«ИНЖЕНЕРНАЯ МАТЕМАТИКА» КАК ПРЕДМЕТ МЕТОДИЧЕСКОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Инновационные процессы в современном инженерном образовании

В настоящей монографии «инженерная математика» выступает в качестве одноименной программы по исследованию математического образования инженера, имеющего целью приведение последнего к уровню профессиональных требований и в итоге интеграцию математической и инженерной подготовки бакалавров в образовательном процессе технического вуза. В первой главе будут рассмотрены факторы, повлиявшие на актуализацию в современных условиях данного методического направления в профессиональном образовании.

Многие аналитики инженерного образования (М. Ауер, Н.Г. Багда- сарьян, Н.В. Карлов, Э. Кроули, В.М. Приходько, В.П. Рыжов, Д.Л. Сапрыкин, Н.И. Сидняев и др.) отмечают, что в XXI в. произошло изменение важнейших мегатрендов в этой области профессионального образования [11, 14, 66, 124, 140, 142, 144, 212]. В предыдущий период, относящийся ко второй половине XX в., профессия инженера получила узкую специализацию и была массовой. Следствием этого явилось то, что долгосрочная тенденция к специализации принесла разрушение системной целостности инженерного образования (Д.Л. Сапрыкин и др.). Той целостности, которая была свойственна его классическим формам, сложившимся на протяжении XIX в. и достигшим пика своего развития в начале XX в.

Впоследствии процессы дифференциации в инженерном деле получают преобладающее развитие. Однако в XXI в. положение в этой области вновь меняется, на первое место в инженерии выходит инновационная деятельность. Соответственно, претерпевает качественные изменения и инженерное образование. Например, в Федеральном государственном образовательном стандарте высшего образования (ФГОС - 3+) в п. 4.3 о профессиональной деятельности бакалавра по направлению подготовки 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» перечислены следующие его виды:

  • - «проектно-конструкторская;
  • - производственно-технологическая;
  • - организационно-управленческая;
  • - научно-исследовательская;
  • - сервисно-эксплуатационная;
  • - специальные виды деятельности» [159, с. 6].

Содержание перечисленных пунктов свидетельствуют о том, что зона ответственности инженера в настоящее время существенно расширяется: в своей профессии он оказывается и в роли технического специалиста, и руководителя-администратора, и ученого-исследователя, и педагога. А это значит, что современный инженер в своей деятельности должен быть синтетическим специалистом, способным к аналитической и практической работе, обладающим во многих областях высоким уровнем знаний, профессиональной и методологической культуры.

Требования, предъявляемые к современному инженеру, существенно меняют целевые установки профессионального образования, влияют на его содержание и методику. Значительно возрастают требования к уровню системности образования и вместе с тем к его фундаментальной научной подготовке. По мнению экспертов, изменения в действующей концепции инженерного образования в начала XXI столетия стали насущной необходимостью (В.П. Рыжов [140] и Д.Л. Сапрыкин [142]). По своим целям и содержанию оно стало приближаться к классическому типу, который сложился в XIX в. и получил наибольшее развитие в первой половине XX в. Его характерными чертами тогда являлись целостность, органическое единство науки и практики, теории и эксперимента, логики и интуиции. Во взаимно уравновешенном сочетании этих черт ныне вновь видится идеал образованности инженера. Соответственно, перед высшим профессиональным образованием ставится задача воспитания инженера нового типа - гармонично развитой, творческой личности, способной к инновационной деятельности. Данная задача может быть решена только путем синтеза гуманитарного, математического, естественнонаучного и технического знания [13, с. 84]. Поиск путей и дидактических средств интеграции указанных видов знаний в конкретном учебно-образовательном процессе становится задачей номер один для педагогики высшей школы.

Объективные факторы, актуализирующие потребности перемен, новая философия инженерного образования инициировали возникновение и продвижение инновационных проектов по реформированию профессионального образования. На этой волне создается Международное общество инженерной педагогики (Ю1Р), ставящее целью улучшение методов преподавания в техническом образовании. Российские инженерные школы активно участвуют в его работе. К настоящему времени на базе крупнейших технических вузов создано 19 центров инженерной педагогики, пропагандирующих новые методы обучения и организующих переподготовку и повышение квалификации преподавательских кадров высшей школы. Проблемы современного инженерного образования обсуждались на 42-м Международном симпозиуме Ю1Р по инженерному образованию (Казань, 25.09.2013).

