Full text

Согласно Национальной доктрине образования в Российской Федерации до 2025 г. [1], Концепции модернизации образования до 2020 г. [2], Доктрине высшего инженерного российского образования [3], инженерное образование является приоритетным направлением развития науки и техники в России. В связи с этим требуется реализовать технологический прорыв в области фундаментальных проблем инженерных наук, который может быть обеспечен подготовкой квалифицированных специалистов в области инженерных наук, способных к профессиональному росту, а также разработкой новых технологий обучения фундаментальным базовым знаниям с учетом инновационных подходов. Однако проблема математической подготовки современного инженера заключается в недостаточной разработанности методики преподавания математики, прежде всего – в использовании форм внеаудиторной работы со студентами, а также эффективного обучения в процессе учебных занятий, поскольку в рамках уменьшающихся аудиторных зачетных единиц на дисциплину «Математика» достичь необходимого глубокого понимания математики и ее прикладного потенциала в инженерных специальностях не представляется возможным. В связи с этим возникает необходимость в разработке новых и адаптации существующих подходов к обучению математике студентов технических специальностей.

В настоящее время основной акцент в подготовке специалистов делается на высококвалифицированность, профессиональную компетентность, готовность создавать и осваивать наукоемкие технологии, осуществлять трансфер технологий. Для этого требуется глубокое понимание математики, развитые математические способности, компетентность в решении возникающих в деятельности реальных прикладных задач средствами математики. Без базовой математической подготовки современный выпускник технического вуза не всегда способен решать и анализировать возникающие научно-технические и профессиональные задачи в своей трудовой деятельности. Элементарные ошибки в расчетах, неумение анализировать и корректно интерпретировать результаты инженерных расчетов, полученных с использованием пакетов прикладных математических программ, могут привести к техногенным катастрофам.

Исследованиям модели современного инженера, методикам формирования его компетенций посвящено много работ, тем не менее, эта тема остается актуальной для современного инженерного образования, поскольку единого подхода к решению данной проблемы нет. Особенно эта проблема актуальна в части математической подготовки инженера: какая математика нужна инженеру, какими математическими компетенциями он должен обладать, какими методами их формировать и как оценивать уровень их развития; будет ли готов выпускник к решению реальных инженерных задач средствами математики и какого характера должны быть эти задачи для разных специальностей? В последнее время большее внимание уделяется приоритетным областям науки и техники по сравнению с классическими отраслями инженерного образования (архитектура, строительство, техника).

Проблемы методики преподавания математики в инженерном вузе изучены методистами в различных аспектах: математический аппарат инженера; математические и креативные способности инженера; использование в обучении прикладных задач, методов математического моделирования; формирование профессиональной компетентности инженера. Требования, предъявляемые к современному инженеру, еще более высокие, его задачи и компетенции расширяются: это как минимум владение компьютерными математическими технологиями, изменение класса и уровня сложности решаемых инженерных проблем. Изучению проблемы формирования математической компетентности в инженерном вузе посвящен ряд последних исследований [4–7], интерес к данной тематике возрастает. Тем не менее проблема создания компетентностной модели современного инженера и формирования его математических компетенций остается не раскрытой всесторонне. М. М. Зиновкина [8] предлагает использовать в обучении авторскую модификацию методики теории решения изобретательских задач (ТРИЗ), ее эффективность и реализуемость в процессе подготовки студентов инженерных специальностей не вызывает сомнений. Проблема качества математической подготовки инженера новой формации остается актуальной как для преподавателей математики и технических вузов в России, работающих в условиях сокращения учебных аудиторных часов на математику и снижения уровня подготовки приходящих в технический вуз выпускников, так и работодателей. Мониторинг, проведенный М. И. Гаркушей и Г. И. Сечкиным [9], показывает, что востребованность инженеров на региональных рынках труда остается достаточно высокой. Проблема совершенствования методики обучения математике также актуальна для технических вузов, желающих соответствовать уровню современных производственных технологий мирового уровня.

Исходя из вышеизложенного, целью исследования является разработка новых принципов подготовки квалифицированных инженерных кадров с углубленным пониманием математики и ее прикладных возможностей в инженерных науках: архитектуре, строительстве и технике.

Для достижения цели исследования необходимо решить следующие задачи:

1)     модифицировать методику обучения математике студентов инженерных специальностей с учетом уровня математической компетентности студентов в рамках исследовательской деятельности;

2)     разработать алгоритм обучения студентов архитектурных, строительных и технических специальностей, связывающий фундаментальные знания в области математики с практическими умениями в решении профессиональных задач.

Поставленные задачи будут решены следующим образом:

1)     предложена авторская методика решения прикладных задач, ориентированных на потребности инновационных математических знаний в области архитектуры, строительства и техники. Примером такого типа задачи является задача расчета рациональных рабочих органов дорожных машин методами вариационного исчисления;

2)     адаптированы новые методы, формы обучения и новые технологии проведения занятий по курсу «Математика», активизирующие исследовательскую деятельность студентов. Предлагается разработать материалы для математического лектория, задачи для реализации проектной деятельности с применением метода математического моделирования и другие;

3)     разработана система задач и упражнений прикладного характера, позволяющая продемонстрировать студентам инженерных специальностей возможности математического аппарата в решении профессиональных задач.

Примеры такого рода задач представлены, например, в работах Л. Н. Романо­вой и Е. А. Байды (задача о минимизации затрат на качество) [10], Е. Ю. Руппель (приложение рядов для расчета рекуперации кинетической энергии при использовании пневмогидроаккумулятора) [11], Т. Е. Болдовской (задача о рациональной форме поперечного профиля неповоротного отвала бульдозера) [12]. В учебном пособии Т. А. Поляковой приводятся технические задачи, решаемые с помощью дифференциального и интегрального исчисления [13]. В работе [14] приведен обзор математических задач, которые можно решить с помощью интернет-сервисов. Источником реальных задач могут стать задачи из современных диссертационных исследований в области инженерии, упрощенные и переработанные с целью использования в процессе обучения математике.

Особого внимания заслуживает модификация самой методики преподавания, направленной на развитие общекультурных и профессиональных компетенций. И. В. Бабичева, А. С. Лавров, Т. Е. Болдовская рассматривают примеры эффективной организации научно-исследовательской деятельности студентов [15]. С. В. Мат­веева подчеркивает необходимость эффективного использования электронной обучающей среды для организации самостоятельно обучения студентов [16]. Т. А. Полякова и Т. А. Ширшова рассматривают организацию лабораторных работ как средство по развитию и формированию математической компетентности инженера [17].

Научная новизна исследования состоит в модификации и адаптации форм и методов обучения математике в специализированном техническом вузе, ориентированных на повышение привлекательности инженерного образования, с учетом уровня математической компетентности студента, сочетающих фундаментальность математической подготовки с прикладной направленностью в решении профессиональных задач для студентов архитектурных, строительных и технических специальностей; в разработке комплекса мероприятий для создания индивидуальной образовательной траектории студентов архитектурных, строительных и технических специальностей с высоким потенциалом к исследовательской работе с применением математики для решения проблем инженерии (создание и проведение математического лектория, проведение вебинаров, мастер-классов, использование метода проектов – индивидуальных и групповых, индивидуальное научное консультирование).

В ходе исследования будут использованы различные методы, методики и инструментарий. Будет применяться метод проектов для научно-исследовательской работы студентов в области архитектуры, строительства и техники; использоваться интернет-ресурсы и пакеты прикладных математических программ, а также специально сконструированная с учетом специальности разноуровневая система математических прикладных и профессионально ориентированных задач, позволяющая диагностировать и развивать математическую компетентность студентов. Особое внимание будет уделено использованию элементов методики развития творческого инженерного потенциала и креативности и методов теории решения изобретательских задач (ТРИЗ) Г. С. Альтшуллера [18], теории непрерывного креативного образования и приемов М. М. Зиновкиной, В. В. Утёмова [8], адаптированных В. В. Утёмовым [19] приемов ТРИЗ применительно к математике, а также адаптированных П. М. Горевым и Е. В. Козловой приемов и методов работы над проектами при изучении математики [20]. Отдельное внимание будет уделено использованию и адаптации метода проектов в преподавании высшей математики, созданию математического лектория по различным проблемам науки и техники с учетом специфики специальностей инженерного вуза.

Ожидаемые результаты авторского исследования:

1)     Разработка принципов, модификация методов преподавания математики в специализированном техническом вузе, ориентированных на повышение привлекательности инженерного образования и уровня математической компетентности выпускника, сочетающие фундаментальность математической подготовки с прикладной направленностью в решении профессиональных задач для студентов архитектурных, строительных и технических специальностей.

2)     Результаты сравнительного анализа эффективности методики и уровня развития математической и профессиональной компетентности студентов на фокус‑группах, обучаемых по традиционной системе, а также с применением разработанной инновационной методики (на примере студентов СибАДИ).

3)     Издание сборника прикладных и профессионально ориентированных задач по курсу «Математика» для архитектурных, строительных и технических специальностей.

Научная значимость ожидаемых результатов исследования определяется тем, что благодаря разработанной методике обучения математике в техническом вузе решается проблема подготовки квалифицированных инженерных кадров с углубленным пониманием математики и ее прикладных возможностей в инженерных науках: архитектуре, строительстве и технике.

Таким образом, основным результатом проводимого исследования будет усовершенствование методики обучения математике компетентного специалиста, способного решать возникающие задачи из реальных областей инженерной деятельности с применением математического аппарата и возможностей прикладных математических пакетов. Формы и темы математического лектория, методы проектной деятельности, сборник задач, содержащий систему прикладных задач, могут быть использованы преподавателями технических вузов в работе со студентами с высоким научным потенциалом к математической и инженерной деятельности.