- 3 -ВВЕДЕНИЕ
За последние 10 лет в России произошли реформы, которые повлекли за собой изменения в системе высшего профессионального образования. Обществу необходим специалист-профессионал, способный реагировать на быстрые изменения в соответствующей профессиональной сфере. Особую значимость приобретает наличие у инженера не столько узкоспециального, сколько твердого фундаментального образования, на основании которого можно путем самообразования не отставать от современных веяний науки и техники.
Одним из основных достоинств технического вуза является то, что он дает студентам фундаментальные знания по кругу проблем, связанных с их будущей профессиональной деятельностью. При анализе перечня специальных дисциплин иногда создается впечатление, что их вполне достаточно для той деятельности, которую выполняет большинство выпускников. Однако специальные знания могут обеспечить лишь узкую и специфическую деятельность с жесткими рамками. Фактически же человек, в какой бы области он ни работал вынужден реагировать на изменения, которые в ней непрерывно происходят. И тут начинает работать запас теоретических знаний. Фундаментальные знания, обеспечивающие теоретическую базу, должны давать понимание проблем, которые специалисту приходится решать. Но, к сожалению, заканчивая высшее техническое учебное заведение, инженеры часто, даже умея производить формально различные математические операции (дифференцирование, интегрирование и т.п.), не имеют нужного представления о роли математических методов при решении технических задач, о возможности использования математического аппарата. Это обусловлено тем, что формирование математического аппарата в недостаточной степени ориентировано на его дальнейшее использование в профессиональной деятельности. Необходимо, чтобы студенты знали, что математика является тем орудием, которое будет им необходимо на протяжении всей последующей учебы и работы.
- 4 -
Поэтому, кроме формирования у студентов математических понятий и соответствующих умений, целесообразно развивать у них правильное представление о роли математики вообще и различных ее методов при решении новых научных и технических задач.
Поскольку математика является важнейшей частью профессиональной подготовки будущего инженера, то преподаватели математики в технических вузах должны знать содержание общепрофессиональных и специальных дисциплин, чтобы понять, в каких математических знаниях особенно остро нуждаются специалисты данной отрасли высшего технического образования. Это поможет сблизить преподавание математики с требованиями практики, улучшить систему математической и, как следствие, профессиональной подготовки, а также наполнить курсы такими примерами и задачами, которые будут наиболее близки и интересны студентам как будущим специалистам.
Таким образом, особую актуальность приобретает проблема органичного сочетания профессионального и фундаментального образования, которая осуществляется, прежде всего, путем установления межпредметных связей математики с естественнонаучными, общепрофессиональными и специальными дисциплинами.
Проблеме межпредметных связей в педагогике всегда уделялось достаточно много внимания. Еще Ян Амос Коменский в своей «Великой дидактике» писал: «Все, что находится во взаимной связи, должно преподаваться в такой же связи». О необходимости учета взаимосвязи между предметами говорится также в трудах выдающихся педагогов XVII—XIX веков: Д. Локка, И.Г. Песта-лоцци, И.Ф. Гербарта, А. Дистервега и др., а также в трудах русских просветителей XIX-XX веков В.Г. Белинского, В.Ф. Одоевского, К.Д. Ушинского и др.
Новая волна интереса к проблеме межпредметных связей, появившаяся в 50-60-х годах XX столетия, не спадает и в настоящее время. В педагогике и педагогической психологии проблеме межпредметных связей в области общего и среднего образования посвящены работы: Н.С. Антонова, И.Ф. Борисенко, И.Д.
- 5 -
Зверева, Д.М. Кирюшкина, К.П. Королевой, П.Г. Кулагина, И.Я. Лернера, Н.А. Лошкаревой, В.Н. Максимовой, В.Н. Федоровой и др., в области профессионально-технического образования - П.Р. Атутова, С.Я. Батышева, А.П. Беляевой, Г.Н. Варковецкой, В.А. Саюшева, В.А. Скакун и др. Ими были даны различные определения межпредметных связей; обоснована объективная необходимость отражать взаимосвязи между учебными предметами в преподавании; подчеркнута мировоззренческая функция межпредметных связей, их роль в умственном развитии учащихся; выявлено их положительное влияние на формирование целостной системы знаний. Кроме того, были разработаны отдельные методики учета межпредметных связей в преподавании различных учебных предметов; предприняты попытки подготовки преподавателя к реализации межпредметных связей. Однако взглядам прогрессивных педагогов далеко не всегда соответствовала работа учителей и преподавателей в различных учебных заведениях, и идеи межпредметных связей в преподавании учебных дисциплин в практике обучения были не достаточно реализованы..
