Interactive methods of mathematics teaching in technical universities: the educational and upbrbringing aspects

Full Text

Введение В сегодняшних условиях макроэкономической неопределенности в Рос- сии все большие требования предъявляются к образованию и воспитанию но- вого поколения квалифицированных специалистов различных отраслей зна- ний, уровней подготовки и компетентности, т. к. процесс обучения и даль- нейшее профессиональное развитие современных выпускников должны осу- ществляться с учетом «глобальных вызовов». В этом смысле необходимость участия России в процессах глобализации экономики знаний и рынка труда потребовала определенной политики нашего государства, в частности мини- стерства образования, справедливо направленной на введение новых поколе- ний федеральных государственных образовательных стандартов (ФГОС), учитывающих рекомендации Болонского процесса в построении единого об- разовательного пространства. Известно, что современные ФГОС кроме тра- диционных часов лекционных, практических занятий и самостоятельной ра- боты студентов включают часы интерактивного обучения. Вопросам интер- активного обучения, в том числе проектным и кейс-методам, креативным за- даниям, деловым играм, применению информационно-коммуникационных технологий и пр., посвящены работы А.Е. Астафьевой, С.Л. Буковского, С.М. Кащука, А.Е. Маланхановой, D.J. Genesi, S. Kennewell, M. Knoll, I.M. Macedo, M.W. Firmin и многих других авторов. Преподавание математики даже в технических вузах сопряжено с недоста- точной мотивацией студентов к изучению базовых дисциплин начальных кур- сов, а также их низкой вовлеченностью в процесс освоения материала. В этой связи используются интерактивные методы обучения математике, охарактери- зованные в работах Т.А. Воронько, Е.А. Власовой, С.Н. Дворякиной, Ж.И. Зайцевой, С.Я. Пирметовой, M. Deivam, G.G. Golji, P.C. Nicolete, Pachemska, A. Stoica и других авторов, способствующие активизации по- знавательной деятельности обучаемых. Однако существующие исследования направлены преимущественно на методологию использования интерактивных методов в образовательном процессе. Выявлена недостаточность исследований, направленных на обобщение результатов интерактивного обучения математике. Соответственно, актуальными являются исследования, направленные на выявление наиболее предпочтительных к внедрению в процессе преподава- ния математики интерактивных методов для повышения эффективности об- разовательного и воспитательного процесса. Целью исследования является систематизация представлений об интерактивных методах, в частности обу- чения математике, способствующих повышению качества образования и вос- питания студентов. Обзор литературы Необходимо отметить, что преподаватель сегодня всецело вовлечен в процесс продолжающегося построения новой системы образования, осно- ванной на развитии определенных компетенций с учетом современной реаль- ности, насыщенной стремительно развивающимися образовательными техно- логиями. В педагогической деятельности современного преподавателя мате- матики традиционная для прошлого столетия коммуникативная методика преподавания существенно дополнена интерактивными методами, ориенти- рованными на построение взаимодействия педагога и обучающихся, а также студентов между собой [22]. Следует использовать не только образовательные, но и воспитательные ресурсы интерактивного обучения, где воспитание возможно за счет целена- правленного формирования личных качеств [25] через развитие самостоя- тельного творческого, креативного и критического мышления. Так, С.Л. Бу- ковский указывает на необходимость внедрения креативных технологий, ме- тодов и приемов, развивающих критическое мышление, воображение и кон- курентную активность у студентов [24]. А.Е. Маланханова систематизирует информацию о возможностях исполь- зования таких интерактивных технологий, как блоги, чаты, подкасты и WiKi- технологии для повышения мотивации слушателей [28]. С.М. Кащук пред- ставлены преимущества платформы Веб 2.0, а также результаты выполнения студентами ряда сетевых проектов [27], обеспечивших эффективные комму- никационные взаимодействия обучающихся. Интерактивные методы пер- спективны в проблемно-ориентированном обучении, подробно изученном в ранних исследованиях авторов данной статьи [29-31]. Ряд исследователей связывает интерактивные методы с использованием информационно-коммуникационных технологий и прикладных программных продуктов в обучении. Так, исследования Ж.