Дидактичні умови інтеграції знань з математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дидактичні умови інтеграції знань з математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків

Вимоги до підготовки майбутнього радіотехніка нині зумовлені специфікою його професійної діяльності в галузі розробки, виробництва й експлуатації засобів зв'язку, мультимедіа, радіоелектронних комп'ютерно-інформаційних систем, супутникового телебачення, передавання та захисту інформації. Якісна професійна підготовка фахівців такої високотехнологічної спеціальності відповідатиме рівню розвитку сучасного виробництва за умови оновлення вимог до професійної компетенції майбутніх радіотехніків.

Професійне спрямування вивчення математичних дисциплін сприяє розвитку зв'язків між природничо-науковою та професійно-практичною підготовкою фахівців. Однак зміна форм професійної діяльності фахівців радіоелектронної галузі, пов'язана з упровадженням у виробничий процес комп'ютерних технологій, приводить до виникнення проблеми формування цілісної системи прикладних математичних і спеціальних знань для здійснення якісної фахової підготовки. Розв'язання цієї проблеми передбачає використання у процесі формування професійних знань системного й інтегративного підходів і, відповідно, спеціальне наукове дослідження.

Аналіз науково-педагогічної літератури свідчить, що загальним проблемам професійної педагогіки приділяється належна увага (С. Я. Батишев, С. У. Гончаренко, О. С. Дубинчук, І. А. Зязюн, М. І. Махмутов, Н. Г. Ничкало та ін.). Навчанню математики присвячено значну кількість досліджень. Більшість із них стосується підготовки вчителя математики, навчання математики у вищих навчальних закладах (Н. В. Ванжа, Г. Я. Дутка, Т. В. Крилова, Г. С. Пастушок, О. Г. Фомкіна), міжпредметних зв'язків викладання математики у загальноосвітній школі (О. І. Єфремова, В. В. Коваль, В. В. Міхеєв, Т. Д. Чабанова, Т. В. Дубова, О. А. Смалько, Є. М. Смирнова), наступності у вивченні математики тощо. Окремим аспектам професійної підготовки фахівців в умовах ступеневої освіти присвячено праці С. М. Мамрича, Г. О. Шемелюк, О. І. Щербак (неперервна та ступенева професійна підготовка), Р. С. Гуревича І. М. Козловської, Я. М. Собка, Т. Д. Якимович (інтеграція змісту професійної освіти), М. Я. Ігнатенка, Л. О. Соколенко (прикладна спрямованість шкільного курсу математики). Проблема підготовки фахівців радіотехнічних спеціальностей в умовах технічного коледжу досліджувалася С. М. Мамричем, а профілювання математичної підготовки учнів на прикладі радіотехнічних професій - О. Е. Стрелковською. І все ж проблема формування цілісної системи знань із математики та спеціальних дисциплін залишається недостатньо розробленою.

Вивчення стану підготовки майбутніх радіотехніків на практиці показало, що в результаті недостатньо взаємопов'язаного вивчення математики та спеціальних дисциплін знання студентів досить часто носять формальний характер і не відповідають вимогам їх комплексного використання у професійній діяльності сучасного фахівця. Спроби координації навчального матеріалу та встановлення міжпредметних зв'язків за традиційними методиками не дають бажаних результатів, що стає причиною виникнення ряду суперечностей, а саме: між потребою використання у професійній діяльності фахівців радіотехнічного профілю знань із математики і недостатньою сформованістю у студентів навичок застосування математичних методів для розв'язування професійних завдань; інтенсифікацією виробництва на базі комп'ютерних технологій і недостатнім рівнем використання комп'ютера, зокрема прикладних математичних програм під час розв'язування задач професійного спрямування; прикладним характером математичних знань і вмінь у професійній діяльності радіотехніків і традиційними підходами щодо вивчення математики як загальнонаукової дисципліни у процесі їхньої підготовки. Розв'язання означених суперечностей потребує розробки нових підходів до взаємопов'язаного вивчення математики та спеціальних дисциплін на основі застосування інформаційних технологій.

Необхідність теоретичного обґрунтування інтеграції знань із математики і спеціальних дисциплін у підготовці фахівців та потреба її практичної реалізації зумовили вибір теми дисертаційного дослідження - “Дидактичні умови інтеграції знань з математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків”.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційне дослідження виконано згідно з планом науково-дослідних робіт Інституту педагогіки і психології професійної освіти АПН України в розробці теми “Інноваційні методики навчання спеціальних дисциплін у професійно-технічних навчальних закладах” (РК № 0104U000612).

Тема дисертації затверджена вченою радою Інституту педагогіки і психології професійної освіти АПН України (протокол № 5 від 27 травня 2004 р.) та узгоджена у Раді з координації наукових досліджень у галузі педагогіки і психології в Україні (протокол № 8 від 26 жовтня 2004 р.).

Об'єкт дослідження - професійна підготовка фахівців радіотехнічного профілю у вищих навчальних закладах.

Предмет дослідження - інтеграція знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці фахівців радіотехнічного профілю у технічних коледжах.

Мета дослідження полягає у теоретичному обґрунтуванні дидактичних умов інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін, розробці та впровадженні системи прикладного математичного забезпечення з використанням комп'ютерних технологій для підготовки фахівців радіотехнічного профілю, підготовці методичних рекомендацій і дидактичних матеріалів для інтегрованого вивчення математики і спеціальних дисциплін при підготовці майбутніх радіотехніків.

