Обоснование возможности полипарадигмального подхода в обучении студентов инженерного вуза

Проблема обоснования возможности комплексной реализации фундаментализации (как подхода в обучении), компетентностного, контекстного, междисциплинарного, предметно-информационного подходов приводит к необходимости изучения возможности их попарной «совместимости», непротиворечивости способов и условий достижения целей и результатов обучения, предусмотренных этими подходами.

Так, компетентностный подход предусматривает цели и результаты обучения, которые можно обобщенно выразить формулой «знания, умения и навыки плюс способность и готовность применять их в профессиональной деятельности». Отсюда понятно, что в рамках компетентностного подхода дополняют друг друга фундаментализация, которая направлена на формирование системообразующих знаний, умений и навыков по дисциплинам, а также контекстный, междисциплинарный и предметно-инфор-мационный подходы, направленные на формирование способности и готовности применять эти знания, умения и навыки в профессиональной деятельности. Значительная роль междисциплинарного подхода, основанная на компетентностном понимании междисциплинарных связей, будет подробно рассмотрена в конце настоящей главы.

С учетом этого следует рассмотреть совместимость и непротиворечивость, с одной стороны, фундаментализации, а с другой стороны - контекстного, междисциплинарного и предметно-информационного подходов, а также изучить возможные результаты их комплексного использования.

В самом деле, понятно, что практикоориентированные контекстный, междисциплинарный и предметно-информационный подходы непосредственно направлены на формирование готовности студентов применять знания, а фундаментализация - на формирование базовых предметных знаний, и потому их результаты, как может показаться, лежат в разных плоскостях: «компетентностной» и «знаниевой», что и актуализирует вопрос о возможности интеграции этих подходов в обучении математике.

Рассматривая возможность совместного использования подходов, представленных в сочетаниях фундаментализация - контекстный подход; фундаментализация - междисциплинарный подход; фундаментализация - предметно-информационный подход, достаточно ограничиться первым случаем; для остальных рассмотрение по сути аналогичное.

По нашему мнению, для того чтобы делать выводы о качестве профессиональных знаний в тех или иных дидактических условиях, необходимо проанализировать динамику в этих условиях системы качеств, характеризующих полноценные знания. Исследуя динамику отдельных качеств профессиональных знаний в процессе обучения, можно проектировать этот процесс таким образом, чтобы получить определенное качество фундаментальной подготовки по дисциплинам.

По-видимому, возможны различные подходы к изучению качеств (компонент, характеристик) знания. Нам представляется продуктивным подход к изучению качеств знания, разработанный И.Я. Лернером [2.8]. Согласно его теории, к числу качеств знаний личности следует отнести полноту и глубину, оперативность и гибкость, конкретность и обобщенность, свернутость и развернутость, систематичность и системность, осознанность и прочность, которые состоят в следующем:

  • • полнота знаний - количество программных знаний об изучаемом объекте (предмете);
  • • глубина - совокупность осознанных учащимся знаний связей и отношений между знаниями;
  • • оперативность - умение использовать знания в однотипных ситуациях;
  • • гибкость - умение самостоятельно находить вариативные способы применения знаний в измененных условиях;
  • • осознанность — понимание связей, отношений между знаниями, нахождение путей их получения, умения доказывать.

Первыми тремя качествами знаний обусловлены следующие:

  • • конкретность - умение разложить знания на элементы, раскрыть конкретные проявления обобщенного знания;
  • • обобщенность - умение выразить конкретные знания в обобщенной форме;
  • • свернутость - умение формулировать знание компактно, уплотненно,свернуто;
  • • развернутость - умение переходить от компактной к развернутой формулировке знания;
  • • систематичность - осознание состава некоторой совокупности знаний в их иерархической и последовательной связи;
  • • системность — осознание места знания в структуре научной теории.
  • • прочность — устойчивое сохранение в памяти устойчивых знаний и способов его применения, а также готовность вывести необходимые знания на основе других.

Отметим, что прочность знаний играет значительную роль как в знаниевом подходе, направленном на формирование системы прочных остаточных знаний, знаний «с запасом», знаний «впрок», так и в компе- тентностном подходе - в условиях фундаментализации, направленной на формирование прочных базовых, универсальных знаний, образующих фундаментальное ядро знаний по дисциплине.

Существуют определенные взаимодействия между всеми этими двенадцатью качествами знаний, однако все они относительно самостоятельны и ни одни из них не могут быть заменены другими [2.8].