И. Зайцевой на основании педа- гогического эксперимента подтвердили эффективность пакета Mathematica в усвоении материала студентами технических специальностей [26]. M. Deivam исследовано положительное восприятие обучаемыми онлайн- инструмента Scribblar для обучения математике [5]. Однако следует соблю- дать принципы взаимодействия, отличающие интерактивные методы, так, чтобы при использовании программных продуктов обучаемыми осуществ- лялся поиск, накопление и обмен знаниями для формирования личности, творческого потенциала и способностей студента. Отдельная группа исследований посвящена внедрению интерактивных досок в процесс обучения математике, способствующих системной организа- ции и визуализации изучаемого материала. Интерактивная доска эффективна в привлечении и удержании внимания студентов за счет возможностей ис- пользования звуковых, визуальных образов и анимации, а также техники «раскрываемых блоков», когда обучаемые находятся в режиме ожидания по- следовательно раскрывающейся информации [6, 8]. Ряд авторов опирается на «единую теорию принятия и использования технологии» (UTAUT) в исследовании поведенческих намерений и привычек, формируемых с применением информационно-коммуникационных техноло- гий, в частности интерактивных досок [11, 18, 19]. Также известна когнитивно-аффективно-нормативная (CAN) модель, со- гласно которой эффективность интерактивных образовательных методов и технологий зависит от познавательных переменных: воспринимаемой полез- ности и воспринимаемой простоты использования; нормативных перемен- ных: субъективных и социальных норм; эмоциональных переменных: поло- жительных и негативных эмоций, чувства тревоги, ответственности и пр. [3]. Перспективы интерактивного взаимодействия на занятиях по математике с применением STEM-технологий (наука - технология - инжиниринг - мате- матика) показаны в исследованиях P.C. Nicolete с соавторами, где отмечается, что данные технологии способствуют развитию практико-ориентированного изобретательского мышления [13]. Ряд исследователей подчеркивает, что совместное использование интер- активных досок и платформы Web 2.0 создает возможности взаимодействия преподавателя и студента в интерактивной цифровой среде, однако данные инструменты действительно должны использоваться для взаимодействия, а не для односторонней коммуникации со стороны преподавателя [15]. Применение игровых практик в рамках интерактивных методов также требует непрерывного профессионального развития преподавателей [20]. Вы- сокую профессиональную значимость имеет систематизация опыта различ- ных преподавателей математики по использованию интерактивных методов, представленная фондом Erasmus. В аналитическом отчете фонда обобщены примеры кейс-технологий, про- ектных заданий, групповых дискуссий и дебатов, метода мозаики (решение отдельных подзадач малыми группами, в рамках общей задачи), мозгового штурма, метода сочинения историй, игровых технологий, метода переверну- той аудитории (от англ. flipped classroom), а также различных программных продуктов и электронного обучения [2]. Данные методы способствуют не только повышению успеваемости, но и развитию сплоченности, взаимного уважения, терпимости к ошибкам и разнородным мнениям, стремления к ре- зультату, взаимовыручки и пр. Материалы и методы В исследовании использовались метод проекта и метод перевернутого класса. Предложен электронный курс раздела математики «Математический анализ» и проведено анкетирование студентов 1-го и 2-го курсов для анализа эффективности использования электронного курса в учебном процессе. Одним из распространенных способов интерактивного взаимодействия яв- ляется метод проекта (проектный подход), когда обучаемые взаимодействуют для решения поставленных задач в течение заданного периода времени, инди- видуально или группами, что способствует развитию внутренней мотивации, независимого мышления, самооценки и социальной ответственности [10, 23]. Опишем наш опыт внедрения метода проектов в преподавание курса ма- тематики «Математический анализ» и результаты педагогического экспери- мента. В контрольной группе обучаемых производилось традиционное изу- чение теории и решение математических заданий, в экспериментальной груп- пе изучение той же темы происходило в рамках «математического проекта». Сформированные в экспериментальной группе малые подгруппы продемон- стрировали положительную групповую динамику, сплоченность с одновре- менным стимулированием развития таких личных качеств, как лидерство, умение работать в команде, умение слушать, умение вести дискуссию, сдер- живая эмоции, умение ставить цели, планировать время и принимать ответ- ственность за решения. Развитие данных качеств экспериментально подтвердило воспитательный аспект интерактивного обучения. Кроме того, по результатам итогового тести- рования уровень образования в экспериментальной группе оказался значительно выше, чем в контрольной, что доказало эффективность групповой работы [16]. Одновременно следует учитывать, что использование проектных методов требу- ет знаний принципов проектной деятельности и командообразования, а также высокой мотивации со стороны преподавателя, детального представления плана проекта и критериев оценивания результатов работ [21], что может потребовать предварительного обучения преподавателя разработке проектов [9]. Так, в ходе педагогического эксперимента, аналогичного охарактеризо- ванному выше, обнаружено, что успеваемость по математике в группе обу- чающихся с применением проектно-деятельностного подхода выросла, а мо- тивация к дальнейшей аналогичной работе снизилась [4]. Это, вероятно, сви- детельствует о недостаточности педагогических усилий по снижению меж- личностной напряженности в группе для достижения синергетического эф- фекта от работы в команде [7], а также может быть обусловлено отсутствием необходимого для воспитания элемента игры, способствующего повышению уверенности, мотивации и эффективности обучения студентов [17]. Указанный в представленном выше перечне «метод перевернутой ауди- тории» внедрен в преподавание математического анализа для студентов 1-го и 2-го курсов и предполагает изучение студентом части материала в рамках самостоятельной работы. Видеоматериалы для предварительного изучения предоставляются преподавателем и выкладываются через систему электрон- ного обучения [1]. Студент, получивший задание, выступает на занятии в роли преподавате- ля, объясняя материал по примеру просмотренной видеолекции. «Студент- преподаватель» предлагает способы решения задач, распределяя их в малых группах. Вопросы и уточнения со стороны студентов приветствуются. Зада- ния в малых группах и способы их выполнения меняются так, чтобы каждый обучаемый получил навык и усвоил алгоритм решения заданий всеми спосо- бами [14]. Роль преподавателя состоит в том, чтобы «координировать сбоку», а не быть «мудрецом на сцене». Воспитательный аспект в данном случае заклю- чается в том, что «студент-преподаватель» развивает ораторские навыки, преодолевает стеснение перед публичными выступлениями, формирует от- ветственное отношение к подаваемому материалу и слушателям. Остальные студенты формируют уважительное отношение к роли преподавателя. Посте- пенно все студенты пробуют себя в статусе «студента-преподавателя» в дру- гих темах математического анализа [12]. Результаты исследования В задачи исследования входило анкетирование студентов 1-го и 2-го кур- сов очной формы обучения и преподавателей СамГТУ для анализа эффектив- ности использования электронного курса в учебном процессе. В опросе при- няли участие 187 студентов университета очной формы обучения и 67 препо- давателей ИАиИТ СамГТУ (табл. 1). Участники опроса Таблица 1 Контингент опрошенных Количество анкет Преподаватели 67 Студенты 1-го курса 129 Студенты 2-го курса 58 Всего: 254 Полученные результаты представлены в виде суммарных показателей (см. рисунок). image Анализ использования электронного учебного курса «Математический анализ» в процессе обучения (опрос студентов и преподавателей) Анализ данных позволяет утверждать, что опрошенные студенты, как и преподаватели университета, считают использование электронного курса в учебном процессе однозначно эффективным. Подавляющее большинство студен- тов уверены, что