Гіпотеза дослідження ґрунтується на припущенні, що інтеграція знань із математики та спеціальних дисциплін на базі інформаційних технологій сприяє підвищенню якості професійної підготовки майбутніх радіотехніків за умов: цілеспрямованого формування у студентів узагальнених прикладних математичних знань; навичок застосування математичних прийомів і методів з урахуванням прогностичної моделі майбутньої професійної діяльності; систематичного використання комп'ютерних програм при розв'язуванні задач професійного спрямування на заняттях із математики; посилення прикладного характеру математичних знань і вмінь у професійній підготовці.

Об'єкт, предмет, мета і гіпотеза зумовили завдання дослідження:

1. Проаналізувати стан досліджуваної проблеми в педагогічній теорії та практиці.

2. Теоретично обґрунтувати дидактичні умови інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін для підготовки фахівців радіотехнічного профілю у технічних коледжах.

3. Сформувати систему прикладного математичного забезпечення для підготовки фахівців радіотехнічного профілю на основі конкретизації дидактичних принципів для інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін.

4. Розробити й експериментально перевірити методику використання пакетів прикладних комп'ютерних програм для формування навичок розв'язування задач професійного спрямування під час інтегрованого вивчення математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків.

5. Підготувати методичні рекомендації й дидактичні матеріали щодо інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці фахівців радіотехнічного профілю для викладачів математики, спеціальних дисциплін, студентів технічних коледжів.

Методологічною основою дослідження є принципи науковості, об'єктивності, системності, взаємозв'язку і взаємозумовленості явищ, єдності теорії та практики; теоретичні основи інтегративного, системного і діяльнісного підходів у навчанні; основні принципи сучасної дидактики, а також положення щодо комплексного використання методів дослідження. У процесі дослідження враховувались основні положення щодо розвитку освіти в Україні, викладені в Національній доктрині розвитку освіти, законах “Про освіту”, “Про вищу освіту”, “Про професійно-технічну освіту”, положенні “Про освітньо-кваліфікаційні рівні (ступеневу професійну освіту)”.

Теоретичну основу дослідження становлять наукові праці із загальної та професійної педагогіки (С. Я. Батишев, П. М. Воловик, С. У. Гончаренко, І. А. Зязюн, М. І. Махмутов, Н. Г. Ничкало та ін.), дослідження з проблем: інтеграційних процесів у освіті (М. Н. Берулава, В. С. Безрукова, Р. С. Гуревич, І. М. Козловська, Я. М. Собко, Н. Ф. Тализіна, Ю. С. Тюнников, Т. Д. Якимович та ін.); ступеневої професійної підготовки (А. В. Литвин, С. М. Мамрич, Г. О. Шемелюк, О. І. Щербак та ін.); технологізації та інформатизації освітньої діяльності (В. Ю. Биков, Р. С. Гуревич, М. І. Жалдак, Г. Кедрович, В. І. Клочко, Ю. І. Машбиць, С. О. Сисоєва, О. А. Смалько, Р. М. Собко, Д. В. Чернілевський та ін.); теорії систем та їх розвитку (В. П. Беспалько, В. В. Гаврилюк, Х. Шпінер та ін.); навчання математики у професійних навчальних закладах (Г. А. Бокарєва, О. С. Дубинчук, Г. Я. Дутка, П. І. Сікорський, О. Е. Стрелковська, Н. А. Тарасенко, В. А. Ткаченко, Г. М. Цибульська та ін.), а також положення, що стосуються загальної дидактики, професійної педагогіки, міжпредметних досліджень.

Для розв'язання визначених завдань використано комплекс методів дослідження: теоретичні - аналіз і синтез науково-педагогічної та спеціальної літератури, дисертаційних робіт, систематизація й узагальнення педагогічного досвіду з метою виявлення стану професійної підготовки фахівців радіотехнічного профілю та формування поняття “інтеграція знань із математики та спеціальних дисциплін”; емпіричні - спостереження, анкетування, тестування, бесіда, інтерв'ю, порівняння, вимірювання, педагогічний експеримент із метою апробації прикладного математичного забезпечення професійної підготовки фахівців-радіотехніків; статистичні - методи математичної і статистичної обробки результатів педагогічного експерименту для забезпечення його достовірності.

Дослідження проводилось упродовж 1998-2006 рр. у три етапи. На першому етапі (1998-1999) було проаналізовано філософську, психолого-педагогічну та спеціальну літературу, пов'язану з означеною проблемою. З метою аналізу стану підготовки майбутніх радіотехніків на практиці паралельно вивчалася навчально-програмна документація. На другому етапі (2000-2001) сформульовано гіпотезу та визначено завдання дослідження; виявлено передумови формування системи прикладного математичного забезпечення професійної підготовки радіотехніків, виділено її елементи, проведено констатувальний експеримент, розроблено програму і методику формувального експерименту, визначено його експериментальну базу. На третьому етапі (2002-2006) проведено формувальний експеримент, здійснено систематизацію й обробку експериментальних даних, узагальнено результати та сформульовано основні висновки дослідження, підготовлено методичні рекомендації та дидактичні матеріали, визначено перспективи подальшого дослідження проблеми.

Експериментальна база дослідження. Дослідження проводилося у Національному університеті “Львівська політехніка”, Технічному коледжі Національного університету “Львівська політехніка”, Вінницькому і Тернопільському технічних коледжах. До експериментальної роботи було залучено 829 студентів, 42 викладачі математики, 25 викладачів спеціальних дисциплін.

