Безусловно, естественно-научные дисциплины занимают ведущее место среди общенаучных дисциплин в процессе инженерной подготовки специалистов в техническом вузе, особенно на начальном этапе обучения. На данном этапе ключевую роль в профессиональном становлении студентов призваны сыграть такие дисциплины, как математика, физика, вычислительная техника и программирование, теория алгоритмов, химия.
Именно успешность обучения этим дисциплинам в дальнейшем определяет формирование общепрофессиональных и специальных профессиональных компетенций. Тем самым обозначенные дисциплины на начальном этапе профессионального становления студентов являются приоритетными, ключевыми. Это требует, прежде всего, высокой школьной подготовки по математическим дисциплинам, математика на младших курсах становится системообразующей дисциплиной, именно на основании математических знаний происходят изучение основ физических явлений, обоснование их природы закономерностей, различных количественных и качественных оценок и т.д. Неслучайно выдающийся немецкий математик Карл Фридрих Гаусс назвал математику царицей всех наук, представляя ее общепринятым инструментарием для успешной работы в других отраслях наук.
Безусловно, в сложившихся условиях актуализируется проблема естественно-научной подготовки студентов технического вуза, направленной на осознание мотивов личностного развития для достижения необходимого уровня профессиональной подготовки в соответствии с государственными образовательными стандартами и полноценного выполнения социальной деятельности.
Цель исследования: определить теоретико-методологические подходы изучения и обоснования естественно-научной подготовки студентов в процессе их инженерной подготовки в условиях технического вуза.
Предметом исследования является процесс естественно-научной подготовки студентов технического вуза в ходе инженерного образования.
Процесс формирования у студентов естественно-научных компетенций берет свое начало с основополагающих разделов математики, таких как «Основы линейной алгебры и аналитической геометрии», «Теоретические основы математического анализа», «Кратные интегралы», «Дифференциальные уравнения», «Теория рядов», «Гармонический анализ», «Численные методы». Познание математических объектов, их системных связей во многом происходит параллельно в ходе активного изучения таких дисциплин, как «Основы алгоритмического программирования», «Дискретная математика», «Информатика и основы информационных технологий», «Вычислительная математика», «Основы математической логики». Такой подход оптимизирует познавательный процесс студентов младших курсов как по временному параметру, так и по содержанию. Так исключается дублирование содержания образования, осуществляется познавательный процесс с единых научных позиций и терминологий, при этом образовательный процесс, обогащаясь, наполняется новым смыслом и содержанием, более того, выявляются новые междисциплинарные связи между изучаемыми дисциплинами посредством реализации междисциплинарного подхода в математическом образовании студентов. В то же время такой подход продуктивно отражается на проявлении интереса и потребности студентов к познавательной деятельности, способствуя эффективному формированию у студентов мотивационно-ценностной составляющей, и нацеливает их на успешное формирование всего комплекса профессиональных компетенций по избранной специальности в соответствии с образовательными стандартами.
Итак, в представленном исследовании реализован междисциплинарный подход к раскрытию сущности математической подготовки студентов технического вуза. Данный подход предусматривает выявление междисциплинарных знаний из многих областей знаний: физики, математики, вычислительной техники и программирования и т.д.
Междисциплинарный подход в математическом образовании студентов рассматривался многопланово многими исследователями [1–3], он предполагает установление междисциплинарных связей между различными знаниями и объектами из различных сфер знаний и многоплановое их использование. Следовательно, рассматриваемый подход, прежде всего, ориентирован на установление межпредметных связей при изучении конкретной дисциплины, что приводит к рассмотрению одних и тех же объектов изучения с новых познавательных позиций и нередко способствует в научно-исследовательской деятельности определению новшеств, выявлению новых свойств и закономерностей объектов познания. Тем самым научные исследования, в свою очередь, приобретают новый толчок в прорывных направлениях современной науки, рождаются новые научные идеи, направления и наукоемкие технологии.
Рассматриваемый подход обладает невиданными познавательными ресурсами, и следует уметь ими грамотно и эффективно воспользоваться на благо профессионального образования, при этом учитывая специфические особенности подготовки инженерных кадров в соответствии с государственными образовательными стандартами. В этом и кроется самоценность данного подхода.
Как показывает педагогический опыт работы, сам по себе междисциплинарный подход не обеспечивает того ожидаемого результата в подготовке будущих специалистов технического профиля. Эффект данного подхода резко проявляется только в сочетании с системным подходом. Как показывают экспериментальные исследования, обозначенные методологические подходы взаимно обогащаются и наполняются новым смыслом в результате их в совместной реализации в образовательной деятельности. Тем самым должно происходить интегративное взаимодействие выявленных двух подходов.
В свою очередь, системный подход авторами понимается в том смысле, что процесс изучения студентами естественно-научных знаний представляет собой системное образование, состоящее из взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, ориентированных на обеспечение эффективной познавательной деятельности. Также он обусловливает мотивы деятельности студентов и приводит к движению многих, на первый взгляд, скрытых, сложно обнаруживаемых студентами фактов и явлений, отношений и связей между составляющими процесса познавательной деятельности. Следует рассматривать данный процесс как открытую самостоятельную систему с присущими ей взаимосвязанными и взаимообусловленными структурно-функциональными составляющими, что, несомненно, требует полноценного применения системного подхода в изучении проблемы данного исследования. Следовательно, вне системного подхода подобное исследование выглядит обедненным и незавершенным.
Исследования по проблемам системного подхода к анализу педагогических систем рассматривались такими исследователями, как С.И. Архангельский, В.Г. Афанасьев, В.П. Беспалько, И.В. Блауберг, В.И. Загвязинский, Ф.Ф. Королев, Н.В. Кузьмина и др. Впервые системный подход применил Ф.Ф. Королев [4]. Однако следует осознавать, что любое системное образование есть часть более сложной структурированной системы, что позволяет изучать исследуемую систему с учетом новых системных образований, при этом процесс познания наполняется новым смыслом и содержанием на новом витке познания объективного мира. Следовательно, системный подход представляет собой надежный теоретико-методологический аппарат исследования роли естественно-научных знаний на начальном этапе профессионального становления студентов. Впервые научные истоки системного подхода появились в исследованиях Л. Берталанфи [5].
Итак, на начальном этапе профессионально-личностного развития студентов технического вуза математические знания в системе естественно-научных дисциплин представляют собой системообразующий фактор, поскольку они являются ведущими, ключевыми и цементирующими в данной системе знаний. Тем самым они обеспечивают эффективное функционирование всей системы познавательной деятельности студентов в сфере естественно-научных знаний путем междисциплинарного и интегративного подходов, что представляет собой специфическую особенность в формировании естественно-научных знаний в условиях технического вуза.
Естественно-научная подготовка студентов технического вуза должна осуществляться с опорой на принцип профессиональной направленности с той целью, чтобы на раннем этапе обучения студенты осознавали ценность и необходимость такой подготовки для успешной дальнейшей профессиональной деятельности и социализации. В то же время приобретенные естественно-научные компетенции обеспечивают успешное выполнение студентами поисково-исследовательской деятельности. Как показывает действительность, современное производство не может эффективно развиваться вне использования инновационных технологий на основе новых научных достижений, позволяющих организовать высокотехнологичное производство. Для этого требуются инженерные кадры, обладающие научным потенциалом, то есть научно-исследовательской компетентностью, которая берет свое начало со студенческой скамьи и формируется у студентов при понимании и осознании необходимости сочетания познавательной деятельности с научно-исследовательской работой. Прежде всего, НИР студентов представляет собой новый виток познавательного процесса, который базируется, прежде всего, на естественно-научных знаниях. Этим обусловлена приоритетность естественно-научных знаний на начальном этапе инженерной подготовки студентов.
Естественно-научная подготовка реализуется на следующих основополагающих принципах: системности, непрерывности, интегративности, профессиональной направленности, развивающего обучения. Принцип – это руководящее требование, предписание, как действовать для достижения цели, норма деятельности. При этом принцип развивающего обучения в выделенной совокупности принципов является системообразующим [6, c. 38], поскольку развитие обучающегося в процессе познания имеет ведущую, приоритетную значимость.
Системно-функциональная модель естественно-научной подготовки студентов
Использование выявленных принципов в естественно-научной подготовке студентов обеспечивает успешное достижение целей профессиональной подготовки студентов технического вуза. Основное предназначение образования в высшей школе направлено на развитие будущего специалиста во многих сферах его многоплановой деятельности, в частности профессиональной, духовно-нравственной, социальной, культурологической и т.д.
Итак, авторами на основании ведущих теоретико-методологических основ и принципов теоретически обоснованы и раскрыты предметные, системные и взаимообусловленные функциональные связи и отношения в процессе изучения естественно-научных дисциплин студентами технического вуза. При этом системно-функциональная модель естественно-научной подготовки студентов технического вуза в процессе их математического образования представлена на рисунке.
На старших курсах особую значимость и ценность представляют компетенции, приобретенные в процессе изучения основ теории вероятностей и статистического анализа, в частности статистические оценки параметров распределения, корреляционный анализ, статистическая проверка гипотез, многофакторный анализ и т.д.
Различные аспекты по реализации научно-исследовательской работы студентов в контексте математического образования исследуются авторами в работах [2, 7]. В частности, проблемы формирования творческих компетенций и создания мотивационно-познавательной сферы обучения математическим дисциплинам исследованы авторами [8–10].
Однако успешная естественно-научная подготовка студентов на младших курсах обучения студентов технического вуза возможна только при умелой организации педагогами познавательной деятельности по математическим дисциплинам. Прежде всего, особое внимание следует уделять продуктивной организации самостоятельной работы студентов, поскольку первокурсники совершенно не умеют организовывать свою учебную деятельность в условиях вуза, более того, еще не адаптировались к условиям учебы в вузе. Однако следует особо выделить, что в процессе адаптации с серьезными трудностями сталкиваются студенты со слабой школьной математической подготовкой. Обычно качественный состав студентов представляет собой гомогенный контингент обучающихся по уровню математической подготовки к обучению в вузе. В этих условиях нами предлагается использование инновационных технологий обучения, в частности технологии уровневой дифференциации обучения. Как свидетельствуют результаты экспериментальных исследований, применение данной технологии обучения способствует успешному формированию математических компетенций.
В сложившихся условиях пристальное внимание обращается авторами на создание позитивной мотивационно-познавательной сферы обучения математическим дисциплинам, что представляет собой важнейшее педагогическое условие для успешной познавательной деятельности студентов первого курса.
В работе реализованы системный, междисциплинарный и интегративный теоретико-методологические подходы, которые позволили на основе ведущих принципов теоретически обосновать и раскрыть предметные, системные и взаимообусловленные функциональные связи и отношения в процессе изучения естественно-научных дисциплин студентами технического вуза. Предложена эффективная системно-функциональная модель естественно-научной подготовки студентов в процессе их познавательной деятельности в сфере математических знаний. При этом междисциплинарное взаимодействие математических знаний с естественно-научными знаниями способствует успешной естественно-научной подготовке студентов, а также усвоению ими математических знаний, отношений, закономерностей, в конечном итоге – формированию полноценных естественно-научных знаний, на основе которых в дальнейшем осуществляются их научно-исследовательская деятельность, выполнение курсовых, а также выпускных квалификационных работ. Математические знания образуют целостность, единство путем интеграции знаний из различных областей знаний. В этом процессе существенное значение имеют применение междисциплинарного и системного подходов, посредством которого каждая из изучаемых дисциплин обогащается новым предметным смыслом, а также интеграция технологий обучения.
Итак, взаимодействуя, междисциплинарный и системный подходы в процессе математической подготовки студентов технического вуза создают благоприятные условия для успешного формирования у них познавательной мотивационно-ценностной составляющей.