Проблеме реализации межпредметных связей курса математики с другими дисциплинами в техническом вузе посвящено существенно меньшее количество работ, чем проблеме реализации межпредметных связей в школе. В этих работах рассматриваются либо общедидактические аспекты профессиональной подготовки студентов технических вузов (Г.А. Бокарева, А.Г. Головенко, Р.А. Исаков), либо вопросы реализации межпредметных связей через построение оптимальной системы прикладных задач и упражнений, через систему лабораторных работ (Н.В. Чхаидзе, Р.П. Исаева) и т.д. В исследованиях практически не обсуждается вопрос о роли межпредметных связей как средства, профессиональной подготовки студентов.
Проблема реализации межпредметных связей в высших технических учебных заведениях представляется нам актуальной, так как именно они объединяют в единое целое все структурные элементы учебно-воспитательного процесса (содержание, формы, методы и средства обучения) и способствуют
- 6 -
повышению его эффективности. Межпредметные связи обеспечивают усвоение знаний, формирование умений и навыков в определенной системе, способствуют активизации мыслительной деятельности, осуществлению переноса теоретических знаний на практическую деятельность обучаемых. Оптимальное использование межпредметньк связей курса математики и смежных дисциплин повышает уровень профессиональной подготовки квалифицированных специалистов.
Таким образом, актуальность выбранной темы обусловлена педагогической значимостью межпредметных связей, объективной потребностью установления взаимосвязи фундаментального и профессионального образования и отсутствием четко разработанной системы их реализации в технических вузах, в том числе и в вузах связи.
Объект исследования - процесс обучения математике студентов технического вуза связи.
Предмет исследования - реализация межпредметных связей между математикой и смежными дисциплинами в процессе преподавания математики в техническом вузе связи.
Цель работы — исследовать существующие связи между математикой и естественнонаучными, общепрофессиональными и специальными дисциплинами в техническом вузе связи, и на основании этого разработать учебно-методический комплекс, реализующий межпредметные связи курса математики.
Гипотеза исследования: уровень профессиональной подготовки студентов технического вуза связи повысится, если::
— математическая подготовка рассматривается как составной элемент профессиональной подготовки студентов;
— межпредметные связи курса математики и смежных дисциплин являются одним из средств профессиональной подготовки студентов;
- 7 -
— профессионально значимые умения студентов определены и сформированы непосредственно в процессе обучения математике;
- содержание, средства и формы обучения математике отобраны с учетом их использования в профессиональной деятельности.
Исходя из цели и гипотезы исследования, были поставлены следующие задачи:
1. Изучить и проанализировать учебно-математическую, психолого-педагогическую и методическую литературу по проблеме исследования.
2. Определить роль математики в профессиональной подготовке студентов технического вуза связи.
3. Установить характер взаимосвязи курса математики и курсов естественнонаучных, общепрофессиональных и специальных дисциплин.
4. Разработать теоретические основы построения учебно-методического комплекса (УМК), реализующего межпредметные связи математики со смежными дисциплинами в техническом вузе связи.
5. Выявить профессионально значимые умения студентов и для их формирования построить систему межпредметных задач, используемую в УМК в техническом вузе связи.
6. Экспериментально проверить эффективность разработанного учебно-методического комплекса при изучении темы «Дифференциальные уравнения».
При решении поставленных задач были использованы следующие методы: анализ учебно-математической, психолого-педагогической и методической литературы по проблеме реализации межпредметных связей; анализ программ, учебников и учебных пособий по математике и смежным дисциплинам; анализ литературы по методике преподавания математики в вузах; изучение и обобщение положительного педагогического опыта преподавания математики в вузах; анкетирование студентов технического вуза связи; проведение констати-
- 8 -
рующего, поискового и обучающего этапов эксперимента, позволивших сформулировать гипотезу исследования, разработать и усовершенствовать учебно-методический комплекс, реализующий межпредметные связи курса математики и смежных дисциплин; статистическая обработка и анализ результатов исследования.
Методологические основы исследования:
- ассоциативная теория (С.Л. Рубинштейн, Д.Н. Богоявленский, Ю.А. Самарин);
- теория поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперин, В.В. Давыдов, Н.Ф. Талызина, Д.В. Эльконин);
- исследования в области профессиональной подготовки специалистов (Ф.С. Авдеев, Г.А. Бокарева, Г.Л. Луканкин, А.Г. Мордкович, М.И. Шабунин);
- теория педагогических систем (СИ. Архангельский, Т.А. Ильина, Н.В. Кузьмина, Л.М. Панчешникова);
- работы по проблеме реализации межпредметных связей (Т.Н. Варко-вецкая, И.Д. Зверев, В.Н. Максимова, П.Г. Кулагин, В.Н. Федорова, Д.М. Кирюшкин).
Научная новизна и теоретическая значимость исследования:
- межпредметные связи курса математики и смежных дисциплин рассмотрены как средство профессиональной подготовки студентов технического вуза связи;
- определены профессионально значимые умения студентов, формируемые в процессе изучения математики с помощью построенной системы межпредметных задач и необходимые им для дальнейшего обучения и профессиональной деятельности;
- создан теоретически обоснованный и практически реализуемый учебно-методический комплекс, отражающий межпредметные связи курса математики и смежных дисциплин.
- 9 -
Практическая значимость исследования заключается в возможности использования преподавателями математики любого вуза связи (или вуза радиотехнического профиля) данного учебно-методического комплекса в своей деятельности. Теоретические аспекты построения учебно-методического комплекса могут быть применены для создания учебно-методических комплексов по другим разделам математики. Материалы диссертационной работы могут быть использованы при написании учебно-методических пособий для технических вузов связи.
На защиту выносятся:
1. Теоретические положения, лежащие в основе реализации межпредметных связей курса математики и смежных дисциплин в техническом вузе связи, посредством конструирования учебно-методического комплекса.
2. Учебно-методический комплекс по теме «Дифференциальные уравнения».
Достоверность и обоснованность полученных результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечиваются использованием системного подхода; адекватностью методов исследования поставленным целям и задачам; сочетанием качественного и количественного анализа результатов, в том числе применения методов математической статистики.
Апробация и внедрение УМК осуществлялась при авторском преподавании в Академии ФАПСИ, а также в. форме докладов автора на научно-методических семинарах, научно-практических конференциях в Академии ФАПСИ, Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы обучения математике» (Орел), международной научной конференции «55-е Герценовские чтения» (Санкт-Петербург), а также посредством публикаций ряда статей и работ.
Структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографии и приложения.
- 10 -
Глава 1. МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ В ПСИХОЛОГО-ПЕДАГОГИЧЕСКОЙ И МЕТОДИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ И ПРАКТИКЕ
§1. Психолого-педагогические аспекты межпредметных связей
В педагогической психологии отсутствуют специальные исследования особенностей мышления учащихся в условиях межпредметных связей (МПС). Дидакты в поисках психологических обоснований активизации познавательной деятельности учеников на основе МПС обращаются к разным концепциям: к ассоциативной теории; к теории мышления как процессу решения задач путем переноса и обобщения; к теории поэтапного формирования умственных действий и т.д. Опора на те или иные психологические механизмы познавательной деятельности определяется такими задачами использования МПС как: формирование систем понятий, обобщенных умений, специфических межпредметных приемов учебной деятельности.
Общим способом осуществления МПС в любой ситуации является обобщение знаний, умений, информации, получаемой в системе предметного обучения. Исследования психологов показывают, что МПС на первоначальных этапах их включения в познавательную деятельность учащегося играют роль ситуационного или пускового, побуждающего стимула. Знания, полученные учащимися в результате предшествующего опыта усвоения МПС, становятся регуляторами их познавательной активности. Обучение становится источником развития учащихся. В связи с этим осуществляется поиск путей, методов и средств активизации психических процессов и всей познавательной деятельности учащихся.
Основы ассоциативной психологии, в недрах которой были разработаны типы, механизмы ассоциаций как связи психических процессов, были заложены
- 11 -
Аристотелем (384 — 322 г. до н.э.), которому принадлежит заслуга введения понятия «ассоциация», ее типов. На основании исследования ассоциаций изучались особенности памяти, научения.
Психолого-физиологической основой МПС является учение И.П. Павлова и И.М. Сеченова о системном принципе работы головного мозга.
Рассматривая рефлекторную деятельность, И.М. Сеченов включил в нее ассоциации, как необходимый элемент этой деятельности. Под ассоциацией он понимает «... непрерывный ряд касаний конца предыдущего рефлекса с началом последующего» [151, с. 88].
И.П. Павлов вскрыл физиологическую сущность самой ассоциации, при этом он отождествлял два понятия — психическое понятие «ассоциация» и физиологическое понятие «временная нервная связь», так как «... образование временных связей, то есть этих ассоциаций, как они всегда назывались, это и есть приобретение новых знаний» [125, с. 576].
Рассматривая, в частности, мыслительную деятельность при решении задач, И.П. Павлов указывал, что решение всякой задачи осуществляется с помощью старых средств, имеющихся в опыте субъекта. «Все обучение заключается в образовании временных связей, а это и есть мысль, мышление, знание» [125, с. 509].
Всякое обучение сводится к образованию новых связей, ассоциаций. Новые знания вступают в разнообразные связи (ассоциации) с уже имеющимися в сознании сведениями, которые были получены в результате обучения и опыта. Л.С. Выготский в работе «Исследование развития научных понятий в детском возрасте» экспериментально установил, что предшествующая мыслительная деятельность, способствующая формированию обобщений, «не аннулируется и не пропадает зря, но включается и входит, в качестве необходимой предпосылки в новую работу мысли» [36, с. 303].
Таким образом, необходимость МПС заключена в самой природе мышления.
- 12 -
Ассоциативно-рефлекторная концепция была разработана С.Л. Рубинштейном, Д.Н. Богоявленским, Н.А. Менчинской, Ю.А. Самариным и другими [21, 143,144,145,...].
Ю.А. Самарин [145], опираясь на рефлекторную теорию И.М. Сеченова и И.П. Павлова, на основе экспериментального исследования выделил четыре уровня в формировании системности умственной деятельности у учащихся:
а) уровень локальных ассоциаций;
б) уровень ограниченно-системных или частно-системных ассоциаций;
в) уровень внутрипредметных ассоциаций;
г) уровень межпредметных или межсистемных ассоциаций.
По его мнению, локальная ассоциация, являясь начальной стадией знаний учащегося, представляет собой ложную ассоциативную систему разнообразных ощущений и их следов. В результате дальнейшего шага по пути к познанию локальные ассоциации, объединяясь и взаимно подчиняясь, образуют частно-системные ассоциации, которые отражают предметы и явления более полно и с разных сторон. Но такие ассоциации лишь в ограниченных размерах дают основу для самостоятельной умственной деятельности учащихся. Они включаются в более широкую систему связей, в так называемые внутрипредметные ассоциации. На этом уровне умственной деятельности у учащихся формируются специальные умения и навыки, умственная деятельность приобретает достаточно широкий и глубокий характер, но и она ограничивается какой-либо областью знаний, одним предметом. И только следующая ступень объединения связей, получивших название межпредметных (или межсистемных) ассоциаций, позволяет человеческому уму отразить многообразные предметы и явления реального мира в их единстве и противоположности, в их многосторонности и противоречиях. На этом уровне умственной деятельности происходит формирование наиболее сложных обобщений о реальной деятельности, отражение ее в многообразных связях и отношениях. Поэтому межпредметные или межсистемные ассоциации приобретают первостепенное значение в формировании
- 13 -
ума человека. «Лишь межсистемные ассоциации, в конечном счете, обеспечивают единство, целостность личности как единство мировоззрения и поведения» [145, с. 298].
Рассматривая межпредметные (или межсистемные) ассоциации, Ю. А. Самарин уделяет особое внимание решению проблемы взаимосвязей в обучении. Он показывает, что истоки образования межпредметных ассоциаций находятся внутри учебного предмета, так как в его системе имеются «зародыши» ряда учебных предметов. Не только сами предметы, но и отдельные понятия также являются источником межпредметных ассоциаций. Поэтому установление связей между учебными предметами в процессе преподавания, по мнению Самарина, является необходимым педагогическим условием для формирования целостных и системных знаний учащихся.
Ю.А. Самарин выявил неразрывную связь между системностью, динамичностью умственной деятельности учащихся и формированием у них диалектического мышления.
Однако ассоциативную теорию умственной деятельности в целом нередко определяют как теорию репродуктивного мышления, поскольку механизм ассоциаций объясняет лишь репродуктивные действия в познавательной деятельности учащихся при осуществлении межпредметных связей. Перспективный характер связей с еще не изученным материалом других предметов требует иных механизмов мыслительной деятельности, таких как: интуиция, догадка, гипотеза, дедукция. Здесь мы сталкиваемся со сложными соотношениями анализа, синтеза и обобщения в процессе переноса познавательного действия в учебном познании на основании МПС, которые могут быть объяснены с позиции теории мышления как решения задач.
В психологии мышление обычно определяется как «процесс сознательного отражения действительности в таких его объективных свойствах, связях и отношениях, в которые включаются и недоступные непосредственному чувственному восприятию объекты» [101, с. 278].
- 14 -
Закономерности мышления как процесса экспериментально исследовались С.Л. Рубинштейном [143, 144]. Им были выявлены внутренние, специфические закономерности мышления как процесса познания, дано определение мышления: «Мышление есть процесс непрерывного взаимодействия познающего субъекта с познавательным объектом, с объективным содержанием познавательной задачи». С.Л. Рубинштейн указывает на то, что оно должно проявляться в способности человека увидеть проблему в новом свете при рассмотрении ее с разных точек зрения, соотнесении с уже известными знаниями. В связи с этим показана возможность развития мышления в условиях обучения методам решения проблемных задач. Л.С. Выготский [36] впервые в отечественной психологии поставил вопрос о необходимости изучения мышления в процессе обучения.
Е.Н. Кабанова-Меллер [75, 76, 77] классифицирует приемы умственной деятельности на «узкие» (частные, отражающие специфическое содержание того или иного предмета) и на «широкие» (общие приемы, применимые в разных видах учебной деятельности). Ею разработана методика последовательного обобщения приема, которая основана на постепенном расширении сферы его применения. На основании этой методики можно сделать вывод, что обобщенный характер способов мыслительной деятельности, который формируется на основе МПС в учебном познании, обеспечивает широкий перенос знаний, служащий показателем умственного развития учащегося.
П.Я. Гальпериным [38, 39, 40] была разработана методика формирования понятий на основе поэтапного формирования умственных действий. Его теория «состоит в том, что психическая деятельность есть результат перенесения внешних материальных действий в план отражения - в план восприятия, представления и понятий. Процесс этого переноса совершается через ряд этапов, на каждом из которых происходит новое отражение и воспроизведение действия, и его систематические преобразования» [38, с. 446]. Исследования П.Я. Гальперина, а затем В.В. Давыдова, Н.Ф. Талызиной, Д.В, Эльконина [38, 39, 40, 51,
- 15 -
52, 161, 162, 163] и других показали, что учащиеся способны усваивать понятия, отношения, характеризующие внутренние связи понятия и его внешние связи с другими понятиями.
В этих исследованиях получены принципиально новые пути становления понятий у учащихся. Если познавательная деятельность при анализе хода формирования понятий прежде оставалась в тени, то в исследованиях П.Я. Гальперина, Н.Ф. Талызиной и других она выступает краеугольным камнем поэтапного формирования умственных действий.
Так, Н.Ф. Талызина [161] рассматривает процесс формирования понятий со стороны действий, связанных с созданием и функционированием понятий. Причем установление этих действий она прослеживает не в условиях стихийного усвоения понятий, а в условиях всестороннего управления ходом их формирования.
Разработанная ею методика формирования понятий с самого начала выделяет способы действия с ними. «Действия выступают как средство формирования понятий и как способ их существования, помимо действий понятие не может быть ни усвоено, ни применено в дальнейшем к решению задач... Особенности действий, направленных на предметы и явления внешнего мира непосредственно определяют содержание и качество формируемых понятий» [163, с.150].