Наукова новизна і теоретичне значення дослідження полягає у тому, що: вперше визначено й обґрунтовано дидактичні умови інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці радіотехніків (методологічна сумісність елементів інтеграції, професійна спрямованість математичних знань і вмінь, забезпечення єдності теоретичного й емпіричного рівнів інтеграції, мотивація вивчення математичних дисциплін, забезпечення системного підходу та результату інтеграції); конкретизовано дидактичні принципи (науковості, технологічності, проблемності, наступності, прогностичності та доступності) для формування системи прикладного математичного забезпечення спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків; вдосконалено процес вивчення математики та спеціальних дисциплін у підготовці фахівців радіотехнічного профілю в умовах технічного коледжу на основі інтегративного підходу; подальшого розвитку набули положення щодо інтеграції змісту природничо-наукових і спеціальних дисциплін.

Практичне значення результатів дослідження полягає у тому, що розроблено і впроваджено: дидактичні матеріали щодо реалізації інтегративних зв'язків математики та спеціальних дисциплін у підготовці молодших спеціалістів радіотехнічного профілю у технічному коледжі; серію методичних рекомендацій “Математика в радіотехніці” щодо використання прикладних математичних програм у підготовці майбутніх радіотехніків; експериментальну робочу програму з курсу диференціальних рівнянь та інструкції щодо проведення практичних робіт із деяких розділів вищої математики. Матеріали дослідження можуть бути використані у підготовці фахівців радіотехнічного профілю викладачами математики професійно-технічних навчальних закладів, вищих навчальних закладів I-II рівнів акредитації при визначенні змісту варіативної частини курсу математики та розробці відповідних дидактичних матеріалів, викладачами спеціальних дисциплін під час проведення лабораторно-практичних робіт, а також у процесі підготовки навчально-методичних посібників і проведення науково-педагогічних досліджень.

Наукові висновки, навчально-методичні матеріали впроваджено у навчальний процес Технічного коледжу Національного університету “Львівська політехніка” (довідка № 50 від 08.06.2005 р.), Вінницького технічного коледжу (довідка № Т/93 від 21.03.2005 р.), Технічного коледжу Тернопільського державного технічного університету імені І. Пулюя (довідка № 85 від 13.06.2005 р.). Результати дослідження заслуховувалися на засіданні Ради директорів ВНЗ I-II рівнів акредитації Львівської області й були рекомендовані для впровадження у технічних навчальних закладах (довідка № 96 від 17.10.2005 р.).

Особистий внесок здобувача в одержанні наукових результатів полягає у: теоретичному обґрунтуванні дидактичних умов інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків; конкретизації дидактичних принципів для інтеграції математичних і спеціальних знань; формуванні системи прикладного математичного забезпечення підготовки фахівців радіотехнічного профілю; розробці методики використання пакетів прикладних програм для формування професійно значущого математичного апарату за допомогою “Комп'ютерних блокнотів”; укладенні навчально-методичних матеріалів щодо інтегрованого вивчення математики та спеціальних дисциплін на базі інформаційних технологій. У навчальному посібнику з математики для абітурієнтів, опублікованому у співавторстві з І. П. Данчишин, авторськими є розробка структури матеріалу, системи вправ, а також чотири розділи.

Вірогідність результатів дослідження забезпечується методологічною обґрунтованістю його вихідних положень; використанням комплексу взаємопов'язаних методів, адекватних цілям і завданням дослідження; репрезентативністю вибірки, поєднанням кількісного і якісного аналізу даних дослідження із застосуванням методів математичної статистики; позитивними результатами експериментальної перевірки висунутої гіпотези.

На захист виносяться:

1. Теоретично обґрунтовані дидактичні умови інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці радіотехніків (методологічна сумісність елементів інтеграції, професійна спрямованість математичних знань і вмінь, забезпечення єдності теоретичного й емпіричного рівнів інтеграції, мотивація вивчення математичних дисциплін, забезпечення системного підходу і результату інтеграції).

2. Прикладне математичне забезпечення професійної підготовки майбутніх радіотехніків, сформоване з урахуванням принципів інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін (науковості, проблемності, доступності, наступності, технологічності, прогностичності), і методика його реалізації за допомогою пакетів комп'ютерних програм під час вивчення математики.

Апробація результатів дослідження. Основні положення і результати дослідження обговорено на 11 наукових і науково-практичних конференціях, у тому числі 5 міжнародних: “Сучасні технології вищої освіти” (Одеса, 2004), Міжнародній науковій конференції імені академіка М. Кравчука (Київ, 2004- 2006), “Науковий потенціал світу 2004” (Дніпропетровськ, 2004), “Теоретичні і методичні засади підготовки фахівців у професійних навчальних закладах технічного та художнього профілю” (Львів, 2004); обласних науково-практичних конференціях “Методичні проблеми викладання математики у вищих навчальних закладах” (Львів, 1998-2005); на засіданнях методичного об'єднання викладачів математики ВНЗ I-II рівнів акредитації Львівської області (Львів, 2001-2005); на науково-практичному семінарі “Тенденції сучасної дидактики” у Львівському науково-практичному центрі та засіданні відділу дидактики Інституту педагогіки і психології професійної освіти АПН України.

Основні результати дослідження опубліковано у 20 наукових і науково-методичних працях (із них 17 написано без співавторів), у тому числі: 6 одноосібних статей у провідних наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України, 1 методичний посібник, 1 посібник із математики, 1 стаття у колективній монографії, 8 брошур методичних рекомендацій та навчально-методичних матеріалів, 3 статті у збірниках матеріалів конференцій. Загальний обсяг публікацій складає 19,4 авт. арк., з них одноосібних - 17,2 авт. арк.

Структура дисертації. Робота складається із вступу, трьох розділів, висновків до кожного розділу, загальних висновків, списку використаних джерел (228 найменувань, з них 13 - іноземними мовами), 11 додатків на 57 сторінках. Повний обсяг - 270 сторінок, основна частина - 183 сторінки. В основній частині вміщено 17 рисунків на 16 сторінках, 5 таблиць на 5 сторінках.