Используя теорию качеств знаний, можно найти новые пути улучшения фундаментальной профессиональной подготовки. Эта теория, разработанная в рамках дидактики общего образования, безусловно, является актуальной и для высшего профессионального образования.

Нам представляется, что применительно к профессиональному образованию справедливо следующее положение: профессионально направленное обучение позволяет повысить качество профессиональных знаний и, следовательно, улучшает фундаментальную профессиональную подготовку или, более точно, контекстное обучение повышает качество фундаментальной профессиональной подготовки студента. Достичь это можно следующими путями:

  • • непосредственно - улучшая такие качества знаний по дисциплине, как глубина, гибкость, оперативность, свернутость, систематичность, осознанность, прочность;
  • • и опосредованно - через мотивацию изучения учебного материала по дисциплине — улучшая полноту, конкретность, обобщенность, развернутость и системность знаний.

Действительно, контекстное обучение вырабатывает у студентов навыки применения знаний к исследованию (дисциплинарному моделированию) самых разнообразных объектов в изменяющихся условиях и, следовательно, способствует формированию гибкости знаний. Не умаляя значения каких-либо характеристик, мы остановимся на тех из них, на которые, по нашему мнению, контекстное обучение оказывает наибольшее влияние.

Прежде всего к таким качествам относится полнота знаний. Если контекстное обучение охватывает все разделы дисциплины, то у студентов формируется устойчивый интерес к предмету в целом. При этом вырабатываются навыки использования знаний, опирающиеся на широкий круг профессиональных знаний и методов. Контекстное обучение, осуществляемое системно, позволяет изучать все разделы дисциплины в одном ключе, демонстрируя студентам широкие возможности соответствующей науки, ее прикладной потенциал, акцентируя внимание на то, что большинство разделов дисциплины являются профессионально значимыми и могут найти применение в их дальнейшей инженернопрактической и научно-исследовательской работе.

Таким образом, контекстное обучение в рамках всего курса дисциплины способствует достижению полноты знаний по дисциплинам у студентов.

Качеством, на которое существенно влияет контекстное обучение, является и глубина знаний. Как уже отмечалось, контекстное обучение способствует формированию навыков построения дисциплинарных моделей. Для их исследования часто необходимы знания из различных разделов математики, в том числе знания, не связанные между собой при традиционном последовательно-логическом изложении курса.

В процессе решения таких задач у студентов формируются новые осознанные связи между знаниями, т. е. их знания становятся более глубокими.

Схема образования логических связей между знаниями может быть представлена в виде достаточно сложного графа, в котором вершины означают отдельные знания, а направленные ребра означают логические связи между ними, использованные при построении курса. Частичная упорядоченность, задаваемая графом, определяет последовательность получения и использования знаний.

Рассмотрим теперь механизм образования дополнительных связей между знаниями в условиях, к примеру, профессионально направленного обучения математике. Действительно, профессиональная направленность подразумевает систематическое применение знаний по дисциплине в будущей профессиональной деятельности выпускника, включая построение и исследование необходимой дисциплинарной модели явления. Построение и, особенно, исследование этой модели требует использования знаний по дисциплине, нередко из разных разделов математики и не связанных между собой при последовательно-логическом построении курса. Таким образом, контекстное обучение математике способствует возникновению новых осознанных связей между знаниями.

Осознание студентом новых связей между знаниями, например в процессе решения профессионально направленной задачи, означает, что он получил более глубокие и осознанные профессиональные знания. Механизм возникновения новых связей можно представить графически (рис. 2.3).

Таким образом, контекстное обучение улучшает такие качества знаний, как их глубина и осознанность.

Пунктирные линии на рис. 2.3 означают новые связи между профессиональными знаниями, возникшие опосредованно (через связь с задачами из области будущей профессиональной деятельности), в процессе решения инженерно-практической задачи, как результат профессиональной направленности обучения.

Возникновение новых связей между знаниями в контекстном обучении математике

Рис. 2.3. Возникновение новых связей между знаниями в контекстном обучении математике

Приведем пример профессионально направленной задачи по дисциплине «Математика» и ее решения для иллюстрации образования указанных новых связей.

Задача. Источник света расположен на оптической оси зеркала прожектора (фары). Какова должна быть форма зеркала, чтобы отраженные лучи были параллельны оптической оси?

Решение. Выберем систему координат (рис. 2.4) и рассмотрим кривую у = /(х), которая получается в сечении поверхности зеркала плоскостью хОу, пусть произвольная точка М(х,у) принадлежит этой кривой.

