CC BY
47
УДК 378.147 ББК 74.4
АКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ОБУЧЕНИЯ В СООТВЕТСТВИИ СО СТАНДАРТАМИ CDIO ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ КУРСА «ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЕ УРАВНЕНИЯ» СРЕДСТВАМИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
I Р.М. Асланов, Е.В. Беляева, С.А. Муханов
Аннотация. В современном образовании все больше внимания уделяется так называемым «мягким умениям» - способностям говорить публично, работать в команде и пр. Одним из направлений модернизации является инициатива CDIO. В статье рассматриваются вопросы проектирования курса «Дифференциальные уравнения» направлений подготовки 050100.62 Педагогическое образование профиля «Математика» и 162700.62 - Эксплуатация аэропортов и обеспечение полетов воздушных судов профиля «.Авиатопливное обеспечение воздушных перевозок и авиационных работ» в соответствии с принципами CDIO. Рассматривается соответствие компетенций ФГОС и CDIO Syllabus (Версия 2.0). Большое внимание уделено вопросам проектирования указанного курса с использованием активных методов обучения. Рассматриваются возможные типы лекций, такие как проблемная 76 лекция, лекция-провокация и др., организация семинарских занятий в виде выполнения имитационных упражнений и организация самостоятельной работы студентов с использованием возможностей систем дистанционного обучения.
Ключевые слова: Всемирная инициатива CDIO, методы активного обучения, компетенции, профессиональное образование, информационные технологии.
ACTIVE LEARNING METHODS IN ACCORDANCE WITH THE CDIO STANDARDS IN DESIGNING OF THE COURSE "DIFFERENTIAL EQUATIONS" BY MEANS OF INFORMATION TECHNOLOGY
I R.M. Aslanov, E.V. Belyaeva, S.A. Mukhanov
Abstract. Modern education focuses great attention on the so-called "soft skills" - the ability to speak in public, team-work and so on. CDIO is one of the innovative educational initiatives. The article deals with the projection of the course 'Differential Equations" specialty 050100.62 Pedagogical education of the profile 'Mathematics" and 162700.62 Operation of the airports and providing flights of aircrafts of the "Aviafuel Ensuring Air Transport and Aviation Works" profile according to the principles of CDIO. Correspondence between Federal state educational standards and CDIO Syllabus (Version 2.0) is considered. Special attention is given to active learning methods in this course. The author considers the possible types of lectures, such as problem lectures, lecture-provocation, and so on, organization of seminars in the form of simulation exercises and students homework with the use of Distant Learning System.
Keywords: Worldwide initiative of CDIO, active learning methods, competences, professional education, information technologies.
На современном этапе развития общества возрастает внимание во всем мире к качеству высшего образования. При этом все больше внимания уделяется так называемым «мягким умениям» — способностям говорить публично, работать в команде, адаптироваться к непредвиденным событиям, особенно с учетом требований работодателей. Эти же компетенции присутствуют и в стандартах ФГОС и ФГОС (плюс).
В октябре 2014 г. аналитический центр World Innovation Summit for Education (Wise) провел исследование о том, каким будет образование будущего. В результате опроса 645 экспертов были сделаны, в том числе, следующие выводы:
• главная миссия учителя будет состоять в том, чтобы направлять
ученика в ходе самостоятельного обучения, то есть учитель из транслятора знаний становится своего рода тьютором;
• личные и практические умения будут цениться выше, чем академические познания;
• учебная программа будет персонализирована в соответствии с потребностями каждого ученика [1].
В настоящее время на базе ряда технических университетов реализуется крупный международный проект по подготовке специалистов к комплексной инженерной деятельности: "Conceive — Design — Implement — Operate" (CDIO). Название проекта складывается из 4 шагов, выделенных в динамике реальных процессов производства и систем: «Задумай — Проектируй — Внедряй — Управляй».
77
Официально сообщество CDIO появилось в 2000 г., благодаря сотрудничеству Массачусетского технологического университета с тремя шведскими университетами — Технологическим университетом Чалмер-са, Линкёпингским университетом и Королевским технологическим институтом. На сегодняшний день CDIO охвачены более 100 вузов по всему миру, в том числе университеты Лидса и Бристоля (Великобритания), Калифорнийский и Стенфорд-ский университеты (США) и др. Среди российских вузов пионерами стали Томский политехнический университет, Астраханский государственный университет, Московский авиационный институт. В 2013 г. Агентство стратегических инициатив приступило к внедрению концепции CDIO во всей отечественной системе образования. В настоящее время данная концепция внедряется в Ульяновском авиационном училище гражданской авиации (институте).
