CC BY
1
УДК 378:51
ФОРМИРОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ БУДУЩИХ БАКАЛАВРОВ
ПРИ ИЗУЧЕНИИ МАТЕМАТИКИ
А. В. Шепталенко Научный руководитель - Н. А. Лозовая
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
E-mail: r1o2e3s42001@gmail.com
Работа посвящена вопросам формирования инженерного мышления студентов в процессе изучения математики. Рассмотрены возможности применения задач исследовательской направленности в качестве средства формирования инженерного мышления.
Ключевые слова: мышление, исследовательская деятельность, математическая подготовка, прикладные программы
FORMATION OF THE ENGINEERING THINKING OF FUTURE BACHELORS
IN THE STUDY OF MATHEMATICS
A. V. Sheptalenko Scientific Supervisor - N. A. Lozovaya
Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: r1o2e3s42001@gmail.com
The work is devoted to the formation of engineering thinking of students in the process of studying mathematics. The possibilities of using research-oriented tasks as a means of forming engineering thinking are considered.
Keywords: thinking, research, mathematical training, applied programs.
В настоящее время большое значение отводится подготовке инженерных кадров, что обусловлено модернизацией и развитием производственных отраслей. Повышение качества подготовки выпускников инженерных направлений подготовки во многом зависит от готовности студентов и их настроя на получение профессии.
Цель настоящей работы заключается в обосновании необходимости вовлечения обучающихся в исследовательскую деятельность для формирования инженерного мышления и рассмотрении вариантов его формирования.
Вслед за П. В. Зуевым и Е. С. Кощеевой под инженерным мышлением будем понимать «комплекс интеллектуальных процессов и их результатов, которые обеспечивают решение задач в инженерно-технической деятельности» [1, с. 45].
В структуру инженерного мышления входят следующие типы мышлений: техническое -умение анализировать принцип работы технических объектов в изменяющихся условиях, их состав и структуру; конструктивное - умение сочетать теорию с практикой с целью построения модели решения поставленной проблемы; исследовательское - умение получать результат и делать аргументированные выводы; экономическое - умение презентовать свои возможности и результат своей деятельности [2].
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 3
Формирование инженерного мышления начинается еще в школе, продолжается в вузе, в профессиональной деятельности и зависит от способностей обучающегося и его мотивации. В вузе на формирование инженерного мышления оказывает влияние комплекс дисциплин, в том числе и математика.
Во-первых, математический аппарат является средством для решения задач других дисциплин, в том числе и профессиональных. При решении подобных задач формируются элементы технического, конструктивного и исследовательского мышлений. Во-вторых, задачи прикладной направленности являются исследовательскими по своей сути, при их решении студент выполняет исследование, а значит и формируется исследовательское мышление. В-третьих, выступая с докладами перед группой, выступая на конференциях студент презентует результаты своей деятельности, т. е. формируется экономическое мышление.
Опираясь на определение инженерного мышления, его структуру и проведенный анализ можно заключить, что вовлечение студентов в исследование посредством решения прикладных, междисциплинарных и профессионально-ориентированных задач [3] является одним из путей формирования инженерного мышления.
При решении подобных задач возникают следующие трудности:
- для решения недостаточно использовать знания только одной дисциплины, необходимо использовать комплекс знаний, их интеграцию, устанавливать междисциплинарные связи;
- требуется поиск дополнительной информации;
- требуется построение математической модели;
- решение представляет собой трудоемкий процесс, зачастую, требуется численное решение;
- сложность в интерпретации результата.
Отчасти устранить перечисленные трудности помогает применение информационно-коммуникационных технологий. Появляется возможность изучения теоретического материала и поиска недостающей информации онлайн; выполнения расчетов, построения графиков и визуализации при помощи прикладных программ. Использование компьютера позволяет экономить время за счет автоматизации вычислений и избавления от рутинных записей. Одну из ключевых проблем - построение математической модели процесса или явление и интерпретации результата частично удается решить средствами визуализации. Накопление опыта составления математических моделей позволит в будущем применить его при проведении профессионального исследования. Начитать накопление опыта нужно с задач, для решения которых требуются знания двух-трех дисциплин, постепенно их усложняя.
Также обратим внимание на возможности пакета МаШсаё, при помощи которого можно выполнить на компьютере разнообразные математические и технические расчеты, преобразования и построения.
Рассмотрим примеры некоторых задач.
Пример 1. При расчете электрических цепей с использованием законов Кирхгофа составляются уравнения токов для независимых узлов, уравнения напряжений и электродвижущей силы для независимых контуров. В результате получается система из нескольких уравнений и нескольких переменных. При расчете цепей синусоидального тока получается система с комплексными значениями [4].
Сформулированные задачи - задачи электротехники, для решения которых нужно применить метод математического моделирования - составить систему уравнений. Решать подобные системы вручную затруднительно, можно использовать возможности пакета МаШсаё и решить задачи за несколько кликов используя встроенную функцию ко1уе.
Пример 2. В механике при задании траектории движения часто встречаются параметрически заданные функции. Попытка исключить параметр приводит к сложным
преобразованиям. Mathcad позволяет за несколько кликов построить график исходной функции. При этом график функции представляет собой траекторию движения точки на плоскости, а вектор скорости направлен по касательной к траектории [5].
Пример 3. Сопротивление на изгиб балки прямоугольного поперечного сечения пропорционально произведению ширины этого сечения на квадрат его высоты. Каковы должны быть размеры сечения балки, вырезанной из круглого бревна определенного диаметра, чтобы балка имела наибольшую прочность [6, с. 71]?
Сформулированная задача - задача профессиональной направленности, для решения которой необходимо применить метод математического моделирования, аппарат дифференциального исчисления и для упрощения вычислений - прикладные компьютерные программы. Решение задачи соответствует этапам исследовательской деятельности.
Итак, решение междисциплинарных задач и задач профессиональной направленности в процессе изучения математики позволяет накопить опыт применения математического аппарата и использования прикладных компьютерных программ при решении нематематических задач. Решение подобных задач связано с моделированием, проведением учебного исследования, получением личностно-значимых результатов и способствует формированию инженерного мышления.
Библиографические ссылки
1. Зуев П. В., Кощеева Е. С. Развитие инженерного мышления учащихся в процессе обучения // Педагогическое образование в России. 2016. № 6. С. 44-49.
2. Мустафина Д. А., Ребро П. В., Рахманкула Г. А. Негативное влияние формализма в знаниях студентов при формировании инженерного мышления // Инженерное образование. 2011. № 7. С. 10-15.
3. Лозовая Н. А. Методическая модель формирования исследовательской деятельности будущих бакалавров в условиях пролонгированного обучения математике // Вестник Красноярского государственного педагогического университета им. В. П. Астафьева. 2017. № 2 (40). С. 85-88.
4. Бабий Т. Я., Балуева Г. К., Стабурова Т. В., Черноусова Н. Г. Высшая математика: учебное пособие к выполнению лабораторных работ для студентов химико-технологических специальностей очной формы обучения. Красноярск: СибГТУ, 2004. 68 с.
5. Бермант А. Ф., Араманович И. Г. Краткий курс математического анализа: учебник для вузов. СПб.: Лань, 2005. 736 с.
6. Михайленко В. М., Антонюк Р. А. Сборник прикладных задач по высшей математике: учебное пособие. Киев: Выща шк., 1990. 167 с.
© Шепталенко А. В., 2020