У вступі обґрунтовано актуальність і доцільність дослідження, визначено його об'єкт, предмет, мету, викладено гіпотезу та завдання, методологічні засади, розкрито наукову новизну, теоретичне і практичне значення, подано відомості про впровадження результатів дослідження.

У першому розділі - “Теоретичні основи інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків” - на основі аналізу літературних джерел розглянуто освітні вимоги до сучасних фахівців у галузі радіотехніки; проблеми викладання математики та спеціальних дисциплін у вищих технічних навчальних закладах І-ІІ рівнів акредитації; теоретичні основи інтеграції знань у професійній дидактиці; використання програмно-педагогічних засобів у підготовці майбутніх радіотехніків.

Орієнтація на сучасний і перспективний розвиток систем зв'язку, радіоелектронних комп'ютерно-інформаційних систем, а також відповідність конкурентоспроможних фахівців вимогам і умовам ринку праці передбачають оновлення змісту освітньо-професійних програм підготовки радіотехніків, а складність і характер професії зумовлюють відповідні вимоги до їх математичної підготовки яка є загальнонауковим фундаментом для оволодіння системою спеціальних знань. Радіотехнік вивчає математику з прикладною метою і сприймає її не як самостійний об'єкт вивчення, а як інструмент розв'язання низки питань своєї практичної діяльності, тому орієнтація на засвоєння знань із математики без належних зв'язків зі спеціальними дисциплінами не може відчутно підвищити якість професійної підготовки майбутніх фахівців-радіотехніків, особливо у прогностичному аспекті.

На основі теоретичного аналізу психолого-педагогічної літератури зроблено висновок, що розв'язати проблему оптимального поєднання вивчення математики та спеціальних дисциплін допоможе використання інтегративного підходу, а ступінь інтеграції змісту, форм і методів навчання залежить від типу навчального закладу й особливостей контингенту студентів. Практика показує, що у навчальних планах і програмах у технічних коледжах не завжди враховується значення навчального матеріалу курсу математики для формування професійних знань і вмінь. Основною причиною низького рівня інтеграції математичних і спеціальних знань у підготовці майбутніх радіотехніків є недостатнє теоретичне обґрунтування необхідності цього процесу та відсутність методик викладання інтегрованих знань із використанням комп'ютера.

Прикладна спрямованість викладання математики у контексті інтегративного підходу сприяє розвитку математичного мислення фахівця, підвищенню мотивації навчальної та пізнавальної діяльності, формуванню самостійного вміння переносити набуті математичні знання на професійну діяльність. Це передбачає наукове обґрунтування змісту математичних знань і визначення характеру необхідних умінь, які б відповідали обсягу та змісту знань зі спеціальних дисциплін з орієнтацією на перспективний розвиток радіотехніки.

Математика створює базу для інтеграції знань у тісному зв'язку з інформатикою, тому ефективним засобом здійснення цього процесу є комп'ютерна підтримка викладання математики та спеціальних дисциплін. Підготовку майбутніх радіотехніків на рівні сучасних вимог можна забезпечити, використовуючи у процесі навчання пакети прикладних комп'ютерних програм, що дасть змогу організувати інтегроване вивчення математики та спеціальних дисциплін на базі новітніх інформаційних технологій. Інтегративний підхід забезпечує органічне поєднання різноманітних знань і методів пізнання на науково визначеній основі.

У другому розділі - “Інтеграція знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці фахівців радіотехнічного профілю” - визначено і теоретично обґрунтовано необхідні та достатні умови інтеграції знань із математики і спеціальних дисциплін, розроблено систему прикладного математичного забезпечення для підготовки радіотехніків, побудовано структурні схеми та представлено дидактичні матеріали щодо інтегративних зв'язків математики та спеціальних дисциплін у підготовці молодших спеціалістів радіотехнічного профілю, а також розроблено методику їхньої реалізації за допомогою комп'ютерного пакета MathCAD.

Нами виділено групи необхідних і достатніх дидактичних умов інтеграції математичних і спеціальних дисциплін у підготовці радіотехніків, які представлено дидактичними блоками, кожний із яких виконує визначену функцію: інтеграції (загальний блок), оптимізації (блок принципів), взаємодії (блок інформаційних технологій) та конкретизації (блок упровадження).

Загальний блок забезпечує системний підхід до реалізації дидактичних умов. У його рамках деякі позиції сформульовано доволі загально, оскільки в інших випадках система втратить масштабність і широту охоплених явищ. Призначення цього блоку - інтеграція знань із математики та спеціальних дисциплін й, водночас - забезпечення необхідних і окреслення достатніх дидактичних умов інтеграції знань. Обґрунтовано, що необхідними дидактичними умовами інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін є: методологічна сумісність елементів інтеграції; професійна спрямованість математичних знань і вмінь; забезпечення єдності теоретичного й емпіричного рівнів інтеграції; мотивація вивчення математичних дисциплін; забезпечення системного підходу та результату інтеграції.

Блок принципів об'єднує принципи інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін для фахівців радіотехнічного профілю, з урахуванням яких формується система прикладного математичного забезпечення підготовки майбутніх радіотехніків. Цей блок забезпечує виконання першої достатньої умови інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін (оптимізація загального блоку). Блок інформаційних технологій здійснює взаємодію окремих компонентів системи та забезпечує другу достатню умову (ефективність функціонування загального блоку). Блок упровадження (інтеграція знань із математики та спеціальних дисциплін майбутніх радіотехніків у технічних коледжах) є методичним варіантом реалізації загального блоку і забезпечує третю достатню умову інтеграції (конкретизація системи дидактичних умов на методичному рівні).

Інтеграція знань із математики та спеціальних дисциплін ґрунтується на загальноприйнятих дидактичних принципах, які є основою для виділення конкретних принципів інтеграції цих знань. Нами конкретизовано дидактичні принципи науковості, технологічності, проблемності, наступності, прогностичності та доступності для інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці фахівців радіотехнічного профілю. З урахуванням принципів інтеграції розроблено прикладне математичне забезпечення, під яким розуміємо сукупність змісту, методів, засобів і форм підготовки майбутніх радіотехніків. Процес розроблення прикладного математичного забезпечення складається з низки взаємопов'язаних етапів:

1) з огляду на визначену мету - професійну підготовку, формується зміст математичних знань майбутніх радіотехніків, який можна умовно поділити на дві групи: суто математичні знання та навчальний матеріал професійного спрямування з урахуванням специфіки радіотехнічної галузі (принцип науковості);

2) поділ змісту знань із математики на компоненти з урахуванням їх прикладного значення у майбутній професійній діяльності радіотехніків (принципи проблемності та доступності);

3) структурування визначених компонентів із метою забезпечення наступності прикладних математичних знань і поетапного їх розвитку з поступовим поглибленням професійної спрямованості (принцип наступності);

4) встановлення взаємозв'язків між компонентами для формування узагальнених прикладних математичних умінь і навичок, необхідних для майбутньої професійної діяльності (принцип технологічності);

5) оцінки ефективності функціонування сформованої системи (принцип прогностичності).

Отже, прикладне математичне забезпечення розглядаємо як систему, оскільки процес його розроблення відповідає основним умовам системного підходу.

Розвиток техніки і технологій сучасного виробництва зумовлює специфіку змісту спеціальних дисциплін у підготовці радіотехніків, у зв'язку з цим зауважимо, що лише комп'ютерна реалізація відповідного математичного апарату у проведенні розрахунків дає можливість розширити їх змістову частину. Тому впровадження системи прикладного математичного забезпечення у професійну підготовку саме радіотехніків доцільно здійснювати на основі інформаційних технологій, зокрема використання системи комп'ютерної математики MathCAD, оскільки комп'ютер, оснащений системою MathCAD і, наприклад, віртуальною лабораторією, здатний вирішувати найскладніші завдання дослідження і тестування різноманітної радіоелектронної апаратури та дає можливість глибше зрозуміти і усвідомити сутність процесів, що відбуваються в радіотехнічних пристроях.

Завдання викладача математики - довести, що пакети комп'ютерних програм є інструментальними засобами, які вимагають від студентів відповідної математичної підготовки: знання сучасних числових (наближених) методів; сформованості прикладних математичних навичок; вміння формалізувати інженерні задачі у вигляді математичних алгоритмів; вміння інтерпретувати одержані результати; наявності навичок побудови і дослідження математичних моделей реальних практичних завдань.

Методика використання пакетів прикладних математичних програм за умов інтегрованого вивчення математики та спеціальних дисциплін у підготовці радіотехніків полягає: у відборі таких прикладних задач зі спеціальних дисциплін, у змісті яких використовуються спеціальні поняття або вже відомі студентам, або такі, що легко означаються, або інтуїтивно зрозумілі та математичні моделі, методи розв'язування яких доступні студентам; у формуванні на заняттях із математики комп'ютерних блокнотів, які містять приклади математичних задач (для відпрацювання навичок роботи з пакетами комп'ютерних програм на нескладних і доступних прикладах, що стосуються питань обчислювальної математики) та алгоритми розв'язування практичних завдань професійного спрямування з використанням пакетів MathCAD або Maple; у порівнянні традиційних та сучасних математичних методів при розв'язуванні прикладних задач; у включенні в навчальний процес практичних робіт із математики; у розробленні інструкцій до розрахункової частини лабораторних робіт із спеціальних дисциплін; у підготовці пакета комп'ютерної візуалізації графічних побудов і результатів моделювання; у використанні електронних підручників; в організації самостійної та індивідуальної роботи студентів.

У третьому розділі - “Дослідно-експериментальна перевірка ефективності інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків” - викладено методику експериментальної роботи, обґрунтовано її завдання та методи, вибір варіативних чинників і способи обробки результатів. Метою проведення експериментальної роботи був аналіз практики інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці фахівців радіотехнічного профілю, перевірка гіпотези дослідження шляхом проведення формувального та контрольного експериментів.

На етапі констатувального експерименту проводилася перевірка дієвості інтегрування знань і вмінь із математики та спеціальних дисциплін під час підготовки майбутніх радіотехніків. Студентам технічних коледжів було запропоновано виконати комплексні контрольні роботи, результати яких оцінювалися показниками “справився - не справився”, окрім цього, враховувалася методика викладання математики. Аналіз результатів (за умов традиційного викладання із завданнями справилися 49%, за наявності міжпредметних зв'язків - 58%, а за умов інтегративного підходу - 69% студентів) свідчить, що навіть низькі рівні інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін з ініціативи викладачів позитивно позначаються на якості професійних знань студентів. Як показало опрацювання анкет, основною причиною низького рівня інтеграції математичних знань зі змістом спеціальних дисциплін викладачі вважають відсутність методик їхнього впровадження.

На формувальному етапі дослідження перевірялась дієвість розробленої методики реалізації системи прикладного математичного забезпечення. Для цього було сформовано однорідні за рівнем успішності групи студентів технічного коледжу, які навчалися за напрямами “Радіотехніка” й “Електронні апарати”. У першій експериментальній групі було передбачено проведення інтегрованих занять, розв'язування завдань інтегрованих типів, поєднання різних методів навчання (вплив активного чинника, що передбачав інтеграцію математичних і спеціальних знань); у другій експериментальній групі, окрім того, використовувалися пакети комп'ютерних програм, а у контрольній групі навчальний процес залишався традиційним.

Для порівняння ступеня засвоєння знань із математики студентами контрольної та експериментальних груп було визначено такі рівні умінь студентів: 1-й - виділяти необхідну інформацію з умови задачі та розв'язувати типові завдання за зразком; 2-й - використовувати відомий метод розв'язування та аналізувати одержані результати; 3-й - будувати математичні моделі задач і самостійно добирати математичний апарат для їхнього розв'язування; 4-й - адаптувати математичну задачу для розв'язування на комп'ютері й інтерпретувати результати. Результати оцінювалися за кількістю студентів, які опанували даний рівень. Аналіз виконання контрольних робіт 392 студентами показав, що лише 16,5% студентів контрольної групи опанували 3 і 4 рівні, тоді як у першій експериментальній групі цей показник становив 27,5% (на 11% вище), у другій - 28% (на 11,5% вище) (рис. 2). У студентів контрольної групи виникають труднощі у процесі побудови математичних моделей задач, виборі оптимального методу розв'язування і реалізації математичних методів на комп'ютері. Найвищі показники зафіксовані у другій експериментальній групі, що свідчить про необхідність комп'ютеризації вивчення математики.

Як показали діагностичні зрізи, ґрунтовність знань студентів експериментальних груп є вищою, ніж студентів контрольних груп: відомості з математики й основ радіоелектроніки студенти контрольних груп забували досить швидко (через рік відтворювалися лише 38% і 71% знань відповідно), тоді як в експериментальних групах ці показники становлять 62% та 80%.

Для визначення показників повноти знань зі спеціальних дисциплін було проаналізовано результати виконання завдань із “Матеріалознавства електронних засобів” та “Основ радіоелектроніки”, які виконували 375 студентів 2-го та 3-го курсів технічного коледжу. Більше половини необхідних понять використали 40,8% студентів контрольної та 61,6% і 69,9% студентів першої і другої експериментальних груп (відповідно на 20,8% та 28,8% більше). Для встановлення наявності чи відсутності статистично вірогідних відмінностей між показниками повноти знань студентів контрольної та експериментальних груп використовувався критерій Пірсона (при ). Результати обрахунків ( для першої та для другої експериментальних груп) свідчать про вплив на якісні зміни у параметрах спеціальних знань варіативних чинників навчання математики.

З метою виявлення рівня сформованості прикладних математичних навичок здійснено аналіз результатів виконання практичних робіт з “Основ радіоелектроніки” студентами контрольної та експериментальних груп. Завдання передбачали перевірку вміння студентів обирати метод розв'язування, що приводить до результату з якомога меншими затратами часу і необхідною точністю, вміння використовувати пакети прикладних математичних програм для проведення розрахунків. На початку вивчення курсу різниця в результатах (середній і високий рівні сформованості навичок спостерігалися у 66,7% студентів контрольної та відповідно у 70% і 72,5% студентів першої і другої експериментальних груп) зумовлювалася тим, що у студентів експериментальних груп прикладні навички з математики цілеспрямовано формувалися під час вивчення математики. Наприкінці відбувся перерозподіл: на 12,5% та 15,8% збільшилася кількість студентів першої і другої експериментальних груп, які виконують завдання практичної роботи на середньому та високому рівнях. У студентів контрольної групи також спостерігається певна позитивна динаміка - кількість студентів із середнім і високим рівнями сформованості прикладних навичок збільшилася на 5,8%. Збільшилась і сумарна різниця результатів. Це свідчить про те, що студенти експериментальних груп більш активно використовують прикладні математичні навички і способи діяльності під час розв'язування практичних завдань, вміють самостійно переносити набуті знання з математики для вирішення професійних завдань, використовуючи пакети прикладних комп'ютерних програм.

Отже, можна зробити висновок щодо ефективності розробленої системи прикладного математичного забезпечення підготовки радіотехніків і методики її реалізації у технічних коледжах. За умов інтегрованого вивчення математичних і спеціальних дисциплін підвищується якість професійних знань студентів, а використання комп'ютерних математичних програм усуває труднощі аналітичного розв'язку практичних завдань і робить їх доступними навіть для слабких студентів, створює передумови для розширення змістової частини спеціальних дисциплін. Навчання за пропонованою методикою одержало позитивну оцінку також студентів технічних коледжів і вищих технічних навчальних закладів. Вони зробили висновок щодо зменшення навчального навантаження, більшої доступності знань із математики, полегшення вивчення низки спеціальних понять та можливості реального застосування математичних знань у професійній діяльності.

Результати проведеного дослідження дають підстави вважати, що вихідна методологія є правильною, мета досягнута, поставлені завдання розв'язані, що дало можливість сформулювати такі.

математика радіотехнік навчальний заклад

Висновки

1. На основі аналізу теоретичного та практичного стану проблеми дослідження виявлено, що орієнтація на засвоєння математики без належних iнтегративних зв'язків із курсами спеціальних дисциплін не спроможна відчутно підвищити якість професійної підготовки фахівців. Основною причиною низького рівня інтеграції математичних знань зі змістом спеціальних дисциплін є відсутність відповідних методик її впровадження. Забезпечення професійної спрямованості викладання математики в контексті інтегративного підходу сприяє розвитку математичного мислення фахівця, підвищує мотивацію навчальної та пізнавальної діяльності, формує вміння застосовувати набуті математичні знання, уміння і навички у професійній діяльності, готує до неперервної професійної освіти.

2. Відповідно до завдань, визначених внаслідок проведеного теоретичного аналізу досліджуваної проблеми, для інтеграції математичних і професійних знань із застосуванням комп'ютерних технологій під час підготовки майбутніх радіотехніків визначено й обґрунтовано необхідні та достатні дидактичні умови. Їх представлено у вигляді дидактичних блоків, кожний із яких має певну функцію: інтеграції (загальний блок, що охоплює всі можливі дидактичні умови інтеграції знань з математики та спеціальних дисциплін і складається з груп необхідних та достатніх умов); оптимізації (блок принципів, який містить конкретизовані дидактичні принципи для інтеграції знань з математики та спеціальних дисциплін у підготовці фахівців радіотехнічного профілю); взаємодії (блок інформаційних технологій, котрий здійснює взаємодію між компонентами математичних і спеціальних знань) та конкретизації (блок упровадження, який забезпечує реалізацію дидактичних умов у підготовці фахівців-радіотехніків в умовах технічного коледжу).

Визначено, що необхідними дидактичними умовами інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін є такі: методологічна сумісність елементів інтеграції, професійна спрямованість математичних знань і вмінь, забезпечення єдності теоретичного й емпіричного рівнів інтеграції, мотивація вивчення математичних дисциплін, забезпечення системного підходу і результату інтеграції. Достатніми умовами є такі: формування системи прикладного математичного забезпечення спеціальних дисциплін підготовки майбутніх радіотехніків і розробка методики використання пакетів прикладних комп'ютерних програм під час інтегрованого вивчення математики і спеціальних дисциплін при підготовці фахівців радіотехнічного профілю у технічних коледжах.

3. Для інтеграції знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків конкретизовано дидактичні принципи: науковості (професійні знання майбутніх радіотехніків повинні спиратися на цілісну систему інтегрованих математичних і спеціальних знань); технологічності (дидактична алгоритмізація процесу взаємодії та взаємопроникнення математичних і професійних знань за рахунок постійного продуманого включення у процес навчання нових педагогічних технологій); доступності (адаптація знань із математики та спеціальних дисциплін до реальних розумових і навчальних можливостей студентів з урахуванням їхнього рівня підготовки з математики і дисциплін циклу професійної підготовки); проблемності (постановка перед студентами на заняттях із математики проблемних завдань, пов'язаних із професійними знаннями з радіотехнічних дисциплін, і навпаки); наступності (забезпечення узгодженого вивчення математичних і спеціальних понять на різних рівнях підготовки фахівця-радіотехніка); прогностичності (передбачає методичну взаємодію викладачів математики і спеціальних дисциплін із метою врахування всіх можливостей інтеграції знань і прогнозування кінцевих результатів навчання на основі випереджувальних теорій та інноваційних технологій навчання).

З урахуванням перелічених принципів сформовано систему прикладного математичного забезпечення, яку розглядаємо як сукупність змісту, методів, засобів і форм організації процесу підготовки майбутніх радіотехніків, що визначає оптимальний варіант його побудови і дає змогу вирішити проблему роз'єднаності математичних і професійних знань.

4. Для реалізації системи прикладного математичного забезпечення підготовки майбутніх фахівців-радіотехніків розроблено методику використання пакетів комп'ютерних програм за умов інтегрованого вивчення математики та спеціальних дисциплін, яка полягає у: цілеспрямованому відборі практичних завдань зі спеціальних дисциплін, орієнтованих на майбутню професійну діяльність; виборі способів ознайомлення студентів з основними функціями пакета та числовими методами, необхідними для розв'язування практичних завдань; упорядкованому формуванні математичних умінь і навичок, необхідних для розв'язування практичних професійних завдань за допомогою пакетів прикладних комп'ютерних програм на практичних заняттях із математики; підборі організаційних форм повернення на різних етапах навчання математики до вивченого професійно значущого матеріалу з різними рівнями складності. У результаті впровадження пропонованої методики у студентів залишається сформований довідник (“Комп'ютерний блокнот”) з алгоритмами розв'язування у пакеті прикладних програм практичних завдань професійного спрямування і довідник із математики, які роблять ефективнішими подальше навчання та професійну діяльність.

Під час експериментально-дослідної перевірки підтверджено гіпотезу, що інтеграція знань із математики та спеціальних дисциплін на базі інформаційних технологій сприяє підвищенню якості професійної підготовки майбутніх радіотехніків за умов формування у них узагальнених прикладних математичних знань, навичок застосовувати математичні прийоми і методи з урахуванням їх професійної значущості, використання пакетів комп'ютерних програм під час розв'язування завдань професійного спрямування на заняттях із математики та спеціальних дисциплін.

Аналіз результатів проведеного педагогічного дослідження дав змогу виявити позитивні якісні зміни у параметрах як спеціальних, так і математичних знань, на які впливали варіативні чинники навчання математики. Зросла доступність змісту спеціальних дисциплін, яка забезпечувалася тим, що складні у професійному контексті знання були спрощені завдяки використанню пакетів комп'ютерної математики. Цей фактор особливо важливий у професійній підготовці саме фахівців радіотехнічного профілю.

Виконуючи завдання зі спеціальних дисциплін, студенти експериментальних груп давали повні відповіді, використовуючи при цьому знання і вміння, здобуті під час вивчення математики. При цьому вони виявляли глибше розуміння суті спеціальних знань і вміли застосувати їх у практичних ситуаціях.

5. На основі теоретичних та експериментальних результатів дослідження розроблено і впроваджено методичні рекомендації щодо інтегрованого вивчення математики та спеціальних дисциплін у підготовці радіотехніків на базі інформаційних технологій в умовах технічних коледжів і дидактичні матеріали для викладачів математики, спеціальних дисциплін і студентів, зокрема: методичний посібник “Інтеграція знань з математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків”, серію методичних рекомендацій “Математика в радіотехніці”, методичні вказівки та завдання для проведення практичних робіт із математики та ін. Розроблені дидактичні матеріали спрямовані на підвищення якості підготовки майбутніх радіотехніків на основі формування цілісної системи професійно значущих прикладних математичних знань, умінь і навичок, що зумовлює скорочення періоду адаптації молодих фахівців до умов сучасного виробництва.

Аналіз результатів дослідження дає змогу стверджувати, що реалізація дидактичних умов інтеграції математичних і спеціальних дисциплін у процесі підготовки фахівців-радіотехніків забезпечує підвищення рівня їхніх професійних умінь і навичок. Одержані результати можна розглядати як наслідок упровадження методики використання пакетів прикладних програм під час вивчення інтегрованих знань із математики та спеціальних дисциплін у підготовці радіотехніків. Поширення пропонованої нами методики на ширше коло студентів, її реалізація у навчальному процесі вищих навчальних закладів І-ІІ рівнів акредитації підтвердили висунуту гіпотезу, реальність даних експериментального навчання, надійність результатів проведеного дослідження, що свідчить про розв'язання основних завдань дослідження.

Теоретичні та практичні результати дослідження можуть бути використані: науково-методичними підрозділами Міністерства освіти і науки України під час розробки нормативних документів щодо математичної підготовки майбутніх радіотехніків у професійно-технічних навчальних закладах і вищих навчальних закладах І-ІІ рівнів акредитації, зокрема розробці інтегрованих програм ступеневої підготовки; Інститутами післядипломної педагогічної освіти у підвищенні кваліфікації викладачів математики; цикловими комісіями навчальних закладів, які здійснюють підготовку фахівців радіотехнічного профілю під час складання інтегрованих навчальних планів і програм; викладачами математичних дисциплін у процесі розробки дидактичних матеріалів професійного спрямування з використанням комп'ютерних технологій.

Здійснене дослідження, певна річ, не вичерпує всіх аспектів проблеми інтеграції математичних і спеціальних знань майбутніх радіотехніків. Подальших досліджень потребують: концептуальне обґрунтування систем прикладного математичного забезпечення у підготовці майбутніх радіотехніків та моніторинг якості професійної підготовки фахівців радіотехнічного профілю.

Література

1. Васіна Л. С. Інтеграція знань з математики та спеціальних дисциплін у підготовці майбутніх радіотехніків: Методичний посібник. - Львів: ВМС, 2005. - 48 с.

2. Васіна Л. С., Данчишин І. П. Математика на відмінно: Посібник з математики для абітурієнтів. - Львів: Сполом, 2004. - 134 с.

Методичні рекомендації та навчально-методичні матеріали

3. Васіна Л. С. Гармонічні коливання: Методичні рекомендації та завдання для самостійної роботи студентів радіотехнічних спеціальностей (з використанням ППМП Maple). - Львів: Технічний коледж НУ “Львівська політехніка”, 2004. - 22 с. - (Серія методичних рекомендацій “Математика в радіотехніці”: Вип. 3).

4. Васіна Л. С. Диференціал функції та його застосування до наближених обчислень. Похідні та диференціали вищих порядків: Методичні вказівки та завдання для самостійної роботи студентів електро- та радіотехнічних спеціальностей. - Львів: ЛТК, 2002. - 27 с.

5. Васіна Л. С. Диференціальні рівняння в задачах з радіотехніки: Методика використання ППМП MathCAD при розв'язуванні звичайних диференціальних рівнянь та їх систем. - Львів: Технічний коледж НУ “Львівська політехніка”, 2005. - 36 с. - (Серія методичних рекомендацій “Математика в радіотехніці”: Вип. 6).

6. Васіна Л. С. Задачі на оптимум з фізики та радіотехніки: Методичні рекомендації для самостійної роботи студентів. - Львів: ЛТК, 2002. - 15 с.

7. Васіна Л. С. Збірник прикладних задач з вищої математики для студентів радіотехнічних спеціальностей. - Львів: ЛТК, 1999. - 26 с. - (Серія методичних рекомендацій “Математика в радіотехніці”: Вип. 1).

8. Васіна Л. С. Комплексні числа та змінний струм: Методичні вказівки та завдання для самостійної роботи студентів радіотехнічних спеціальностей (з використанням ППМП MathCAD). - Львів: Технічний коледж НУ “Львівська політехніка”, 2004. - 25 с. - (Серія методичних рекомендацій “Математика в радіотехніці”: Вип. 4).

9. Васіна Л. С. Методи обробки експериментальних даних при розв'язуванні задач радіотехніки з використанням ППМП MathCAD: Методичні вказівки та завдання для самостійної роботи студентів радіотехнічних спеціальностей. - Львів: Технічний коледж НУ “Львівська політехніка”, 2005. - 24 с. - (Серія методичних рекомендацій “Математика в радіотехніці”: Вип. 5).

10. Васіна Л. С., Орищин О. Г. Ряди Фур'є. Інтеграл Фур'є: Методичні вказівки та завдання до практичної роботи для студентів радіотехнічних спеціальностей (з використанням ППМП MathCAD). - Львів: ЛТК, 2003. - 27 с. - (Серія методичних рекомендацій “Математика в радіотехніці”: Вип. 2).

Размещено на Allbest.ru