Для того чтобы понятия, отношения и связи между ними стали достоянием сознания учащегося, следует включать их в практическую деятельность в качестве необходимых условий и компонентов. Действия при этом выступают как средство формирования знаний и как способ их существования и отношения, проявляясь в новых свойствах и качествах.
Наиболее существенный прогресс в области анализа двух типов мышления и соответствующей этим типам организации внешней деятельности, лежащей в основе их формирования, достигнут В.В. Давыдовым [51,52]. Речь идет о различении эмпирического и теоретического мышления: «В эмпирическом
- 16 -
мышлении решается в основном задача каталогизации, классификации предметов и явлений. Научно-теоретическое мышление преследует цель воспроизведения развитой сущности предмета» [51, с...323]. Теоретическое мышление рассматривается В.В. Давыдовым в двух основных формах: «1) на основе анализа фактических данных и их обобщения выделяется содержательная абстракция, фиксирующая сущность изучаемого конкретного предмета и выражаемая в виде понятия по его «клеточке»; 2) затем, путем раскрытия противоречий в этой «клеточке» и определения способа их практического решения, следует восхождение от абстрактной сущности и нерасчлененного всеобщего отношения к единству многообразных сторон развивающего целого, к конкретному» [51, с. 315]. Важнейшим в исследовании В.В. Давыдова является аргументированное доказательство деятельностной природы понятий и обобщений. Особое внимание он уделяет способам определения специфического предметного содержания деятельности и отысканию адекватных внешних действий и способов их организации при решении задач формирования тех или иных теоретических обобщений и понятий.
Однако и в концепции В.В. Давыдова проблема психологического анализа структуры развитых форм познавательной деятельности, и, прежде всего мышление подменяется проблемой критериев, по которым можно судить об ее сформированное™.
Психология утверждает, что мышление человека есть форма отражения мозгом объективной действительности в представлениях, понятиях, суждениях и так далее [41]. Отсюда следует важный для теории обучения гносеологический вывод: явления могут быть правильно познаны в процессе обучения только в том случае, если само обучение правильно отражает в понятиях, суждениях закономерности объективного мира. Следовательно, обучение будет только тогда успешным, когда оно дает учащимся представление не о разрозненных фактах, а рассматривает явления такими, какими они существуют в действительности, то есть в их взаимосвязи друг с другом и в их развитии. Психология
- 17 -
дает процессу понимания следующее определение: понять какое-нибудь явление — значит раскрыть в нем существенное, осознать причину его возникновения, его связь с другими явлениями, его место в системе окружающих явлений. Всякое явление не может быть правильно понято, если его рассматривать в изолированном виде, вне его связи с окружающими явлениями, с которыми оно связано в естественных условиях. Поэтому заучивание отдельных фактов без умения их объяснить и вывести из них ближайшие следствия не обеспечивает их понимание.
Эта особенность процесса понимания была известна уже античной риторике. А Святой Августин, один из отцов христианской церкви, представил ее так: для понимания священного писания необходимо в него верить, но для того, чтобы верить, необходимо понимать. Сходным образом формулировал проблему Ф. Шлейермахер в 19 веке: для понимания целого нужно понимать части, из которых оно составлено, нужно иметь представление о смысле целого [50, с.7].
Понимание позволяет построить объяснение, трактующее предмет в его целостности и во всех аспектах, связанных с различными моделями, сложившимися в различных предметных подходах. Понимание воплощает связность и избыточность образования.
Каждый новый аспект, новая связь должны включаться в существующую понятийную структуру с помощью процессов генерализации и различения. Эти процессы особенно важны в условиях МПС, поскольку большинство вопросов, с которыми сталкивается учащийся, имеют как сходство, так и различие по сравнению с вопросами, понятиями, идеями, известными ему из различных учебных курсов. В сознании учащихся отражаются многосторонние взаимосвязи реальных процессов и явлений в их развитии. Поэтому МПС составляют принципиально важный путь умственного развития обучаемых в процессе преподавания.
Процессы и явления, взаимосвязанные в природе, связываются и в памяти человека. Под памятью обычно понимают запоминание, сохранение и после-
|