К решению задачи о форме фары

Рис. 2.4. К решению задачи о форме фары

Угол, образованный касательной к кривой в точке М и осью Ох, обозначим через а. Продолжим касательную до пересечения с осью Ох в точке N; так как угол падения равен углу отражения, то Z OMN = Z ONM. Отсюда следует, что треугольник OMN является равнобедренным:

Учитывая геометрический смысл производной, получим умножая на сопряженное к знаменателю выражение, имеем или

откуда получаем, что

Интегрируя, получим yjx2+y2 = х + С, откуда у2 = 2С^х + j.

Последнее равенство показывает, что искомая кривая является параболой с осью симметрией Ох.

Если обозначить расстояние от источника света О до центра зеркала S через а, то получим начальное условие у {—а) = 0, используя которое, найдем значение С = 2а (решив тем самым задачу Коши для дифференциального уравнения), и уравнение параболы примет вид

Параметр этой параболы р = 2а. Искомая поверхность является параболоидом вращения, уравнение которого получается заменой у2 на

у2 +z2:

Замечания

  • 1. Данную задачу оптимально решать в процессе изучения раздела «Дифференциальные уравнения» курса математики.
  • 2. Решение задачи требует знаний по следующим разделам математики:
    • • производные, в частности, геометрический смысл производной;
    • • дифференциальные уравнения (первого порядка и задача Коши);
    • • уравнения кривых второго порядка;
    • • уравнения поверхностей второго порядка и поверхностей вращения.

Решение этой прикладной (профессионально направленной для студентов транспортных направлений подготовки) задачи формирует у студента новые осознанные связи между профессиональными знаниями и, безусловно, способствует более глубокому пониманию материала.

Опыт обучения математике студентов транспортных направлений, подтверждает положительный эффект, который формируют такие задачи.

Заметим, что студентам нелишне узнать, что принцип, заложенный в конструкцию фары (создание параллельного потока отраженного света), затронут в известном романе А. Толстого «Гиперболоид инженера Гарина»: с точки зрения математики, его название неправильное, поскольку поверхность зеркала является параболоидом, а не гиперболоидом.

Далее, гибкость профессиональных знаний, формируемая у студентов - это такое качество, которое оказывает самое непосредственное влияние на конечный результат математической подготовки, обеспечивая способности инженера решать профессиональные задачи.

Действительно, виды профессиональной деятельности, к которым должен быть подготовлен выпускник инженерного вуза, весьма разнообразны, равно как и соответствующие каждому виду деятельности профессиональные задачи; все они требуют качественной профессиональной подготовки. Множество конкретных инженерно-практических задач, для решения которых нужны профессиональные знания, представляется совершенно необозримым.

Гибкость, с нашей точки зрения, является одним из наиболее сложно формируемых и значимых качеств знания. Тем не менее, поскольку это качество напрямую связано с подготовкой выпускника к профессиональной деятельности, его необходимо формировать и развивать.

Все, что студент знает и умеет, он усваивает в процессе деятельности. Следовательно, формирования гибкости как умения самостоятельно применять знания в измененных условиях, можно добиться в процессе такой учебной деятельности, где важным компонентом является поиск путей применения имеющихся знаний для новой ситуации. Например, к таким видам учебной деятельности относится решение задач, к которым применима хотя бы одна из следующих характеристик: творческие, прикладные, изобретательские.

Из указанных задач в сфере профессиональной подготовки лежат прикладные профессиональные задачи. Типичная постановка прикладной задачи такова: дан некоторый объект, например инженерно-техническая система, требуется найти значения параметров системы так, чтобы она удовлетворяла определенным условиям, например, оптимальности по некоторым своим характеристикам. Трудность заключается в том, что постановка задачи не указывает на то, какие именно профессиональные знания и средства понадобятся студенту-исследователю для ее решения. Причем в постановке задачи, предназначенной для формирования и закрепления профессиональных знаний по определенной теме, могут присутствовать самые разнообразные объекты. Студенту, который решает эту задачу, необходимо понять, как к этому объекту применить профессиональные знания, иными словами, возникает ситуация, по меткому выражению А.А. Вербицкого, «пойди туда, не знаю куда, сделай то, не знаю что».

В определенном смысле такая задача является творческой, хотя деление задач на творческие, прикладные и изобретательские является условным. Мы хотим лишь подчеркнуть, что систематическое решение учебных прикладных задач вырабатывает навыки применения профессиональных знаний к исследованию новых объектов, в измененных условиях, развивает в определенной мере творческий подход, тем самым эффективно способствует формированию у студента системы таких профессиональных знаний, которые отличаются гибкостью.

Естественно, это полностью относится и к профессионально направленным задачам - их решение способствует формированию гибкости профессиональных знаний студентов.

Системность знаний обеспечивается в том случае, если профессиональная направленность обучения реализуется как общий подход к обучению, при изучении всех разделов математики, непрерывно и последовательно. При таком подходе профессиональная теория формируется как единая наука, как система знаний, все разделы которой являются профессионально значимыми и могут быть востребованы в профессиональной деятельности будущего инженера.

Прочность знаний, согласно теории А.Я. Лернера, обеспечивается их глубиной и осознанностью.

Если же прикладная формулировка задачи содержит профессиональные элементы, то построение и исследование профессиональной модели, а также получение конечного результата, имеющего профессионально значимую для студентов интерпретацию, являются дополнительными факторами, которые способствуют еще более прочному сохранению знаний в памяти студента. Заметим, что эффект от использования профессиональной направленности более высок, чем от прикладной направленности, поскольку профессиональная направленность в большей степени, чем прикладная, воздействует на мотивационноцелевую компоненту обучения.

По этой же причине достигается и оперативность знаний. Многократное же применение профессиональных знаний развивает способность студентов формулировать их компактно, уплотненно, свернуто.

Студенты самостоятельно устанавливают новые связи между усвоенными знаниями, а также между ними и новыми знаниями, что свидетельствует о достижении более высокой степени систематичности знаний.

При этом нередко приходится уточнять границы применимости тех или иных теорем, методов, осознавать и самостоятельно выделять существенное в тексте задачи, в явлении, воспроизводить и самостоятельно выявлять механизм действия законов, протекания процессов. Все это способствует достижению осознанности знаний.

Таким образом, по нашему мнению, в условиях контекстного обучения могут быть непосредственно достигнуты (улучшены) такие качества профессиональных знаний, как глубина, гибкость, оперативность, свернутость, систематичность, осознанность, прочность. Другие качества улучшаются, если сохраняется логическая последовательность изложения курса и при этом профессионально направленные профессиональные задачи используются в единстве с традиционными задачами; улучшение достигается опосредованно, через мотивацию изучения математики. Это относится к таким качествам знаний по дисциплинам, как полнота, конкретность, обобщенность, развернутость и системность знаний.

В самом деле, важным резервом улучшения качества математической подготовки является усиление мотивации студентов к изучению математики. Студенты начинают изучать математику на первом курсе, когда у них еще нет целостного представления о той системе знаний, которые нужны им для успешного выполнения их будущей профессиональной работы, и многим представляется, что математика является абстрактной дисциплиной, которая полезна при изложении некоторых других дисциплин, но бесполезна в будущей работе.

При этом оказывается, что изучение математики требует большого труда, поскольку и абстрактный характер некоторых математических понятий, и необходимость придерживаться в рассуждениях строгих логических правил, и выполнение непростых математических преобразований - все это требует от студента значительных усилий и больших затрат времени. Очевидно, что если студент не видит в математике одного из важных инструментов для своей будущей работы, то он изучает ее поверхностно и не может получить глубоких знаний.

Общепризнанно, что студент будет иметь мощный стимул активного изучения математики, если осознает значительный потенциал, который имеют профессиональные методы для решения инженерно- технических задач. Осознать это студент может лишь в процессе учебной деятельности, в которой он должен видеть множество примеров того, как инженерная задача переводится на язык формул, уравнений, и решение соответствующей профессиональной задачи дает решение практического вопроса.

На практике студенты должны понимать, что в инженерной деятельности важным является не столько описание изучаемого явления математической моделью, сколько предсказание с помощью исследования этой модели не известных еще фактов и прогноз особенностей протекания изучаемого явления. То же самое относится и ко многим другим дисциплинам.

Как известно, формирование мотивации изучения математики приводит к повышению познавательной активности студентов в учебном процессе. Так, ряд исследователей выделяют такие черты познавательной активности, как потребность и умение самостоятельно мыслить; умение ориентироваться в новой ситуации, увидеть новые вопросы, задачи, найти подход к ним; критичность ума, самостоятельность при решении сложных учебных задач, а также способность высказывать свою собственную точку зрения независимо от суждения других.

С этой точки зрения, студент становится активным участником познавательного процесса, если содержание обучения ему интересно, обеспечивает его личностное включение, гак как представляется ему профессионально значимым - в этом случае происходит усиление мотивации студента к изучению математики.

Повышение мотивации к изучению курса дисциплины формируется у студента, если в процессе обучения реализованы следующие условия:

  • • студент понимает, что навыки применения знаний полезны ему также при изучении других дисциплин;
  • • студент осознает, что в процессе рассмотрения такого рода задач его профессиональные знания становятся более глубокими.

Поскольку невозможно разработать задачи, профессионально значимые для будущих специалистов всех отраслей, от автоматизации до металлургии, то, по нашему мнению, следует разрабатывать комплексы профессионально направленных задач для групп направлений подготовки, например, для транспортной, энергетической, машиностроительной и др.

В сравнении с прикладной направленностью, профессиональная направленность обучения математике подразумевает соотнесение содержания обучения математике с областью профессиональной деятельности выпускника инженерного вуза, и поэтому можно говорить о векторе профессиональной направленности обучения (ВПН), который задает определенный сектор профессиональной деятельности.

Профессиональная направленность обучения математике в соответствии с ВПН, в большей степени, чем прикладная направленность, способствует усилению мотивации студентов к изучению математики. Последнее обстоятельство через усиление познавательной активности положительно влияет на качество профессиональных знаний. Таким образом, если вектор профессиональной направленности обучения математике совпадает с направлением подготовки студента, то в таком обучении достигаются качества знаний по дисциплине.

Опыт показывает, насколько важно повысить мотивацию студентов к изучению дисциплин, особенно на младших курсах, когда они считают мотивационно значимым все, что связано с будущей профессией. Поэтому очевидно, что контекстное обучение дисциплине изменяет представления студентов о её назначении, которые начинают видеть в ней не только систему научных знаний, но и один из важных инструментов решения профессиональных задач.

Нами было замечено, что если в обучении используются элементы профессиональной направленности, изменяются и представления студентов о будущей профессии, точнее, о модели деятельности специалиста. Действительно, если обучение не является профессионально направленным, представления студентов о назначении дисциплины о модели деятельности специалиста между собой мало связаны. В условиях же профессионально направленного обучения между этими представлениями возникает диалектическое взаимодействие: они «отражаются» друг на друга (рис. 2.5).

Взаимное «отражение» представлений о будущей профессии и назначении дисциплины

Рис. 2.5. Взаимное «отражение» представлений о будущей профессии и назначении дисциплины

Упомянутое выше взаимодействие, обозначенное стрелкой 1, изменяющее представления студентов о назначении дисциплины, хорошо известно. Однако взаимодействие, обозначенное стрелкой 2, также играет важную роль. Если профессионально направленное обучение дисциплине содержательно с точки зрения инженерной деятельности, изменяются и представления, подчас упрощенные, студентов младших курсов о будущей профессии. Они начинают осознавать ее как наукоемкую область, успешная работа в которой требует фундаментальной подготовки по этой дисциплине и навыков применения знаний по ней, что является дополнительным источником мотивации её изучения и способствует повышению качества соответствующих знаний студента - будущего инженера.

С учетом изложенного о мотивации изучения дисциплины вернемся к теории качества знаний. Можно сделать важный, как нам представляется, вывод о том, что в пределах дидактики профессионального образования объективно необходимо рассмотреть еще одно самостоятельное качество знания - его профессиональную направленность, которое не имело смысла в рамках дидактики общего образования.

Мы считаем, что профессиональная направленность знания характеризует число осознанных субъектом существенных связей этого знания с задачами будущей профессиональной деятельности.

Осознание таких связей применительно к профессиональным знаниям осуществляется опосредованно, в процессе квазипрофессиональ- ной деятельности, например, в процессе решения учебных профессионально направленных задач по дисциплине. Именно профессиональная направленность знаний, формируемая в контекстном обучении, способствует повышению мотивации изучения дисциплины, познавательной активности студентов и, как следствие, повышению качества фундаментальных базовых знаний по дисциплинам.

Можно сделать вывод, что фундаментализация обучения математике может эффективно сочетаться с контекстным обучением математике студентов инженерного вуза (аналогично - с компетентностным, междисциплинарным и предметно-информационным подходами). Тем самым получено обоснование возможности реализации ППП при формировании профессиональной компетентности студентов инженерного вуза.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >