Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,749

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПО МАТЕМАТИКЕ В КОНТЕКСТЕ СТАНДАРТОВ CDIO

Бутакова С.М. 1 Братухина Н.А. 1 Арасланова М.Н. 1 Кубикова Н.Б. 1
1 ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»
Обсуждается перечень компетенций, подлежащих формированию в образовательном процессе вуза в соответствии с ФГОС ВПО третьего поколения (плюс) в контексте стандартов CDIO. Предложена рабочая программа по дисциплине «Математика» направления «Металлургия» для квалификации «академический бакалавриат». Содержание курса представлено семью модулями. Определены педагогические технологии реализации этого содержания, преимущественно активизирующие студентов в их познавательной деятельности и ориентированные на формирование предметных и личностных компетенций выпускника. Определена роль интеграционных процессов в образовании, представлены интегрированные исследовательские задания проектного типа. Обосновано, что спроектированный данным образом образовательный процесс посредством усиления прикладных аспектов математической дисциплины, практико-ориентированности и профессиональной направленности математической подготовки, использования активных и интерактивных технологий в обучении студентов позволит повысить качество фундаментальной подготовки студентов и сформировать у них определенный кластер компетентностей.
Всемирная инициатива CDIO
стандарты CDIO
образовательный процесс по математике
компетенции выпускника
активное обучение
интерактивные технологии обучения
метод проектов
интегрированные исследовательские задания проектного типа
1. Активные и интерактивные образовательные технологии (формы проведения занятий) в высшей школе: учебное пособие / сост. Т.Г. Мухина. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2013. – 97 с.
2. Вербицкий А. А. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход. – М.: Высшая школа, 1991. – 207 с.
3. Емельянова Н.В. Анализ проектного обучения с позиций контекстного подхода / Н.В. Емельянова // Технологическое и профессиональное образование в России и за рубежом как фактор устойчивого Развития общества: Материалы V Международной научно-практической конференции. Часть 2. – Новокузнецк, 2010. – 171 с.
4. Международный семинар по вопросам инноваций и реформированию инженерного образования // Всемирная инициатива CDIO: материалы для участников семинара (пер. С.В. Шикалова) / под ред. Н.М. Золотаревой и А.Ю. Умарова. – М.: Изд. Дом МИСиС, 2011. – 60 с.
5. Мягков М. Инициативы, способствующие привнесению западных практик в области обучения инженеров в Россию, являются ключевыми [Электронный ресурс]. URL:http://cdiorussia.ru/pages/ materialyi (дата обращения: 10.11.2013).
6. Осипова С.И. Концептуальные идеи [Электронный ресурс]. – Сайт ИЦМиМ. Инженерное образование. URL: http://icmim.sfu-kras.ru/ideas (дата обращения: 8.12.2013).
7. Полат Е.С. Метод проектов: типология и структура // Лицейское и гимназическое образование. – 2002. – № 9.
8. Попова Е.А. Метод учебных проектов в инновационной математической подготовке // Проблемы подготовки будущего учителя к инновационной деятельности и пути их решения. – Красноярск, 2009. – С. 189–201.
9. Килпатрик У.Х. Метод проектов. Применение целевой установки в педагогическом процессе. – Л.: Брокгауз-Ефрон, 1925. – С. 10.

На современном этапе развития общества возрастает внимание во всем мире к качеству высшего образования. Работодателей сегодня не устраивает профессиональная компетентность выпускников инженерных направлений и специальностей вузов, которая не соответствует постоянно возрастающей сложности компонентов и систем техносферы, инфосферы и социосферы. В связи с необходимостью решения актуальной проблемы повышения качества инженерного образования в мировом сообществе реализуется крупный международный проект по реформированию инженерного образования (Инициатива CDIO). Этот проект включает технические программы по всему миру. Основная идея данного проекта – это такая организация образовательного процесса в вузе, в рамках которого акцентируется внимание на инженерных основах, изложенных в контексте жизненного цикла реальных систем, процессов и продуктов.

Инициатива CDIO декларирует следующие цели: обучение студентов должно быть таким, чтобы выпускники могли продемонстрировать практические знания технических основ профессии; способность создавать и эксплуатировать новые продукты и системы; понимание важности и стратегического значения научно-технического развития общества.

Всемирная инициатива CDIO включает в себя 12 стандартов. В них прописаны общая философия программы (Стандарт 1); разработка учебных планов (Стандарты 2, 3 и 4); разработка практических заданий и проектирование помещений для занятий (Стандарты 5 и 6); новые методы преподавания и обучения (Стандарты 7 и 8); повышение квалификации профессорско-преподавательского состава (Стандарты 9 и 10); а также аудит и оценка программы и успеваемости студентов (Стандарты 11 и 12) [4].

Использование данных стандартов способствует построению иной структуры образовательного процесса, основанного на принципах постоянной активизации учебной деятельности студентов и ее профессиональной направленности. Опираясь на анализ педагогических исследований по данной проблеме, отметим, что идеология CDIO создаёт необходимый контекст профессионального образования, поскольку прописывает общую философию образовательных программ и учебных планов, предусматривает использование активных и интерактивных форм обучения с целью включения студентов в решение практико-ориентированных и профессионально-ориентированных заданий, предполагает развитие у профессорско-преподавательского состава компетенций и умений создавать продукты и системы.

При применении принципов CDIO в организации образовательного процесса учебного заведения высшей школы решается двойная задача: с одной стороны, разрабатываются курсы, которые основаны на проектном подходе к обучению и стандартах CDIO, с другой стороны – формируется культура обучения инженеров. М. Мягков (СКОЛТЕХ) особо акцентирует внимание на том, что сегодня решение второй задачи намного важнее, чем первой [5].

В данной статье мы остановимся на вопросе проектирования образовательного процесса по дисциплине «Математика» направления подготовки 22.03.02 «Металлургия» для квалификации «академический бакалавр» в соответствии ФГОС ВПО (плюс) в контексте следующих стандартов CDIO: стандарт 2 – результаты программы; стандарт 7 – интегрированные учебные задания; стандарт 8 – активное обучение.

Теоретико-методологическую основу организации образовательного процесса составляют в идеологии CDIO компетентностный, личностно-ориентированный и деятельностный подходы. В ее контексте С.И. Осиповой определены следующие принципы проектирования образовательного процесса [6]: ведущей идеи, выражающейся в ориентации образовательного процесса на фомирование проектировочно-внедренческой компетентности; непрерывности и преемственности в процессе реализации ведущей идеи; фундаментальности и научности; межпредметных связей и профессиональной направленности; активности и самостоятельности студентов; индивидуализации и дифференциации; информатизации всех форм образовательного процесса.

Дисциплина «Математика», рабочая программа которой нами разработана в рамках идеологии CDIO, будет изучаться на первом курсе (1 и 2 семестр), трудоемкость дисциплины 14 зачетных единиц (504 часа, в том числе 1 зачет и 1 экзамен). Необходимость рассмотрения большей части материала данной дисциплины в первом семестре (9 зачетных единиц) обусловлена междисциплинарными потребностями использования основного математического аппарата в ходе освоения химических, физических и некоторых специальных дисциплин. В рамках выше заявленной идеологии, в силу ее практико-ориентированности объем семинарских и практических занятий должен значительно превышать лекционный курс. Так, соотношение лекционных и практических занятий в рамках дисциплины «Математика» следующее: в 1 семестре – 54/90 часа, во 2 семестре – 36/54 часа.

Основой для организации процесса профессиональной подготовки в идеологии CDIO является модульное построение учебного курса. При этом материал дисциплины разбивается на несколько модулей, каждый из которых заканчивается итоговым контролем. Разработанная рабочая программа дисциплины «Математика» содержит в своей структуре следующие учебные модули: линейная и векторная алгебра; аналитическая геометрия; дифференциальное исчисление; интегральное исчисление; дифференциальные уравнения; теория вероятностей и математическая статистика; основы планирования и организации эксперимента.

Проектируя образовательный процесс по дисциплине «Математика» естественнонаучного цикла в рамках идеологии CDIO, мы опирались на основные положения стандартов 2, 7, 8. Реализация принципов этих положений будет способствовать, с нашей точки зрения, не только более глубокому освоению материала данной дисциплины, но и укреплению междисциплинарных связей.

В результатах обучения в стандарте 2, которые также называют целями и задачами обучения, детально разъясняется, что студенты должны знать и уметь по завершению обучения на инженерных образовательных программах – это знание базовых наук, фундаментальные инженерные знания, продвинутые инженерные знания. Знание основ общеинженерных дисциплин предполагает применение знаний естественнонаучных дисциплин, в том числе и дисциплин математического цикла. Программой CDIO в стандарте 2 также прописаны личностные и межличностные компетенции выпускника, представленные в табл. 1.

Определение чётких результатов обучения гарантирует, что студенты получат необходимую теоретико-практическую базу для работы в будущем. Планируется, что в ходе освоения материала данной дисциплины у студента должны формироваться не только предметные, но и следующие компетенции выпускника программы бакалавриата (в соответствии с ФГОС ВПО третьего поколения (плюс)), представленные в табл. 2.

Таблица 1

Личностные компетенции

Межличностные компетенции

– инициатива и желание идти на риск;

– настойчивость и гибкость;

– творческое мышление;

– критическое мышление;

– знание о собственных личностных навыках, умениях и установках;

– любознательность и непрерывное образование;

– управление временем и ресурсами

– работа в коллективе;

– коммуникация (письменная, электронная, графическая коммуникация, устная презентация, межличностная);

– коммуникация на иностранных языках (английский, языки промышленных стран-партнёров, другие языки)

При формировании содержания дисциплины в компетентностном подходе нам представляется целесообразной идея базисного принципа, предложенная Ю.С. Васильевым, В.Н. Козловым, А.С. Масленниковым. Такой подход предполагает выявить в каждом разделе учебного материала, подлежащего усвоению, базис в его трех измерениях. Например, в результате освоения материала каждого учебного модуля дисциплины «Математика», с нашей точки зрения, у студента должны в соответствии с ФГОС ВПО третьего поколения (плюс) формироваться предметные и общекультурные, общепрофессиональные, профессиональные компетенции. Формирование предметных компетенций по данному модулю начинается с усвоения базовых понятий, базовых операций и базовых методов, которые являются в дальнейшем основой развития общепрофессиональных и профессиональных компетенций выпускника.

Таблица 2

Общекультурные

Общепрофессиональные

Профессиональные

ОК-3: способность к коммуникации в устной и письменной формах на русском и иностранном языках для решения задач межличностного и межкультурного взаимодействия;

ОК-4: способность работать в команде, толерантно воспринимая социальные, этнические, конфессиональные и культурные различия;

ОК-5: способность к самоорганизации и самообразованию

ОПК-4: готовность сочетать теорию и практику для решения инженерных задач

ПК-1: способность к анализу и синтезу;

ПК-2: способность выбирать методы исследования, планировать и проводить необходимые эксперименты, интерпретировать результаты и делать выводы;

ПК-3: готовность использовать физико-математический аппарат для решения задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности;

ПК-8: способность использовать информационные средства и технологии при решении задач, возникающих в ходе профессиональной деятельности.

Современная ориентация образования на формирование компетенций предполагает создание дидактических и психолого-педагогических условий, в которых студент может проявить не только интеллектуальную и познавательную активность, но и выразить себя как субъект обучения. Сегодня преподаватель высшей школы должен выполнять не только функцию транслятора научных знаний, консультанта по их освоению, а также демонстрировать умение выбирать оптимальную стратегию преподавания, использовать современные образовательные технологии. Поэтому необходимость реализации методов активного обучения наиболее оправдана.

Активное обучение понимается учеными по-разному:

  • переход от преимущественно регламентирующих, алгоритмизированных, программированных форм и методов организации дидактического процесса к развивающим, проблемным, исследовательским, поисковым, обеспечивающим рождение познавательных мотивов и интересов, условий для творчества в обучении (А.А. Вербицкий) [2];
  • обучение, имеющее такие отличительные особенности, как принудительная активизация мышления, когда обучаемый вынужден быть активным независимо от его желания; достаточно длительное время вовлечения обучаемых в учебный процесс (активность не кратковременная и эпизодическая, а устойчивая и длительная); самостоятельная творческая выработка решений; повышенная степень мотивации и эмоциональности обучаемых; постоянное взаимодействие обучаемых и преподавателя с помощью прямых и обратных связей (М. Новик) [1];
  • такие организация и ведение образовательного процесса, которые направлены на всемерную активизацию учебно-познавательной деятельности обучающихся посредством широкого, желательно комплексного, использования как дидактических, так и организационно-управленческих средств и методов активизации (В.Н. Кругликов, СПб, 1998) [1].

Анализируя выше представленные точки зрения, хотелось бы отметить, что активное обучение как целенаправленный образовательный процесс организации и стимулирования активной учебно-познавательной и исследовательской деятельности студентов по овладению предметными, общекультурными, общепрофессиональными и профессиональными компетенциями строится на основе использования активных (в том числе и интерактивных) методов и технологий в процессе проведения занятий.

В рамках идеологии CDIO активное обучение определяется как обучение, основанное на практико-ориентированном и профессионально-ориентированном подходах. Методы и технологии активного обучения должны способствовать активной познавательной деятельности студентов в процессе решения исследовательских задач, где большее внимание уделяется привлечению студентов к генерированию, анализу, оценке и применению идей. Активное обучение, как предполагает идеология CDIO, в рамках лекционных курсов может принимать форму группового обсуждения задач, презентаций в аудитории, активных и интерактивных технологий обучения, совместном решении концептуальных вопросов. Немаловажную роль играет мнение студентов относительного того, чему их обучают, а также их непосредственное участие в обсуждении. Активное обучение имеет практическую направленность и использует методы моделирования процессов инженерной практики, то есть проектируются и создаются изделия, анализируются и решаются практические задачи [4].

Формы проведения лекционных и практических занятий при освоении материала учебных модулей дисциплины «Математика» определяются преподавателем в соответствии со стандартом 8 идеологии CDIO и могут включать в себя: лекцию-визуализацию; проблемную лекцию; лекцию-дискуссию; лекцию с разбором конкретных ситуаций; лекцию с составлением опорных конспектов; лекцию с заранее запланированными ошибками; устный и письменный опрос студентов преподавателем по теоретическим вопросам дисциплины (в том числе с элементами взаимоконтроля и самоконтроля); работу в малых группах; учебную дискуссию и конференцию, в том числе слайдовую презентацию и обсуждение докладов; привлечение студентов к решению проблемных ситуаций; учебную игру (в том числе в форме «эстафеты»), метод круглого стола и «мозгового штурма»; элементы контекстного обучения, метод проектов и другие.

Представим таблицу, наглядно отражающую подходы к формированию некоторых общекультурных, общепрофессиональных и профессиональных компетенций выпускника в соответствии со стандартами третьего поколения ФГОС ВПО (плюс) на примере изучения модуля «Дифференциальные уравнения» (подход Р.Н. Азаровой, Н.В. Борисовой, В.Б. Кузова) в форме таблицы (табл. 3).

В табл. 3 по горизонтали указаны формируемые компетенции, а по вертикали приведен перечень разделов, входящих в учебный модуль «Дифференциальные уравнения», и указаны примерные аудиторные часы рабочей программы дисциплины «Математика» по направлению подготовки 22.03.02 «Металлургия», отведенные на их изучение. На пересечении столбцов и строк таблицы знаком «+» отмечены компетенции, которые преподаватель планирует формировать в ходе изучения тем соответствующего раздела, а «жирным «+»» выделены компетенции, на которых он особо будет акцентировать свое внимание в работе.

Основная идея концепции CDIO заключается в ориентации образовательного процесса (его содержания, технологий, форм организации) в вузе на формирование проектировочно-внедренческой компетентности, поэтому подробнее остановимся на педагогической сущности таких понятий, как «проект», «метод проектов».

Теоретическую и методологическую основу проектного обучения разрабатывали П.Р. Атутов, П.П. Блонский, Дж. Дьюи, И.А. Зимняя, Г.И. Ильин, В.Х. Килпатрик, Н.В. Матяш , Н.Ю. Пахомова, Е.С. Полат, В.А. Поляков, Д.А. Тхоржевский, Ю.Л. Хотунцев, С.Т. Шацкий, В.Н. Шульгин и др. «Проект» чаще всего авторы понимают как прототип, план, замысел какого-то действия, хотя и существуют и другие его трактовки.

Таблица 3

№ п/п

Модуль «Дифференциальные
уравнения»

Компетенции выпускника

Технологии обучения и методы

Аудит. часы

ОК-3

ОК-4

ОК-5

ОПК-4

ПК-1

ПК-2

ПК-3

ПК-8

1.

Дифференциальные уравнения первого порядка

+

+

+

+

+

+

+

+

Проблемная лекция, традиционные практические занятия, метод круглого стола, семинар-презентация, контрольная работа, проектное обучение

12

2.

Комплексные числа

+

 

+

 

+

   

+

Лекция-визуализация, контрольное тестирование

6

3.

Дифференциальные уравнения высших порядков

+

+

+

+

+

+

+

+

Лекция с заранее запланированными ошибками, лекция-визуализация, фронтальная работа, контекстное обучение, групповая самостоятельная работа, семинар-конференция, подготовка письменной аналитической работы, учебная игра, контрольная работа, проектное обучение

16

Хотелось бы отметить, что метод проектов рассматривается как некоторая альтернатива традиционной системы обучения и включает в себя идеи развивающего обучения, свободного воспитания и саморазвития, планирования и проектирования практической деятельности, опирается на деятельностный и исследовательский подход к обучению. Метод проектов в понимании различными авторами – это:

  • средство обучения, направленное на расширение утилитарной задачи выполнения учебных заданий в реальной жизненной обстановке (У.Х. Килпатрик) [9];
  • способ достижения дидактической цели через детальную разработку проблемы, которая должна завершиться вполне реальным, осязаемым практическим результатом, оформленным тем или иным образом, он ориентирован на самостоятельную деятельность учащихся: индивидуальную, парную, групповую, выполняемую в течение определенного отрезка времени (Е.С. Полат) [7];
  • способ обучения, при котором образовательные и воспитательные цели достигаются при выполнении студентами учебных проектов (Н.В. Емельянова) [3];
  • педагогическая технология, ориентированная на применение и приобретение знаний путем самоорганизации и самообразования учащегося для разрешения социально значимой для него проблемы [8] (Е.А. Попова).

Анализируя подходы к толкованию понятия «метод проектов», выделим следующие основные моменты:

  • метод проектов – средство и способ обучения, направленные на достижение дидактических целей;
  • он должен был обязательно оформлен определенным образом;
  • его можно рассматривать и как педагогическую самообразовательную технологию;
  • особо важно, что он должен всегда завершиться вполне реальным, осязаемым практическим результатом и разрешать практически значимую или социально значимую проблему.

Поэтому мы будем придерживаться в дальнейшем точки зрения, что полноценные учебные и социальные проекты возможно и целесообразно разрабатывать в рамках дисциплин изучаемых на специальных кафедрах (курсовые и дипломные проекты) и во внеаудиторное время (социальные проекты). А в рамках естественнонаучной дисциплины «Математика» в контексте реализации стандарта 7 CDIO студенты будут выполнять интегрированные исследовательские задания проектного типа, чаще всего либо информационные, либо практико-ориентированные, так как такие задания в дальнейшем будут постепенного готовить студента к проектной деятельности по выбранному направлению, а также демонстрировать контекст будущей профессиональной деятельности. Хотелось бы, чтобы в формулировке практико-ориентированных и профессионально-ориентированных тем принимали совместное участие представители специальных кафедр, физики и химии.

Представим для примера темы таких заданий, разработанные нами в рамках учебного модуля «Дифференциальные уравнения», чтобы их охарактеризовать, воспользуемся общепринятой классификацией учебных проектов. Ряд исследователей называют в качестве объектов интеграции понятия, темы, учебные курсы (дисциплины). В табл. 4 приведены темы заданий проектного типа, дана их характеристика и обозначены интегрируемые дисциплины.

Таблица 4

№ п/п

Тема

Характеристика задания

Интегрируемые дисциплины

1.

Численные методы решения дифференциальных уравнений и обоснование необходимости их использования

Информационное, исследовательское, межпредметное, внутривузовское, индивидуальное или парное, краткосрочное, с открытой координацией

Математика и информатика

2.

Ученые, основоположники теории обыкновенных дифференциальных уравнений

Математика и история

3.

Применение теории обыкновенных дифференциальных уравнений при описании физических процессов (вытекание жидкости из сосуда, радиоактивный распад)

Исследовательское, практико-ориентированное, межпредметное, внутривузовское, групповое, среднесрочное, с закрытой координацией

Математика и физика

4.

Применение теории обыкновенных дифференциальных уравнений при описании химических процессов (поглощение газа, изменение концентрации раствора)

Математика и химия

5.

Использование теории дифференциальных уравнений второго порядка при описании процесса механических колебаний

Математика и физика

6.

Установить характер изменения плотности при деформировании пористого металла, используя уравнение неразрывности

Исследовательское, профессионально-ориентированное, межпредметное, внутривузовское, групповое, среднесрочное, с закрытой координацией

Математика и механика сплошных сред

7.

Найти закон изменения температуры металла в печи

Математика и металлургические дисциплины

При проведении практических занятий каждого учебного модуля отведено специальное время на обсуждение хода выполнения таких интегрированных исследовательских заданий и их презентацию.

Целесообразна в современных условиях информатизации образования разработка учебно-методического комплекса дисциплины и использование виртуальной среды Moodle для организации самостоятельной работы студентов и контроля ее результатов по дисциплине «Математика» направления подготовки 22.03.02 «Металлургия».

Подводя итог, отметим, что преподаватель-предметник, придерживаясь концепции CDIO в условиях формирования современной системы непрерывного образования, проблемы повышения качества профессионального образования, информатизации образования, должен не только оперировать знаниями основ своей дисциплины, но и изменять ее содержание, использовать инновационные методы и организационные формы подготовки студентов на этапе высшей школы к жизни посредством усиления прикладных аспектов математических дисциплин, практико-ориентированности и профессиональной направленности математической подготовки студентов с использованием активных и интерактивных технологий обучения, а также выполнением студентами интегрированных исследовательских заданий проектного типа. Но наряду с внедрением в педагогическую практику инновационных технологий обязательным является системное использование современных информационных средств. Все вышесказанное позволит повысить качество фундаментальной подготовки студентов, в том числе и математической, будет способствовать формированию у студентов проектировочно-внедренческой компетентности как ключевой составляющей их профессиональной компетентности и сделает процесс обучения математическим дисциплинам более эффективным, профессионально значимым.

Рецензенты:

Осипова С.И., д.п.н., профессор-наставник кафедры фундаментального естественнонаучного образования, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск;

Гафурова Н.В., д.п.н., профессор кафедры педагогики профессионального обучения института педагогики, психологии и социологии, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск.

Работа поступила в редакцию 07.05.2014.


Библиографическая ссылка

Бутакова С.М., Братухина Н.А., Арасланова М.Н., Кубикова Н.Б. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПО МАТЕМАТИКЕ В КОНТЕКСТЕ СТАНДАРТОВ CDIO // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 6-7. – С. 1497-1503;
URL: https://fundamental-research.ru/ru/article/view?id=34368 (дата обращения: 20.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074