Общая характеристика работы

Елисеев Владимир Александрович

 

Теоретические основы фундаментальной

Естественно-научной подготовки Студентов

Технического вуза в условиях использования информационных технологий

 

 

Специальность 13.00.08 – Теория и методика

профессионального образования

 

 

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

 

Елец – 2007

 

Работа выполнена в Воронежском государственном

техническом университете.

 

Научный консультант:

доктор педагогических наук, профессор

Жуковская Зоя Дмитриевна

 

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наукпрофессор

Подаева Наталия Гергиевна

доктор педагогических наук профессор

Молотков Николай Яковлевич

 

доктор физико-математических наук профессор

Зеленин Вячеслав Михайлович

 

Ведущая организация:

Орловский государственный технический университет

 

Защита состоится  12 ноября 2007 г. в 13 часов на заседании диссертационного совета Д 212.059.02 по присуждению ученой степени доктора педагогических наук в Елецком государственном университете им. И.А. Бунина по адресу: 399770. г. Елец Липецкой области, ул. Коммунаров, 28, ауд. № 301.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Елецкого государственного университете им. И.А. Бунина по адресу: 399770. г. Елец Липецкой области, ул. Коммунаров, 28.

 

Ученый секретарь диссертационного

 совета профессор                                                                 Е.Н.Герасимова

 

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Одна из основных задач, стоящих перед современным образованием, формулируется как воспитание и обучение разносторонне развитой личности. В этой связи возникает несоответствие между реальными требованиями общества и потенциальными возможностями студента, уровнем его специальной подготовки для осуществления творческой деятельности.

Ряд авторов отмечают, что процесс усвоения знаний в традиционном обучении фактически не связан с процессом познания в науке, что негативно сказывается на организации процесса формирования готовности обучаемых к профессиональной деятельности в современной информационной среде.

Тенденции развития технологии, усиление неопределенности в прогнозировании структуры потребителей научных и технических специалистов определяют рост значимости совершенствования и обновления знаний, необходимости перехода к непрерывному и двухуровневому образованию с превалированием фундаментального, общенаучного компонента.

При проектировании содержания ГОС 3-го поколения наряду с компетентностным подходом и задачами по выполнению Болонских соглашений заложены следующие принципы:

§ сочетание фундаментальности и профессиональной ориентированности образования;

§ подход к обучению как к исследовательско- и практико-ориентированному;

§ деятельностный, в том числе, задачный и контекстный подходы к обучению;

§ направленность предметного содержания на освоение физических наук как основы интеграции естественнонаучных знаний.

Фундаментальная естественно-научная подготовка студентов призвана способствовать формированию одной из ключевых групп компетенций – исследовательских и самообразовательных.

Для повышения качества профессионального образования представляется необходимым: 1) переместить фокус внимания преподавателей и обучающихся с проблемы изучения прагматических знаний на формирование научных форм системного мышления; 2) изменить содержание и методологию учебного процесса таким образом, чтобы, помимо изучения процесса формирования науки, значительная часть времени уделялась выработке современных представлений о целостном содержании системы наук, перспективах ее дальнейшего развития и роли каждой конкретной учебной дисциплины в этом процессе. Другими словами, акцент должен быть сделан на изучение наиболее фундаментальных законов природы и общества в их современном понимании с учетом возможностей и образовательных запросов личности.

Под фундаментализацией образования следует понимать, прежде всего: а) выделение универсальных по своей сути, основополагающих знаний, выведение их на приоритетные позиции и придание им значения основы для накопления других знаний, формирования умений и навыков, б) сближение образования и науки. Сущность фундаментализации образования состоит в том, что каждая область знания, изучаемая в вузе, является частью всего комплекса связанных с нею наук. Для более глубокого понимания специальности необходимо изучение всех наук, входящих в её систему.

Конструктивным шагом на пути модернизации образования и приведения его в соответствие с перспективными интересами развития человека и человечества явилась образовательная парадигма, которая сформирована коллективом исследователей (О.Н. Голубева, А.Д. Суханов, Е.Н. Князева, С.П. Курдюмов и др.).

Концепция новой образовательной парадигмы трактует фундаментальность как категорию качества образования и образованности личности. Задача фундаментального образования обеспечить оптимальные условия для воспитания гибкого и многогранного научного мышления, различных способов восприятия действительности, создать внутреннюю потребность в саморазвитии и самообразовании на протяжении всей жизни человека.

Проблеме формирования и развития творческого мышления, особенностям организации учебно-творческой деятельности посвящены работы В.И. Андреева, Л.Л. Гуровой, В.В. Давыдова, З.Д.Жуковской, В.Т. Кудрявцева, И.Я. Лернера, А.Н. Лук, Я.А. Пономарева, В.Г. Разумовского, В.Т. Титова, А.З. Рахимова и других.,

В работах П.Я. Гальперина, В.Ф. Лысова, В.В. Майера, А.В. Машукова с сотрудниками, Н.Я. Молоткова, Б.Н. Мухаметовой, В.В. Светозарова, Ю.В. Светозарова, А.М.Толстика, М.Ф. Щанова и других ученых приведены результаты формирования исследовательских умений и навыков в условиях современного лабораторного практикума по физике.

В качестве одного из главных направлений реализации новой образовательной парадигмы в условиях начала XXI века авторы аналитического доклада Института информатизации рассматривают, помимо фундаментализации образования на всех уровнях, внедрение методов опережающего и развивающего образования на основе использования перспективных информационных технологий и повышение доступности качественного образования путем развития системы дистанционного обучения и средств информационной поддержки образовательного процесса современными информационными и телекоммуникационными технологиями.

Современный этап использования информационных технологий характеризуется переходом от решения задач производства и управления к решению социальных задач. Основное внимание в области информатизации социальной сферы уделяется использованию новых информационных технологий в образовании. Проведенный Б.И. Герасимовым и А.Л. Денисовой анализ показал, что использование информационно–вычислительной техники при соблюдении ряда определенных условий способствует повышению качества образовательного процесса и формированию готовности к профессиональной деятельности, формированию навыков информационного моделирования, потребности непрерывного образования.

Физика является мировоззренческой наукой, лежащей в основе современного естествознания, поэтому формирование именно физического знания, является актуальной проблемой в образовании. Эта проблема особенно важна при обучении студентов на младших курсах, когда физическая картина мира воспринимается на всех ступенях организации материи – от элементарных частиц до Вселенной и развивается физическое мышление как инструмент познания.

В работах П.И. Образцова, О.П. Околелова, А.В. Соловова обоснована техническая возможность проектирования учебной дисциплины как дидактической системы, позволяющей педагогу через информационную составляющую процесса обучения осуществлять целостную технологию обучения. Однако в этих работах не отражены вопросы методики формирования научного мировоззрения, развития мотивации самообразования, которые являются актуальными на начальной стадии обучения в техническом вузе.

Сложность проблемы эффективной реализации функциональных возможностей компьютера в процессе обучения определяется еще и тем обстоятельством, что, характеризуясь многообразием связей, она должна решаться в условиях ряда противоречий в системе профессионального образования. При этом темпы решения проблемы должны соответствовать динамике информатизации. В публикациях В.П. Беспалько, Е.И. Виштынецкого, А.Л. Денисовой, А.О. Кривошеева, Е.Н. Машбиц, П.И.Образцова, О.П. Околелова, А.В. Соловова, А.Я. Савельева, Н.Ф. Талызиной, М.С. Чвановой и других ученых на эту тему представлен ряд существенных научных результатов.

Тем не менее, анализ публикаций показывает, что целенаправленных исследований по вопросам разработки новых концепций, содержания, организационных форм и методов комплексного использования всех возможностей современных средств информационных технологий в преподавании еще недостаточно.

В приведенных исследованиях рассматривались либо общие проблемы развития системы профессионального образования, либо проблемы совершенствования отдельных компонентов системы в рамках образовательной парадигмы, или в контексте информатизации и индивидуализации образования. Исследования же проблемы развития самообразования в таком важном контексте как мотивация фундаментального естественно-научного образования с использованием информационных технологий не проводилось. Таким образом, современное состояние теоретической разработки проблемы организации учебной деятельности, отражающей тенденции фундаментализации и использования компьютерных технологий в образовании при подготовке будущих инженеров, способных решать весь комплекс задач в сложных условиях современного этапа развития общества, а также необходимость разрешения многочисленных противоречий свидетельствуют об актуальности исследования методологических принципов дидактической системы фундаментальной естественно-научной подготовки инженеров средствами компьютерных технологий.

Теоретические исследования и систематизация опыта практической работы позволили выявить наличие в существующей системе естественно-научной подготовки в высшем техническом учебном заведении целого ряда противоречий между:

§ потребностью общества и фактическим качеством естественно-научной подготовки в профессиональном образовании;

§ групповой формой организации процесса подготовки и индивидуальными потребностями личности в качественном образовании и развитии творческих способностей;

§ естественным интересом молодежи к компьютеру и отсутствием в преподавании учебных курсов психолого-педагогической базы для ориентации этого интереса на формирование базового уровня подготовки по естественно-научным дисциплинам;

§ высоким уровнем вычислительной техники и недостаточным осознанием роли и возможностей ЭВМ в современной инженерной и научной деятельности;

§ необходимостью формирования осознанных действенных знаний обучаемых и преобладанием вербальных методов обучения.

Проблема исследования заключается в необходимости разрешения указанных выше противоречий. Постановка проблемы позволит  повысить качества фундаментальной естественно-научной подготовки студентов в контексте информатизации и формирования мотивационного синдрома.

Тема исследования«Теоретические основы фундаментальной естественно-научной подготовки студентов технического вуза в условиях использования информационных технологий» обусловлена актуальностью решения и педагогической значимостью этой проблемы.

Объектом исследования является процесс профессионального образования в техническом вузе.

Предмет исследования – фундаментальная естественно-научная подготовка студентов технического вуза в условиях системного использования информационных технологий.

Цель данного исследования – разработка теоретико-методологического обоснования концептуальной модели фундаментальной естественно-научной подготовки студентов технического вуза в условиях использования информационных технологий.

Гипотеза исследования – качество естественно-научной фундаментальной подготовки студентов технического вуза в контексте их профессиональной деятельности может быть повышено, если:

§ на основе методологических принципов будет разработана концептуальная модель фундаментальной естественно-научной подготовки в компьютерной обучающей среде, системообразующим элементом которой является развитие личности обучаемого;

§ на этапе проектирования компьютерных модулей сопровождения учебного курса учтено комплексное сочетание методологических, дидактических и психологических требований на основе современной парадигмы образования;

§ разработана и внедрена методика компьютерного сопровождения различных видов учебных занятий;

§ в компьютерных обучающих модулях заложен механизм формирования познавательного мотивационного синдрома, ориентированный на развитие творческих способностей обучающихся.

В соответствии с объектом, предметом, целью и гипотезой исследования сформулированы следующие задачи:

1. разработать и обосновать концептуальную модель фундаментальной естественно-научной подготовки в условиях системного использования информационных технологий;

2. разработать и внедрить в учебный процесс методику комплексного компьютерного сопровождения учебных занятий, ориентированную на повышение качества фундаментальной естественно-научной подготовки студентов;

3. определить психолого-педагогические условия формирования мотивации самообразования и самооценки в процессе создания и реализации компьютерных обучающих программ;

4. провести педагогический эксперимент и оценить эффективность модели фундаментальной естественно-научной подготовки в компьютерной обучающей среде.

Теоретико-методологической основой для решения поставленных задач послужили концептуальные положения философии, теории развивающего и деятельностного подхода к повышению качества обучения, работы, раскрывающие дидактические принципы обучения, современные активные методы обучения, интенсификации и мотивации учебной деятельности:

§ философские положения теории познания, теории деятельности, формирования личности и становления специалиста (Ю.К. Бабанский, П.Я. Гальперин, Б.С. Гершунский, З.Д.Жуковская, И.А. Зимняя, Я.А. Коменский, А.Н. Леонтьев, И.Я. Лернер, А. Маслоу, Н.Ф. Талызина и др),

§ исследования, раскрывающие различные аспекты процесса информатизации образования (А.П. Ершов, А.Л. Денисова, Е.И. Машбиц, А.В.Могилев, А.О. Кривошеев, П.И.Образцов, О.П. Околелов, И.В Роберт, А.В. Соловов, М.С. Чванова и др.),

§ исследования целенаправленного и эффективного формирования у обучаемых творческого мышления, как необходимого компонента личностной характеристики специалиста (Е.Л. Белкин, А.А. Бондарева, В.Д. Горский, А.Л. Денисова, Д.В. Кузнецова, А.В. Романов),

§ конструктивные идеи концепции фундаментализации новой образовательной парадигмы модернизации образования (О.Н. Голубева, А.Д. Суханов, Е.Н. Князева, С.П. Курдюмов и др.),

§ работы по проблеме формирования исследовательских умений и навыков в условиях современного лабораторного практикума по физике (В.М. Блинов, П.Я. Гальперин, В.Ф. Лысов, В.В. Майер, А.В. Машуков с сотрудниками, Н.Я. Молотков, Е.Б. Петрова, В.В. Светозаров, Ю.В. Светозаров, А.М. Толстик, М.Ф. Щанов),

§ ценностный подход к содержанию подготовки специалистов (З.Д.Жуковская),

§ общие закономерности процесса формирования профессионально-личностного саморазвития (А.А. Вербицкий, Т.И. Шамова).

С позиций кибернетики основополагающими явились работы, раскрывающие методы, средства и алгоритмы учебной деятельности.

Важным источником исследования являются материалы автора, накопленные за 45-летнюю педагогическую и научно-исследовательскую деятельность в качестве школьного учителя (9 лет) и преподавателя физики Воронежского государственного технического университета (36 лет).

Для реализации цели, проверки гипотезы и решения поставленных задач использованы следующие методы исследования:

§ общенаучные методы: формальной логики, системного, индуктивно-дедуктивного анализа;

§ педагогические наблюдения за исследовательской деятельностью студентов, беседы с преподавателями, студентами, анкетирование, контрольные срезы;

§ поэтапные контрольные тесты проверки эффективности разработанной методики формирования исследовательских умений и навыков у студентов при изучении курса физики;

§ педагогический эксперимент, статистическая обработка экспериментальных данных, содержательная интерпретация полученных результатов.

Научная новизна исследования:

§ разработана и теоретически обоснована концептуальная модель фундаментальной естественно-научной подготовки, функционирующая в условиях системного использования информационных технологий и способствующая формированию профессионально значимых качеств будущего инженера. На методологическом, теоретическом, дидактическом и концептуальном уровнях предложено решение проблемы повышения качества фундаментальной естественно-научной подготовки студентов в условиях современной информационной среды,

§ определены образовательная, воспитательная и развивающая функции компьютерной обучающей среды, обеспечивающие ее эффективное включение в систему учебного процесса технического вуза,

§ раскрыт и реализован психолого-педагогический механизм формирования в компьютерной среде мотивационного синдрома и исследованы возможности его коррекции в процессе учебной деятельности обучающихся,

§ определены психолого-педагогические условия организации исследовательской работы студентов как дополнения к основному курсу, рассчитанные на современный уровень компьютерной грамотности. Информационные технологии представлены как комплекс действенных средств интеграции методологических приемов, математических методов и дидактических принципов,

§ разработана и внедрена в учебный процесс методика компьютерного сопровождения различных видов занятий курса физики в техническом вузе, включающая комплексное методическое, аппаратное и программное обеспечение фундаментализации естественно-научной подготовки студентов средствами компьютерных технологий,

§ сформулированы критерии оценки качества фундаментальной естественно-научной подготовки студентов.

Теоретическая значимость исследования состоит в том, что:

§ с учетом социально-экономических, психолого-педагогических факторов раскрыты проблемы, выявлены педагогические функции и особенности мотивации в компьютерной обучающей системе, направленные на повышение качества и роли фундаментальной естественно-научной подготовки в системе профессионального образования;

§ конкретизированы пути повышения качества фундаментальной естественно-научной подготовки студентов в преподавании курса физики в техническом вузе;

§ на основе системного анализа структуры фундаментальной подготовки студентов, где системообразующим фактором является развитие творческих способностей обучающихся, разработан новый подход к решению проблемы мотивации самообразования в компьютерной обучающей среде. Выявлена роль компьютерного сопровождения преподавания в изменении причинной схемы неудач при выполнении заданий;

§ предложен комплексный дидактический инструментарий компьютерных технологий для образовательного процесса, позволяющий реализовать научность, системность, наглядность, индивидуальность, последовательность, преемственность, единство требований, активный диалог, обратную связь;

Практическая значимость исследования заключается в том, что на основе целостной дидактической системы компьютерного сопровождения фундаментальной подготовки разработана и внедрена в учебный процесс методика проведения индивидуализированных расчетно-графических заданий и лабораторного практикума, позволяющая оптимально адаптировать компьютерные модули к индивидуальным характеристикам обучающихся.

Результаты работы использованы в учебном процессе для существенного повышения фундаментального естественно-научного образования и развития мотивации активной самостоятельной творческой деятельности студентов.

Разработанный автором пакет прикладных компьютерных программ интенсивного обучения, набор которых направлен на развитие потенциальных возможностей личности обучающегося в соответствии с современной парадигмой фундаментализации образования, зарегистрирован в ОФАП и может быть непосредственно использован в других вузах и школах, в системе дистанционного обучения и для самоподготовки.

Апробация результатов исследования и внедрение разработанной системы осуществляется в течение более двадцати лет на кафедре физики Воронежского государственного технического университета и других вузов Воронежа. Результаты научного исследования доложены и положительно оценены на международных, республиканских конференциях «Современный физический практикум», «Физика в системе современного образования», «Современные технологии обучения», «Проблемы интеллектуализации образования», научно-практических и других конференциях, симпозиумах, опубликованы в журналах «Физическое образование в вузах», «Системный анализ и управление в биомедицинских системах». Коллектив сотрудников ВГТУ, руководимый автором, принимает активное участие в выполнении межвузовской комплексной программы МО РФ «Наукоемкие технологии образования» со дня ее создания. Материалы исследований (концептуальная модель фундаментальной естественно-научной подготовки средствами компьютерных технологий, принципы организации компьютеризированных практических занятий по физике) положены в основу курсов лекций, лабораторных и практических занятий и включены в график учебного процесса.

Обоснованность и достоверность результатов, содержащихся в диссертации, обеспечивается методологической основой исследования, позволившей определить научные подходы к исследованию проблемы и доказать выдвинутую гипотезу. Методологические позиции адекватны целям, предмету и задачам исследования. Надежность результатов обусловлена и комплексным использованием методов различных научных дисциплин, а также широкой апробацией полученных данных в процессе личной многолетней преподавательской деятельности, позитивным опытом коллег, использующих материалы автора, их сравнимостью с массовой практикой.

Базой исследования являлся Воронежский государственный технический университет. В исследовании приняли участие более тысячи студентов, из которых отобраны три группы: одна контрольную и две экспериментальные группы

Этапы исследования:

Первый этап (1990-1995 гг.) - определение проблемы исследования и обоснование её актуальности. В этот период анализировалось состояние подготовки студентов к исследовательской работе, изучалась соответствующая литература, выявлялись противоречия в теории и практической деятельности, определилась методология и разрабатывалась методика исследования. В результате этой работы была сформулирована гипотеза, намечены цели, задачи и методы исследования, определялось содержание экспериментальных занятий со студентами.

Второй этап (1995-1999 гг.) - осуществлялась теоретическая работа, направленная на поиск путей, методов и приемов формирования исследовательских умений и навыков у студентов физико-технического факультета. Подготовка теоретической базы для проведения опытно-экспериментального обучения; осуществление констатирующего и формирующего экспериментов. Для осуществления поставленных целей обучения создан компьютерный класс кафедры физики, установлены критерии и направления оценки качества фундаментальной подготовки инженеров. Разработано и осуществлено аппаратное и программное обеспечение для компьютерного сопровождения курса физики.

Третий этап (1999-2007 гг.) – реализация разработанной автором комплексной программы формирования исследовательских умений и навыков у студентов (в двух вузах г. Воронежа); анализ, систематизация и обобщение результатов проведенной работы. Результаты ее подтверждены документально многими актами внедрения в практику учебного процесса.

На защиту выносятся следующие результаты, раскрывающие теоретические положения и условия, которые обеспечивают и стимулируют развитие отвечающей тенденциям информатизации образованиясистемы фундаментальной естественно-научной подготовки в техническом вузе:

1. Концептуальная модель фундаментальной естественно-научной подготовки в компьютерной обучающей среде, системно включающая в отличие от традиционной методики:

§ эвристический подход и дополнение компонентов теоретического и образного мышления (экспериментально-исследовательскую работу с графиками);

§ формирование системного мышления будущего специалиста за счет развития связей между различными компонентами системы учебных знаний;

§ освоение студентами научных методов экспериментальных исследований.

2. Методика компьютерного сопровождения учебных занятий, ориентированная на развитие творческой активности студентов при проведении лабораторного практикума с элементами автоматизации физического эксперимента и математической обработки результатов. Кроме мотивационного фактора с учетом структуры учебных знаний фундаментализация инженерного образования обеспечивается:

§ изучением закономерностей явлений и понятий, теоретических положений, которое осуществляется на базе фундаментальных идей и принципов;

§ формированием аналитико-синтетических представлений сущности рассматриваемых явлений при их математическом и имитационном моделировании;

§ ориентацией на непрерывное и развивающее обучение при переходе от изучения курса общей физики к специализированным курсам выпускающих кафедр;

§ формированием устойчивых навыков владения средствами и технологией информационной культуры.

3. Методологически и психологически обоснованная система контекстно зависимой помощи в диалоговых компьютерных модулях, обеспечивающая возможность формирования в компьютерной обучающей среде мотивации самообразования и самооценки.

4. Комплекс программных, аппаратных и методических средств компьютерного сопровождения преподавания курса физики.

Структура диссертации:

Содержание исследования изложено на 316 страницах и содержит введение, 4 главы, библиографию, 11 таблиц, 55 рисунков.