электронный курс обеспечивает доступ к учебным материалам и заданиям в режиме 24/7, предоставляет возможность гибкого графика обучения (88,4 и 71,6 % соответственно). Более половины участников исследования также от- мечают преимущество использования электронного курса как для обратной связи между преподавателем и студентами, так и для развития навыков самоорганиза- ции (65,1 и 64,2 % соответственно). Показатели мотивации студентов и их вовле- ченности в учебный процесс (43,1 %) оказались ниже ожидаемых преподавателями (62,3 %). Следует отметить, что преподаватели, участвующие в аналогичном иссле- довании, в целом дают более высокую оценку эффективности использования элек- тронного курса в учебном процессе. В табл. 2 представлены полученные данные в зависимости от курса обучения. Таблица 2 Анализ использования электронного курса «Математический анализ» в учебном процессе студентов (по курсам, %) Курс Анализ использования электронного курса в учебном процессе студентов Доступ к материалам и заданиям в режиме 24/7 Обратная связь между препо- давателем и студентами Возможность получения консультаций Мотивация студентов и их вовлечен- ность в учебный процесс Развитие навыков самоорганизации Возможность гибкого графика обучения 1 93,7 69,6 63,9 48,7 68,7 79,7 2 83,2 60,6 46,7 37,5 59,6 63,5 Итого: 88,4 65,1 55,3 43,1 64,2 71,6 В ходе исследования обнаружена заинтересованность в использовании элек- тронного курса у студентов первого года обучения. Выводы: в результате исследования выявлено, что большинство опрошенных студентов расположены обучаться (или обучаются) с использованием электронных курсов; полученные данные позволяют утверждать, что студенты считают использова- ние электронного курса в учебном процессе однозначно эффективным. Следует констатировать положительное отношение опрошенных студентов оч- ной формы обучения и преподавателей к использованию электронных курсов. По их мнению, использование технологий электронного обучения в вузе по очной форме обучения позволяет использовать современные учебные ресурсы и соответствует современным моделям коммуникации и работы с информацией. При этом выявлено, что значительное большинство респондентов готовы обучаться (или уже обучаются) с использованием электронных курсов и считают использование электронного курса в учебном процессе однозначно эффективным. Обсуждение и заключение Таким образом, интерактивные методы в обучении математике студентов технических вузов способствуют повышению успеваемости, вовлеченности, мо- тивации, удовлетворенности процессом обучения, что улучшает качество обра- зовательной составляющей учебного процесса. Выступая не пассивным слуша- телем, а активным участником образовательного процесса, студент легче усваи- вает профессиональную терминологию и алгоритмы решения заданий. В воспитательном смысле взаимодействие с помощью технологий, мето- дов и инструментов интерактивного обучения позволяет развивать личные качества студентов, такие как умение работать в команде и стрессоустойчи- вость, способствуют снижению уровня конфликтности. В рамках отдельных интерактивных методов студент одновременно развивает и лидерские каче- ства руководителя, и ответственность исполнителя, приучаясь к планирова- нию этапов выполнения творческого задания. Кроме того, стимулируется творческое, креативное и критическое мышление, активизируется эмоцио- нальный отклик, способность к конструктивным дискуссиям и пр. Систематизированные в данной статье научные изыскания различных ав- торов по проблеме интерактивного обучения математике будут служить ос- новой для формирования комплекса наиболее эффективных интерактивных методов, критериев оценки образовательных и воспитательных результатов такого обучения и постановки педагогического эксперимента.

About the authors

Elena N. Nikolaeva

Samara State Technical University

Email: nikol867@mail.ru
Senior Lecturer of Higher Mathematics Department. 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

Irina P. Egorova

Samara State Technical University

Email: ira.egorova81@yandex.ru
Cand. Phys.-Math. Sci., Associate Professor of Higher Mathematics Department. 244, Molodogvardeyskaya st., Samara, 443100, Russian Federation

References

Supplementary files