Технология конструирования процесса обучения математике в технических вузах тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.08, кандидат педагогических наук Курочкина, Кира Витальевна

• Курочкина, Кира Витальевна
• кандидат педагогических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат педагогических наук Курочкина, Кира Витальевна

Введение.

Глава 1 Теория и практика конструирования учебного процесса.

1.1 Анализ терминологии и содержания основных понятий.

1.2 Блочно-модульные технологии и их применение в учебном процессе.

1.3 Математические модели учебного процесса и методы оценивания.

1.4 Изменения в ГОСах по математическим дисциплинам.

Выводы.

Глава 2 Технология конструирования учебного процесса.

2.1 Единая модель образовательного процесса.

2.2 Перечень и содержание технологических этапов построения учебного процесса.

2.3 О выполнении критериев эффективности педагогических технологий.

Выводы.

Глава 3 Практические результаты и особенности применения технологии конструирования учебного процесса.

3.1 Реализация предложенной технологии при создании программ обучения математическим дисциплинам студентов специальности 2202 -«Автоматизированные системы обработки информации и управления».

3.2 Конструирование учебного процесса по предмету «Методы оптимизации» как пример инновационной технологии, направленной на повышение качества образования.

3.3 Дидактические проблемы реализации технологии и способы их разрешения.

3.4 Анализ некоторых учебных процессов по математике с позиций разработанной технологии.

3.5 Организация и проведение педагогического эксперимента по проверке эффективности технологии.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология конструирования процесса обучения математике в технических вузах»

Отбор необходимых для инженера знаний по математическим дисциплинам и обучение математике - две диалектически единые и часто противоположные дидактические проблемы - всегда вызывали жаркие и, зачастую, нелицеприятные споры, нередко приобретавшие антагонистический, а чаще -кастовый характер (физики-математики, математики-механики, математики-программисты, математики-специалисты по информатике и т.п.), не говоря уж о специалистах «далёких» от математики отраслей. Различие в подходах демонстрировали представители самой математизированной профессии. Например учебник [62] Я.Б. Зельдовича именно за инженерную направленность и методологию подвергся жесткой критике А.Н. Колмогоровым [71].

Полярность в вопросах отбора содержания и выбора технологий обу-# чения существовала всегда. И в настоящее время существенных реформ в образовательной системе страны раздаются голоса математиков [3], опасающихся, что после проведения образовательных реформ в России, как в настоящее время в штате Калифорния, придётся при поступлении в университеты и академии требовать «следующего стандарта знаний по математике: школьники должны уметь делить 111 на 3 без компьютера». Проблема снижения уровня подготовки школьников по математике приводит к тому, что приблизительно 10% абитуриентов уже достигли в своих математических знаниях и умениях следующего уровня американских студентов. Согласно данным В.И. Арнольда: «По статистике американского математического общества в сегодняшних Штатах. большинство американских университетских студентов складывают числители с числителями и знаменатели со знаменателями складываемых дробей: 1/2 + 1/3 есть, по их мнению, 2/5. Обучить после такого «образования» думать, доказывать, правильно рассуждать никого уже невозможно, население превращается в толпу, легко поддающуюся манипулированию со стороны ловких политиков без всякого понимания причин и следствий их действий» [3].

Эта цитата не является гиперболой. Она во многом отражает важность проблем отбора содержания предмета и выбираемых технологий обучения. Например, на нескольких заседаниях Учёного совета МГУТУ заведующие и ведущие преподаватели кафедр «аналитической химии», «химии», «теоретической механики», «машины и аппараты пищевых производств» обращались с требованиями к кафедре «физики и высшей математике» отвести хотя бы одно занятие на повторение или изучение логарифмов, на объяснение основ пользования «логарифмической миллиметровкой». Несколько иной подход к этой теме в проекте школьного образовательного стандарта. Из речи академика РАН В.И. Арнольда на парламентских слушаниях в Государственной думе: «При обсуждении проекта реформы с его создателями я обнаружил, что они хотят изгнать из школьной математики прежде всего логарифмы, считается, что «ни приведение к виду, удобному для логарифмирования, ни таблицы Брадиса в век компьютеров больше не нужны». Я пытался объяснить необходимость экспонент и логарифмов в физике (где ими определяется и барометрическая формула падения давления воздуха с высотой, и законы квантовой и статистической механики), и в экологии (закон Мальтуса), и в экономике («сложные проценты» и «инфляция валюты», включая, например, подсчёт сегодняшней стоимости царских долгов). Но выяснилось, что мои собеседники, экономисты, которым было поручено реформировать программы по математике, никакого представления об упомянутых мною законах экономики и фактах финансовой политики не имеют» [3].

Отмеченная полярность мнений и подходов существовала, вызывалась и вызывается, видимо, в подавляющем большинстве своём объективнейшими причинами - научно-техническим прогрессом, его эволюционными и революционными проявлениями и связанными с ними долго -, средне - и краткосрочными, а также сиюминутными практическими потребностями.

Следовательно, как и во всей 4000 летней истории развития математики, вопросы содержания курса математики и организации процесса обучения и в настоящий момент не могут оставаться нерешёнными.

Изменения, происходящие в образовании, относятся как к педагогике в целом, так и к конкретным педагогическим технологиям. Эти изменения носят противоречивый и разнонаправленный характер. С одной стороны, потребности общества в качественном и доступном высшем образовании, рост числа вузов и количества студентов, развитие разнообразных форм дистанционного обучения, увеличение объемов и сложности учебной информации обусловили новые высокие требования к качеству подготовки специалистов, адекватной современному уровню развития науки, техники и технологии.

С другой стороны, многие ученые и педагоги (В.И. Арнольд, С.И. Архангельский, Б.С. Гершунский, A.M. Новиков, А.В. Коржуев, Л.Д. Кудрявцев, В.А. Попков, Н.С. Пурышева, Н.Ф. Талызина и др.) отмечают ряд негативных тенденций в системе профессионального образования: сокращение количества часов, отводимых на изучение материала математических и естественно-научных дисциплин, недостаточность и неоднородность подготовки абитуриентов, кадровые проблемы и т.п.

Эти процессы обусловили повышение требований к научной организации учебного процесса, его моделированию и технологичности. Это положение отражено в большом количестве исследований, посвященных разрешению проблем оптимальности и эффективности процессов преподавания и обучения (Б.С. Гершунский, Н.А. Ждан, А.Н. Лейбович, Е.И. Машбиц, В.М. Монахов, М.П. Сибирская, А.Г. Соколов и др.), появившихся в последние годы.

Одним из направлений теоретических и практических исследований является создание таких моделей учебного процесса, которые позволяют оптимальным образом конструировать процессы обучения различным дисциплинам для одной или нескольких специальностей технических вузов, сделать качественные и количественные оценки его эффективности, а также обеспечить регулярный контроль со стороны организующих и контролирующих органов-кафедр, учебно-методического центра, деканатов, быструю обратную связь и необходимую коррекцию.

Тем не менее, большинство имеющихся моделей и технологий конструирования учебного процесса относятся к общетехническим и профилирующим дисциплинам и не носят универсального характера. В то же время повышение требований к математической подготовке специалистов, Государственные общеобразовательные стандарты (ГОС), предусматривающие обучение новым разделам современной математики, ранее не изучавшимся в технических вузах, дифференциация математических дисциплин по группам специальностей делает особенно актуальной разработку научного обоснованных и практически реализуемых моделей и технологий конструирования процессов обучения математическим дисциплинам в техническом вузе.

Таким образом, проблему данного диссертационного исследования определяют противоречия между:

- сокращением количества часов, отводимых в учебных планах на изучение математических и естественно-научных дисциплин и возрастанием требований к качеству фундаментальной подготовки специалистов;

- введением новых образовательных стандартов, требующих обучения студентов ранее не изучавшимся математическим дисциплинам и нехваткой соответствующей учебной и методической литературы, а также кадровым обеспечением этого обучения;

- широким распространением различных форм обучения и повышения квалификации (в том числе дистанционных) и неприспособленности к ним традиционных методов организации обучения.

Суть проблемы составляет разработка технологии конструирования учебного процесса в техническом вузе и экспериментальная проверка его эффективности на примере обучения математическим дисциплинам.

Объект исследования - процесс обучения математическим дисциплинам в технических вузах;

Предмет исследования - технология конструирования учебного процесса в технических вузах; Цели исследования:

1. Разработка базовой модели учебного процесса и определение условий ее применимости для конструирования процессов обучения в техническом вузе.

2. Разработка технологии конструирования учебного процесса и проверка ее реализуемости на практике.

В ходе исследования была выдвинута гипотеза: процесс обучения математическим дисциплинам в технических вузах может быть сконструирован оптимальным образом, если технология конструирования основывается на базовой модели учебного процесса, описывающей его как целенаправленный, последовательный, упорядоченный процесс накопления знаний, умений, навыков (ЗУН), удовлетворяет системе дидактических принципов и реализуется преподавателями математических, выпускающих и общетехнических кафедр совместно и по единым правилам.

Для достижения цели исследования и проверки выдвинутой гипотезы потребовалось решить следующие задачи:

1. Проанализировать теоретические основы разработки технологии конструирования учебного процесса и выявить условия ее эффективности.

2. Проанализировать возможность применения блочно-модульного метода к конструированию учебного процесса по различным дисциплинам и установить особенности его применения.

3. Изучить практический опыт применения технологий конструирования учебного процесса.

4. Проанализировать применение графовых моделей, используемых для иллюстрации учебного процесса и матричных методов оценки его качества.

5. Проанализировать содержание математических дисциплин, определенное ГОСом и сравнить его с действующими рабочими программами по математике.

6. Разработать базовую модель учебного процесса, описывающую его как целенаправленный, последовательный, упорядоченный процесс накопления ЗУН.

7. Определить последовательность технологических операций построения учебного процесса, их содержание и условия реализации.

8. На основе разработанной технологии сконструировать учебный процесс по математическим дисциплинам и оценить его оптимальность.

9. Исследовать дидактические проблемы, порожденные противоречиями современного высшего образования и предложить методические пути их разрешения.

10.Экспериментально установить реализуемость на практике разработанной технологии и проверить ее эффективность.

Для решения поставленных задач и проверки выдвинутой гипотезы были использованы следующие методы:

- терминологический анализ основных понятий и методов по проблеме исследования на основе изучения педагогической, специальной технической и математической литературы; анализ государственных образовательных стандартов по различным специальностям технических вузов;

- сравнительный анализ результатов теоретических исследований по конструированию учебного процесса;

- изучение опыта применения блочно-модульного подхода к структурированию учебных процессов;

- экспериментальной апробации сконструированных учебных процессов; математические методы (элементы теории графов, матричное исчисление, математическая статистика) в целях научного обоснования модели учебного процесса, разработки качественных и количественных оценок его оптимальности, обработки экспериментальных данных.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования.

1. Разработана и теоретически обоснована базовая модель учебного процесса, описывающая его как целенаправленный, последовательный, упорядоченный процесс накопления ЗУН. В ходе конструирования учебного процесса модель усложняется и трансформируется, при этом каждая ее часть единообразна и подобна целому. Модель позволяет наглядно отразить особенности обучения той или иной дисциплине, а также дать количественные и качественные оценки оптимальности сконструированного процесса обучения.

2. Предложена единая форма матриц, описывающих межпредметные, межтемные и внутритемные связи, позволяющая получить качественные оценки оптимальности процесса обучения.

3. Разработана технология конструирования учебного процесса и определены условия ее практической реализации.

Практическая значимость исследования состоит в том, что:

1. Разработанная на основе модели технология позволяет: конструировать оптимальные по заданным параметрам учебные процессы по математическим дисциплинам; отражать структуру и логику учебного процесса, что помогает студенту наглядно представить алгоритм процесса обучения предмету, а преподавателю выявить связи со специальными знаниями и умениями, устранить дублирование материала, добиться структурной и содержательной оптимизации изучения дисциплины; корректировать процесс в случаях изменения его содержания; количественно и качественно оценить оптимальность сконструированного процесса обучения.

2. Разработана инструкционная карта применения технологии.

3. Для разрешения дидактических проблем высшего образования даны рекомендации:

- по созданию при вузах «школьного факультета» или «нулевого курса» структурно построенного в соответствии с программой первого курса и с учетом предметных требований государственных образовательных стандартов по специальностям;

- по введению и организации при технических вузах института «менторин-га»;

- по выявлению направлений модификации традиционных форм занятий с учетом активизация познавательной деятельности обучаемых;

- по созданию учебно-методического обеспечения, отвечающего современным требованиям.

4. Предложенная модель и разработанная на ее основе технология применимы для конструирования учебного процесса не только для математических, но и для других дисциплин.

Работа проводилась поэтапно, начиная с 1999 года. Этапы исследования:

1. Выявлено состояние исследуемой проблемы, проводились наблюдения за учебным процессом, анализировалась работа преподавателей и студентов, изучалась литература по исследуемой теме, формировался понятийный аппарат, цель, задачи и гипотеза исследования. Анализировались теоретические основы разработки технологии конструирования учебного процесса и выявлялись условия ее эффективности. Проанализирована возможность применения блочно-модульного метода к конструированию учебного процесса по различным дисциплинам и выявлены особенности его применения. Изучен практический опыт применения технологий конструирования учебного процесса. Проанализировано применение графовых моделей, используемых для иллюстрации учебного процесса и матричные методы оценки его качества. Проанализировано содержание математических дисциплин, определенное ГОСами и проведен анализ действующих рабочих программ по математике. Были созданы и частично внедрены в процесс обучения рабочие программы по математическим дисциплинам (1999 - 2001г.г.).

2. Разработана базовая модель учебного процесса, описывающая его как целенаправленный, последовательный, упорядоченный процесс накопления

ЗУН. Определены последовательность технологических операций построения учебного процесса, их содержание и условия реализации. На основе разработанной технологии сконструирован учебный процесс по математическим дисциплинам и оценена его оптимальность (2001 - 2003 г.г.). 3. Проведена апробация разработанной на основе модели технологии конструирования в условиях педагогического эксперимента, осуществляется анализ и обобщение полученных результатов. Сформулированы выводы. Оценена эффективность проведенных работ (2003 - 2004 г.г.).

На защиту выносятся

1. Основанная на блочно-модульном подходе базовая модель учебного процесса, описывающая его как целенаправленный, последовательный, упорядоченный процесс накопления ЗУН.

2. Технологические этапы конструирования учебного процесса и их дидактическое наполнение в технических вузах;

3. Способы качественного и количественного оценивания рабочих программ по математическим дисциплинам технических вузов.

Обоснованность и достоверность результатов проведенного исследования обеспечивается анализом исследуемой проблемы, основанном на положениях и выводах известных ученых в данной области исследования; комплексной методикой исследования; соответствием использованных методов сформулированной гипотезе и задачам исследования; детальным анализом процессов обучения по различным математическим дисциплинам студентов различных специальностей и различных форм обучения; широкой апробацией и внедрением полученных результатов в учебный процесс.

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения диссертационного исследования докладывались на «Колмогоровских чтениях - III», проводившихся в ЯГПУ им К.Д. Ушинского (2005г.); VII - XI Международных научно-методических конференциях, проводившихся в МГУТУ (2000-2005гг.); на внутри- и межвузовских научных конференциях студентов и молодых учёных МГУТУ (2000-2002гг) и опубликованы в 28 печатных работах.

Созданные на основе разработанной технологии подходы к созданию образовательных программ внедрены в учебный процесс МГУТУ и его филиалах и представительствах при создании рабочих программ по математическим дисциплинам для различных специальностей и форм обучения и внедрении этих программ в учебный процесс совместно с учебно-методической и учебно-практической литературой и изменением содержания и форм организации учебного процесса по математическим дисциплинам кафедры «ФиВМ». Внедрение подтверждено соответствующими документами.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографии, включающей 205 источников, 6 таблиц, 8 рисунков и 3 приложений. Общий объем — 162 стр., основной текст — 128 стр., библиография - 16 стр., приложения - 18 стр.

Заключение диссертации по теме «Теория и методика профессионального образования», Курочкина, Кира Витальевна

Выводы

1. Предложенная технология конструирования учебного процесса по математическим дисциплинам реализуема на практике. При этом процесс может быть распространён и на любой другой предмет.

2. При практической реализации предложенной технологии неучастие специалистов смежных (естественнонаучных, общетехнических, специальных и выпускающих кафедр) делает задачу конструирования учебного процесса невыполнимой.

3. Предложенная технология применима как для конструирования нескольких математических дисциплинам при обучении студентов одной специальности (в нашем случае — 2202 «информационные технологии и управление»), так и для конструирования одного предмета для нескольких разнородных специальностей (в нашем случае — предмет «методы оптимизации» для специальностей факультетов: «Механика и управление» и «Технологический менеджмент»). Аналогично разработанный процесс может быть применён к любому образовательному процессу. Таким образом, предложенная технология имеет многофункциональный характер.

Заключение

1. Предложенная технология реализуема на практике. При этом процесс может быть распространён и на случаи, когда в качестве центрального блока подразумевается не математическая дисциплина, а любой другой предмет.

2. При практической реализации технологии учёта интеграционных связей неучастие специалистов смежных (естественнонаучных, общетехнических, специальных и выпускающих кафедр) делает задачу создания рабочей программы по предмету, учитывающего современные требования к образовательному процессу, невыполнимой.

3. Предложенная технология применима как для создания рабочих программ по нескольким математическим дисциплинам при обучении студентов одной специальности (в нашем случае - 2202 «информационные технологии и управление»), так и для создания рабочих программ по одному предмету для нескольких разнородных специальностей (в нашем случае - предмет «методы оптимизации» для специальностей факультетов «механика и управление» и «технологический менеджмент»). Совершенно аналогично разработанный процесс может быть применён к любому образовательному стандарту. Таким образом, предложенная технология имеет многофункциональный характер.

4. Показано, что традиционные виды учебных занятий могут быть модифицированы для успешного применения в современном образовательном процессе.

5. Образовательный процесс может быть представлен ориентированным графом. В качестве аналога графа образовательного процесса может быть использован граф последовательного сложения чисел. На его основе еристик можно сравнивать между собой структурную сложность различных образовательных процессов. При использовании масштабирования в аудиторных часах длин маршрута графа, то есть времени, потребного на изучение того или иного раздела предмета или всего предмета в целом могут быть выявлены резервы времени аудиторных занятий. Наглядный вид графа образовательного процесса позволяет выявить структурные излишки такого процесса в виде «лишних» контрольных, курсовых работ и т.п., а также установить необходимость включения в образовательный процесс дополнительных форм контроля.

6. Для учёта полноты процесса выявления межпредметных связей, а также для качественной оценки правильности составления стандарта по предмету может быть использована единая форма матриц внутритем-ных, межтемных и межпредметных связей.

7. Наглядность представления образовательного процесса предложенными графами позволяет преподавателю при подготовке к работе с новым курсом глубже понять его идейную направленность, цели и методологию обучения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат педагогических наук Курочкина, Кира Витальевна, 2005 год

1. Аксёнов А.А. Теоретические основы реализации межпредметных связей посредством решения задач в классах с углублённым изучением математики. Дисс. к.п.н., Орёл 2000;

2. Александров П.С. Мир учёного. М.: Наука и жизнь №8. 1974;

3. Арнольд В.И. Речь на парламентских слушаниях в Государственной думе. М.: газета «Известия» 06.12.2002г.;

4. Архангельский С.И., Мизинцев В.В. Качественно количественные критерии оценки научно-познавательного процесса. Новые методы и средства обучения. М.: Высшая школа, 1989;

5. Архангельский С.И. Лекции по теории обучения в высшей школе. М.: Высшая школа, 1974;

6. Архангельский С.И. Лекции по научной организации учебного процесса в высшей школе. М.: Высшая школа, 1976;

7. Архангельский С.И. Методические разработки по курсу педагогики и психологии высшей школы для слушателей ФПК. М.: Высшая школа 1990;

8. Архангельский С.И. Некоторые проблемы теории обучения в высшей школе. М.: Знание, 1973;

9. Бабанский Ю.К. «Интенсификация процесса обучения». М.: Педагогика, 1987г.;

10. Бабанский Ю.К. Оптимизация процессов обучения. Общедидактический аспект. М.: Педагогика ,1977;

11. Бабанский Ю.К. Оптимизация учебно-воспитательного процесса: методологические основы. М.: Педагогика 1982;

12. Бабанский Ю.К. Система способов оптимизации обучения. М.: Вопросы психологии №5, 1982;

13. Бабанский Ю.К. Интенсификация процесса обучения. М.:3нание №6, 1987;14