По поводу глобальных вызовов, стоящих перед инженерным образованием, и путей решения возникших проблем его участниками в целом были высказаны мнения: об актуализации на современном этапе классической концепции (Р. Строигин- вице-президент российского союза ректоров), о сохранении базовых принципов инженерной педагогики (М. Ауер — президент Международного общества по инженерному образованию Ю1Р), об отставании России в области инженерного образования (Ю. Похолков — президент Ассоциации инженерного образования России), о гуманитаризации современного инженерного образования (В.Г. Горохов) [26, с. 8]. На научно-практических конференциях, организованных в рамках симпозиума, обсуждались роль математики и естественных наук в подготовке современного инженера, взаимоотношения между базовыми и специальными дисциплинами, проблемы и перспективы междисциплинарности, кооперативное практико-ориентированное обучение. Все эти проблемы составляют «злобу дня» современного инженерного образования.

В настоящее время в практику европейского и отечественного инженерного образования внедряются методологические принципы компе- тентностного подхода, технологии инновационного практико-ориентированного обучения, интегрированные учебные планы и программы. Новые учебные программы готовят выпускников бакалавриата по техническим направлениям к комплексной инженерной деятельности. В европейском образовательном пространстве основной утверждается компетенция - «умение учиться», или в терминологии Европейской комиссии, компетенцию «трех LLL» (Long Life Learning - «образование через всю жизнь»); в инженерную педагогику твердо вошли понятия «проблемное» и «проектное обучение» (PBL) [48, с. 47]; национальными и международными стандартами утверждается, что математика дает фундаментальные знания для базового инженерного образования, но вместе с тем цели математической подготовки связывается с компетенцией применения фундаментальных знаний в междисциплинарном контексте для решения комплексных инженерных проблем, соответствующих направлению подготовки [189, с. 19]; участники Международного проекта MetaMath 2013—20161 основную цель данного проекта видят в разработке методики, обеспечивающей повышение мотивации студентов для изучения математики, повышение качества математического образования, превращение математики для студентов в понятный и естественный инструмент инженерного дела [190, с. 208].

Российским координатором проекта MetaMath (Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского) были выработаны следующие направления модернизации методики обучения математики будущих инженеров [190, с. 210]:

  • 1) введение для студентов первых курсов выравнивающего обучения по элементарной математике;
  • 2) изменение структуры программы курса (уменьшение числа лекционных занятий, остаются только обзорные лекции и лекции-консультации);
  • 3) повышение роли самостоятельной работы студента, достигаемое совершенствованием методического обеспечения, использованием в обучении современных информационных и коммуникационных технологий;
  • 4) применение проектного метода обучения с заданиями, требующими интеграции знаний из различных предметных областей; [1]
  • 5) использование системы электронного обучения (e-Learning) в образовательном процессе;
  • 6) усиление контроля со стороны преподавателя за развитием навыков самостоятельной работы студентов.

Среди инновационных направлений в современном техническом образовании обратило на себя внимание движение за реформирование методов подготовки инженеров под названием «Всемирная инициатива СОЮ» [100, 189, 212]. Название проекта CDIO расшифровывается как Conceive - Design - Implement - Operate, т.е. задумка - проект - реализация - эксплуатация. Данный проект заявил о себе еще в октябре 2000 г., но получил международное признание примерно в последнее десятилетие. Достоинством проекта является то, что в нем разработан системный подход в проектировании инженерного образования на уровне бакалавриата. В настоящее время методические идеи и учебные планы CDIO поддерживают ведущие инженерные школы и технические университеты США, Канады, Европы, Африки и Новой Зеландии (всего 40 университетов из 20 стран мира). Некоторые российские вузы (НИТУ «МИ- СиС», Томский государственный технический университет и др.) также присоединились к проекту CDIO и участвуют в его продвижении в отечественной системе профессионального образования.

Концептуальные установки проекта CDIO предполагают организационное и методическое обеспечение контактов теоретической и практической подготовки специалистов. Принятый в нем методологический подход имеет целью устранение противоречий между теорией и практикой в инженерном образовании, предполагает усиление практической направленности обучения. Элементы философии CDIO находят все большее распространение в мировом инженерном образовании, включая и Россию. Судя по нормативным документам, они, очевидно, использованы в новых версиях отечественных образовательных стандартов по техническим специальностям (ФГОС 3+) и потому непосредственным образом уже затронули содержание математической подготовки будущего инженера.