В январе 2004 г. в рамках инициативы CDIO были приняты 12 стан-78 дартов для описания программ CDIO. В этих стандартах были определены специальные требования к программам CDIO, которые могут выступать руководством для реформирования и оценки образовательных программ, создавать условия для бенчмаркин-га и задавать цели в международном контексте, служить отправной точкой для непрерывного улучшения.
В 12 стандартах CDIO раскрывается философия программы (Стандарт 1), разработка учебных планов (Стандарты 2, 3 и 4), реализация проектной деятельности и требования к рабочему пространству (Стандарты 5 и 6), методы преподавания и обучения
(Стандарты 7 и 8), повышение квалификации преподавателей (Стандарты 9 и 10), а также оценка результатов обучения и программы в целом (Стандарты 11 и 12) [2].
Всемирная инициатива "CDIO" была принята первоначально вузами инженерных направлений. Однако она оказалась эффективной и для современных университетов в целом. Применение этой модели обучения предполагает, что существенное место отводится участию студентов в производственном процессе, а также созданию ими новых идей, продуктов и систем — от оригинальной задумки до управления своим проектом. Профессор А.Г. Бермус пишет: «Несмотря на очевидные различия инженерной и педагогической профессии, разработка и реализация CDIO имеют примерно тот же смысл, который заложен в ФГОС и документах по развитию педагогического образования: переход к прак-тико-ориентированной подготовке в соответствующей области профессиональной деятельности, обеспечивающей совместную реализацию компетентностного, интегративного и проектного подходов. При этом одновременно решается проблема дифференциации академического и прикладного профилей внутри каждой из программ. Ключевым здесь оказывается не тот или иной набор компетенций (которые могут быть общими для разных профилей и направлений), но целостный образ будущей профессиональной деятельности: ее объекта, сферы, условий осуществления, профессионально значимых требований к личности и пр.» [3].
Таким образом, реализация инициативы CDIO эффективна не только
в технических, но и в педагогических вузах. Рассмотрим вопросы проектирования курса «Дифференциальные уравнения» с применением информационных технологий направлений подготовки 050100.62 Педагогическое образование и 162700.62 - Эксплуатация аэропортов и обеспечение полетов воздушных судов с учетом реализации стандарта 8 CDIO: Активные методы обучения.
Хочется отметить, что компетенции, задаваемые ФГОС и CDIO Syllabus, не являются взаимоисклюа чающими. Приведем пример (см. табл.) соответствия некоторых компетенций для рассматриваемого нами курса «Дифференциальные уравнения» педагогического и технического (авиационного) направлений подготовки с учетом средств формирования этих компетенций (в качестве примера и сравнения возможности использования в различных направлениях подготовки рассмотрим только некоторые компетенции в указанных выше направлениях, выделяемые для рассматриваемого курса и записанные во ФГОС).
Рассматриваемый нами стандарт 8 CDIO требует ведения обучения, основанного на активном практическом подходе. Под активным обучением понимается «организация и ведение образовательного процесса, которые направлены на всемирную активизацию учебно-познавательной деятельности обучающихся посредством широкого, желательно комплексного, использования как дидактических, так и организационно-управленческих средств и методов активизации» (В.Н. Кругликов), а также такое обучение при котором «обучаемый вынужден быть
активным независимо от его желания достаточно длительное время» (М. Новик) [4].
В рассматриваемом стандарте, относительно проведения аудиторных занятий записано, что «активное обучение в рамках лекционных курсов может принимать форму группового обсуждения задач, презентаций в аудитории, активных семинарских обсуждений, совместном решении концептуальных вопросов».
При этом можно использовать следующие типы лекций:
• Проблемная лекция — предполагает представление учебного материала в виде проблемных ситуаций и вовлечение слушателей в совместный анализ, и поиск решений. Применительно к рассматриваемому курсу проблемными лекциями могут быть лекции, связанные с введением самого понятия ДУ и с приложениями ДУ.
• Лекция с запланированными ошибками (лекция-провокация) — после объявления темы лекции преподаватель сообщает, что в ней будет сделано определенное количество (обычно 7-9) ошибок различного типа: содержательные, методические, поведенческие и т.д. Слушатели в конце лекции должны назвать ошибки, вместе с преподавателем или самостоятельно дать правильные версии решения проблем. В рассматриваемом курсе любую лекцию можно сделать лекцией-провокацией. Наиболее простой тип ошибок — содержательные. Здесь можно делать ошибки в выводе решения ДУ или в примерах, например, при получении решения уравнения вида у" = /(у,у) при замене переменной получить, что у" = z', вместо у" = z'• z,
79
Таблица
Соответствие компетенций ФГОС и CDIO Syllabus педагогического и авиационного
направлений подготовки
80
Компетенции по ФГОС CDIO Syllabus (Версия 2.0) Средства формирования компетенций (активные методы обучения)
Общекультурные компетенции
050100.62 Педагогическое образование: ОК-1 владеет культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения 162700.62 - Эксплуатация аэропортов и обеспечение полетов воздушных судов: ОК-30 способность к критическому восприятию информации («критическому мышлению»), ее анализу и синтезу 2.3. Системное мышление 2.3.1. Целостное мышление 2.3.3. Расстановка приоритетов и выделение ключевых факторов 2.4. Позиция, мышление и познание 2.4.2. Настойчивость в достижении цели, изобретательность и гибкость 2.4.3. Креативное мышление 2.4.4. Критическое мышление Лекции, в том числе: ◊ проблемная лекция по теме «Задачи, приводящие к ДУ», ◊ лекция-визуализация по теме «Задача Коши для ДУ 1-го порядка. Теоремы о существовании и единственности решения задачи Коши», ◊ лекция с заранее запланированными ошибками «ЛДУ с постоянными коэффициентами и методы их решения», Консультирование и выполнение самостоятельных работ, Текущий и итоговый контроль
Проф Ьессиональные компетенции
050100.62 Педагогическое образование: ПК-1 способен разрабатывать и реализовывать учебные программы базовых и элективных курсов в различных образовательных учреждениях; 162700.62 - Эксплуатация аэропортов и обеспечение полетов воздушных судов: ПК-3 способен использовать математические, аналитические и численные методы для решения профессиональных задач с использованием готовых программных средств (ПК-3) 162700.62 - Эксплуатация аэропортов и обеспечение полетов воздушных судов: ПК-17 способен использовать языки и системы программирования, инструментальные средства компьютерного моделирования для решения различных исследовательских и производственных задач 4.4. Проектирование 4.4.1. Процесс проектирования (продукции /системы) 4.4.2. Стадии и методы проектирования 4.4.3. Применение знаний при проектировании 4.4.5. Междисципли-ный проект 2.1 Инженерное мышление и способность решать задачи 2.1.1. Обнаружение и формулирование проблемы 2.1.2. Моделирование 2.1.3. Оценка и качественный анализ 2.1.5. Решения и рекомендации Междисциплинарный проблемный семинар по теме «Приложения дифференциаль-ныхуравнений» Выполнение междисциплинарного проекта в группах в системе дистанционного обучения кафедры/факультета Лабораторный проект «Решение дифференциальных уравнений средствами информационных технологий», направленный на активизацию учебно-познавательной деятельности обучающихся. Проект выполняется в компьютерных программах МаШСАЭ (с использованием встроенной функции Odesolve), ЭЛеИ с целью исследования различия методов решения. Анализируются имеющиеся способы решения в данных программах
то есть не заметить, что z — функция переменной у.
• Лекция-визуализация — передача аудиоинформации сопровождается показом различных визуальных, в том числе мультимедийных объектов. На таких лекциях имеет смысл показывать решение ДУ при помощи различных систем компьютерной математики, например, авторами разработана методика обучения решению дифференциальных уравнений с использованием компьютерных программ Dfield, Рр1апе, Odesolve [5].
• Лекция-беседа характеризуется высокой эмоциональностью, вовлечением аудитории в совместное размышление над научными истинами.
Семинарские занятия предлагается также проводить в виде выполнения имитационных упражнений и кейс-технологий (анализ конкретной ситуации), ролевых игр, позволяющих отработать конкретные учебные ситуации и педагогические задачи. Для организации таких занятий предлагаем использовать решение заданий в группах, решение практико-ориен-тированных задач из различных областей деятельности человека, а также использовать различные системы компьютерной математики.
Основным упором при организации самостоятельной работы студентов, на наш взгляд, должна стать индивидуальная и коллективная работа в системе дистанционного обучения (СДО) кафедры/факультета, так как современные системы ДО позволяют организовать эффективные коммуникации участников образовательного процесса, их совместную работу и оценивание, в том числе с
использованием Rash Measurement. Также целесообразно использовать СДО для поддержки проведения групповых семинарских аудиторных занятий, например в качестве инструмента накопления знаний в формате wiki [6; 7].
В заключение отметим, что подготовка студентов педагогических и авиационных направлений подготовки с использованием принципов Всемирной инициативы CDIO представляет собой процесс, направленный на овладение студентами профессиональных компетенций, задаваемых ФГОС, ориентированной на удовлетворение существующих потребностей образовательной системы, а также направленной на совершенствование обучения студентов и их профессиональной подготовке.
Таким образом, использование принципов, заложенных в концепции CDIO, при подготовке бакалавров вышеуказанных направлений подготовки дает возможность по-новому посмотреть на процесс обучения в вузе, прежде всего с позиций прак-тико-ориентированного и проектного подхода, а применение активных методов открывает возможность повысить качество обучения в вузе.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. What will school look like in 2030? [Electronic resource]. - URL: http://cdn.qf. com.qa/app/media/22210 (дата обращения: 21.03.2015).
2. Всемирная инициатива CDIO. Стандарты: информационно-методическое издание [Текст] / пер. с англ. и ред. А.И. Чучалина, Т.С. Петровской, Е.С. Кулюкиной; Томский политехнический университет. -Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - 17 с.
81
ВЕК
REFERENCES
1. Aktivnye i interaktivnye obrazovatelnye tehnologii (formy provedenija zanjatij) v vysshej shkole: uchebnoe posobie, N.Novgorod, 2013, 97 p. (in Russian)
2. Aslanov R.M., Bezruchko A.S., Rol sistem kompjuternoj matematiki na prakticheskih zan-jatijah po differencialnym uravnenijam, Nauka i shkola, 2012, No. 3, pp. 89-93. (in Russian)
3. Belyaeva E.V., "Methodical support of e-learning Learning Management System", in: II International Scientific and Practical Conference (Russia, Ulyanovsk, 16-18 March 2015): collection of scientific papers, Ulyanovsk, 2015, pp. 20-24. (in Russian)
4. Bermus A.G., Pedagogicheskij komponent mnogourovnevogo professionalno orien-tirovannogo universitetskogo obrazovanija, Nepreryvnoe obrazovanie: XXI vek, Petrozavodsk, 2014, No. 1 (5), pp. 60-77. (in Russian)
5. Muhanov S.A., Muhanova A.A., Tehnologija proektirovanija distancionnogo kursa "Dif-ferencialnye uravnenija" s ispolzovaniem LMS Moodle, Nauka i shkola, 2014, No. 2, pp. 28-32. (in Russian)
6. Vsemirnaja iniciativa CDIO. Standarty: in-formacionno-metodicheskoe izdanie, Tomsk, 2011, 17 p. (in Russian)
7. What will school look like in 2030?, available at: http://cdn.qf.com.qa/app/media/222 10 (accessed: 21.03.2015). (in Russian)
82
Асланов Рамиз Муталлим оглы, доктор педагогических наук, профессор, кафедра математического анализа, Московский государственный педагогический университет, [email protected] Aslanov R.M., ScD in Education, Professor, Mathematical Analysis Department, Moscow State Pedagogical University, [email protected]
Беляева Елена Вадимовна, кандидат педагогических наук, доцент, кафедра информатики, Ульяновское высшее авиационное училище гражданской авиации (институт), [email protected] Belyaeva E.V., PhD in Education, Associate Professor, Informatics Department, Ulyanovsk Higher Civil Aviation School (Institute), [email protected]
Муханов Сергей Александрович, кандидат педагогических наук, доцент, кафедра высшей математики, Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ), [email protected]
Mukhanov S.A., PhD in Education, Associate Professor, Higher Mathematics Department, Moscow State Engineering University, [email protected]
3. Бермус, А.Г. Педагогический компонент многоуровневого профессионально ориентированного университетского образования [Текст] / А.Г. Бермус // Непрерывное образование: XXI век. - Петрозаводск, 2014. - Вып. 1 (5). - С. 60-77.
4. Активные и интерактивные образовательные технологии (формы проведения занятий) в высшей школе: учебное пособие [Текст] / сост. Т.Г. Мухина. - Н. Новгород: ННГАСУ, 2013. - 97 с.
5. Асланов, Р.М. Роль систем компьютерной математики на практических занятиях по дифференциальным уравнениям [Текст] / Р.М. Асланов, А.С. Безручко // Наука и школа. - 2012. - № 3. - С. 89-93.
6. Беляева, Е.В. Методическое обеспечение электронного курса в системах управления обучением [Текст] / Е.В. Беляева // II Международная научно-практическая конференция «Электронное обучение в непрерывном образовании 2015» (Россия, Ульяновск, 16-18 марта 2015 г.): сборник научных трудов. - Ульяновск: УлГИУ, 2015. - С. 20-24.
7. Муханов, С.А. Технология проектирования дистанционного курса «Дифференциальные уравнения» с использованием LMS Moodle [Текст] / С.А. Муханов, А.А. Муханова // Наука и школа. - 2014. - № 2. - С. 28-32.
