курсе процесса обучения должны овладеть способами применения математики и информатики в приобретаемой специальности, а курсы математики и информатики нуждаются в постоянном обновлении и наполнении новым содержанием для интеграции с курсами других дисциплин.

Одной из компонентой модернизации модели учебного процесса является встраивание в учебную дисциплину математического пакета МаШСа^ Внедрение математического пакета MathCad при изучении общетехнических дисциплин в настоящее время получает большое распространение. Наш опыт показывает, что для этого есть все основания. Выполнение заданий с применением пакета MathCad не вызывает у студентов

никаких затруднений, несмотря на то, что изучение этого пакета в курсе информатики не предусмотрено.

Помимо использования пакета MathCad для выполнения учебных заданий достаточно широкие возможности этого пакета для сопровождения теоретического курса средствами визуализации движения механических систем.

Для решения этих проблем нами разработан курс по выбору «Моделирование средствами математики и информатики профессионально-ориентированных задач».

Нами разработана методика обучения будущих инженеров моделированию реальных задач и производственных ситуаций. Среди методических приемов, направленных на повышение уровня усвоения математических знаний и формирование профессиональных умений, наиболее значимыми для нашего исследования являются:

• решение задач профессионального содержания с использованием аппарата математики и компьютерного моделирования;

• целенаправленный выбор и организация задачного материала, привлечение знаний из других учебных предметов и опора на них при изучении нового материала и его закреплении;

• объединение занятий внутренней связью, их взаимное подкрепление, преемственность в содержании отдельных предметов и программ;

• создание более полного методического обеспечения изучения общих для ряда учебных дисциплин научных идей, которые пронизывают содержание целых циклов дисциплин;

• ориентация на понимание студентами прикладных областей математики, показывающая, что она является языком природы и техники.

Интегрированная система обучения способствует лучшему усвоению математики и информатики, с одной стороны, и лучшему усвоению специальных знаний и умений, с другой. При этом моделирование математических объектов на компьютере с использованием ИКТ направлено на формирование профессиональных умений посредст-

вом решения задач с производственным содержанием.

Разработана система задач по дисциплине специализации «Реконструкция дорог», которая реализуется на компьютере с использованием прикладной программы MS Excel и 3D Studio Max.

Проблема мотивации учебной деятельности непосредственно связана с проблемой познавательного интереса, входящего в эту деятельность в качестве важнейшего энергетического фактора.

Познавательный интерес является одним из самых значимых мотивов учения. При этом он определяется ею как избирательная направленность студентов, согласно избранной профессии, обращенная к области познания, к ее предметному содержанию и к процессу овладения знаниями.

В качестве одного из основных источников стимулирования познавательного интереса выступает содержание учебного материала. При этом один из конкретных видов стимулирования познавательного интереса является практическая значимость изучаемого материала - соответствует ли его будущей профессиональной деятельности или сегодняшнему интересу.

Решение задач с использованием ИКТ и тем более компьютерного моделирования, органически вписывается в набор средств,

определяющих компьютер как инструмент творческого познания.

Нами в работе использованы разные формы обучения, одним из которых является компьютерное моделирование математических объектов при решении задач с профессиональным и производственным содержанием, с целью использования результатов исследования в учебном процессе.

ЛИТЕРАТУРА

1. Алешин И.Н. Психологические особенности влияния социальных ожиданий на формирование профессиональной направленности студента педагогического института: Дисс... канд. пед. наук. -М., 1990. - 235 с.

2. Зайцев С.Г. Использование новых информационных технологий при управлении учебным заведением и образовательным процессом. Дисс... магистра. -М., 1996. - 128 с.

3. Сухорукова Е.В. Прикладные задачи как средство формирования математического мышления учащихся: Автореф... канд. пед. наук. -М., 1997. - 17 с.

Об авторе

Дибирова Заграк Гаджимагомедовна, старший преподаватель кафедры математики и информатики Махачкалинского филиала Московского автомобильно-дорожного института (Государственного технического университета). Сфера научных интересов - профессиональная направленность обучения в области инфокоммуникаци-онных технологий.