В 2011 г. были приняты стандарты CDIO для инженерного образования. В соответствии с указанными выше целями и методологическими установками ими утверждаются принципы интегрированного обучения (стандарты 3, 5, 7); активного обучения (стандарт 8). В качестве методического средства интеграции предлагается включение в учебный план интегрированных учебно-практических заданий (ИУЗ), имеющих междисциплинарное содержание (стандарт 5 [100, с. 9]). Применительно к математике ИУЗ должно иметь форму технического проекта и сочетать инженерную в своей постановке задачу с математическими методами исследования. Очевидно, образовательная концепция CDIO вобрала в себя многое из научно-педагогического наследия более чем двухсотлетней истории технического образования. Другое достоинство Проекта заключается в приведении содержания и методики обучения в целом к единому дидактическому понятию - интегрированному обучению. В нашем случае под последним подразумевается эффективное взаимодействие в образовательном процессе вуза предмета математики с техническими науками и вместе с инженерной практикой. Как видим, мысль совершенно в духе Г. Монжа, Ф. Клейна и А. Пуанкаре.

В качестве альтернативы преобладающему в высшей школе методу преподавания математики в настоящее время складывается методическое направление, названное «конкретной математикой». Это направление возникло в 70-е годы прошлого века в Соединенных Штатах Америки, но у нас в стране распространилось после выхода на русском языке в 1998 г. перевода книги Р. Грехема, Д. Кнута и О. Паташника «Конкретная математика» [43], в которой авторы сформулировали методологические принципы и некоторые характерные методические приемы нового направления. Его программные установки - учить не столько знаниям, сколько методу; обучение от конкретного объекта, от конкретной задачи. И делается это в первую очередь для того, чтобы противостоять царящему формализму обучения, добиться «осмысленного оперирования математическими формулами» [43, с. 9], чего не хватает доминирующей ныне в образовании «формальной и абстрактной математике». По мнению вышеуказанных авторов, «абстрактная математика стала вырождаться и терять связь с действительностью - математическое образование нуждается в конкретном противовесе для восстановления устойчивого равновесия» [43, с. 9]. Оценивая данную книгу, В.И. Арнольд в предисловии к указанному сочинению со ссылкой на И.М. Гельфанда остроумно заметил: «Теории приходят и уходят, а примеры остаются»- и далее добавил: «Книгу, без сомнения, можно рекомендовать всем работающим математикам, всем студентам и пользователям математики. Она раскрывает тайну одного феномена американского образования - как превращать малограмотных школьников в прекрасных математиков» [43, с. 6].

В вопросах преподавания математики сторонники «Конкретной математики» исходят из убеждения, что дидактическая ценность отдельной задачи или метода может оказаться не меньше ценности общей теории. Потому что смысл теории более всего проявляется именно через примеры, через конкретные модели, да и сама она при объяснении выступает как более или менее очевидное следствие своего частного случая. Установка на поиск примеров, поиск задач, внематические цели и приложения становится важнейшим методологическим принципом преподавания. При этом цель обучения видится не только в осведомленности по тем или иным математическим вопросам, но в готовности применять свои знания, в способности решать реально возникающие на практике математические задачи. «Мы ждем дел, а не слов» (Дж. Хам- мерсли [206]).

В этом в общих чертах заключается идеологическая позиция «конкретной математики», занятая ею в дидактике современного математического образования. Во многом разделяемая, так называемыми компе- тентностным и системно-деятельностным методологическими подходами, регламентируемыми ныне в России образовательными стандартами высшего образования нового поколения.

По части дидактики и методики «Конкретная математика», очевидно, многое заимствовала из проектно-ориентированного образования. Справедливости ради также следует заметить, что выдвигаемые в ней методические идеи не являются совершенно новыми в математическом образовании. Педагогам хорошо известны утверждения о том, «что мно- гознание уму не научает» или Ньютоново «при изучении наук примеры полезнее нежели правила». Книги Г. Штейнгауза [194], Р. Куранта [88], Д. Пойа [119-121], У. Сойера [147, 148], А. Репьи [130], написанные более полувека тому назад, предлагают по существу аналогичный дидактический подход к математике. Заслуги авторов «Конкретной математики» видятся прежде всего в современности трактовки вопроса при своевременной его постановке. Имеется в виду злободневность и мера осознанности математическим сообществом актуальности затрагиваемой темы. Свидетельством чему является то, что только в России вышло четыре издание книги при сравнительно больших тиражах, которые для математических книг в наше время являются редкостью.

  • [1] Официальный сайт проекта MetaMath [Электронный ресурс]. URL:http://www.metamath.eu.
 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >