Теоретические подходы к процессу формирования инженерного мышления у курсантов при изучении математики

В данной статье рассматриваются вопросы формирования инженерного мышления у обучающихся курсантов при изучении математики на основе принципа преемственности и метапредметности, а также модель математических способностей инженера, построенная на основе анализа компонентов инженерного и математического мышления. Проанализированы психологические особенности формирования инженерного мышления через понятие «мышление» и сопутствующие его формы и критерии. Определены основные проблемы и требования к инженерам нового поколения, возникающие в результате формирования и развития инженерного мышления.

Аннотация статьи
модель
мышление
учебный процесс
математика
инженерное мышление
Ключевые слова

«Качество инженерных кадров становится одним из ключевых факторов конкурентоспособности государства и, что принципиально важно, основой для его технологической, экономической независимости» (В. Путин, Заседание Совета по науке и образованию, 23.06.2014 г.)

Достижением науки восхищаемся, но забываем о тех, кто напрямую меняет нашу жизнь – изобретателях и инженерах. Искусство инженера заключается в том, чтобы быть незаметным: обычно мы вспоминаем о нем только тогда, когда что-то сломалось или пошло не так.

Благодаря людям с инженерным мышлением проектируют нашу с вами текущую повседневность.

Рассмотрим несколько понятий мышления. Например, с точки зрения психического развития человека:

  • это процесс моделирования закономерностей окружающего мира, который основывается на аксиоматических положениях. С точки зрения психологии спорные определения мышления – это самый высший этап обработки человеком информации, процесс установления связей между явлениями окружающего мира или между объектами;
  • процесс отражения существенных свойств объектов, связей между свойствами, приводящий к появлению представлений человека об объективной реальности.

И только в патопсихологии и нейропсихологии мышление рассматривается как деятельность человека, у которой имеется мотив, цель, система действий и операций, результат и обязательно контроль. Мышление относится к высшей психической функции, которой обладает человек.

Примем во внимание основные характеристики мышления. Человек с помощью мышления имеет возможность:

  • обобщить отражения реальности;
  • опосредованно познавать объективную реальность [3, с. 298–331];
  • иметь свою личную мысль (субъективность);
  • мыслить произвольно и целенаправленно с обозначение конечной цели;
  • соотнести различные представления и установить определенные правила [1].

Мышление имеет общую классификацию (таблица 1).

Таблица 1

Виды мышления и их характеристика

Виды мышления

Характеристика вида мышления

Возраст человека

Наглядно-действенное

Форма мышления, манипулирующая предметной сферой

От 0 лет до 1,5 лет

Конкретно-предметное

Решаются с помощью существующего, реального объекта

От 1,5 года до 7 лет

Наглядно-образное

Осуществляется при непосредственном восприятии окружающей действительности, образы представляются в кратковременной и оперативной памяти

От 3-летнего до младшего школьного возраста

Абстрактно-логическое

Мышление абстракциями – категориями, которых нет в природе

С 7 лет.

Основные формы и их критерии мышления рассмотрим в таблице 2.

Таблица 2

Основные формы (критерии) мышления и их характеристики

Абстрактно-логическое

Мышление абстракциями –категориями, которых нет в природе

С 7 лет.

Основные формы мышления

Характеристика формы (критерии)мышления

Понятие

Отображённое в мышлении единство существенных свойств, связей и отношений предметов или явлений; мысль (система мыслей), выделяющая и обобщающая предметы некоторого класса по определённым общим и в совокупности специфическим для них признакам.

Суждение

Форма мышления, в которой что-либо утверждается или отрицается о предмете, его свойствах или отношениях между предметами.

Умозаключение

Вывод.

Ученые Г.Л.Ф. Гельмгольц и А. Пуанкаре определили четыре стадии творческого мышления: подготовка, созревание, озарение и проверка истинности.

Основными операциями мышления являются:

  • сравнение;
  • анализ;
  • синтез;
  • абстракция;
  • конкретизация;
  • индукция;
  • дедукция;
  • классификация;
  • обобщение.

Методически грамотный педагог должен учитывать в своей деятельности все возможности (способности, умения и навыки) обучающихся и те, в том числе, которые в процессе взросления и обучения до военного вуза курсанты приобрели и развили. Таким образом, курсанты по возрасту и уровню обучения должны иметь все виды мышления (наглядно-действенное, конкретно-предметное, наглядно-образное и абстрактно-логическое). Каждый обучающийся курсант мыслит и использует в своем мышлении и понятия, и суждения, и умозаключения.

Над понятием «мышление» является понятие «Инженерное мышление», которое изучается многими техническими и гуманитарными науками, в том числе изучается педагогикой, психологией, математикой, физикой. Открываются на основе исследований инженерные школы по формированию и развитию у школьников разных возрастов инженерного мышления, например, в г. Екатеринбург Уральская инженерная школа и Екатеринбургская инженерная школа.

Проанализируем понятие «инженерное мышление» как особый вид мышления, который формируется и проявляется при решении инженерных задач, позволяющих быстро, точно и оригинально решать поставленные задачи, направленные на удовлетворение технических потребностей в знаниях, способах, приемах, с целью создания технических средств и организации технологий.

Инженерным мышлением авторы [1] называют вид познавательной деятельности, направленной на исследование, создание и эксплуатацию новой высокопроизводительной и надежной техники, прогрессивной технологии, автоматизации и механизации производства, повышение качества продукции. Главное в инженерном мышлении – решение конкретных, выдвигаемых производством задач с помощью технических средств для достижения наиболее эффективного и качественного результата.

Авторы интернет-источников на основе обзора инженерных задач делают выводы, что развить инженерное мышление у обучающегося возможно, если он будет иметь: логическое мышление на высоком уровне, способность к творческому осмыслению полученных знаний, владение методикой технического творчества.

Инженерное мышление должно опираться на хорошо развитую творческую фантазию и включать различные виды мышления: логическое, творческое, наглядно-образное, практическое, теоретическое, техническое, пространственное и др.

Рассмотрим виды инженерного мышления и их характеристики в таблице 3.

Таблица 3

Виды инженерного мышления и их характеристики

Структура инженерного мышления

Виды мышления

Характеристика видов мышления

Техническое

Умение анализировать устройство и принцип работы технических объектов

Конструктивное

Умение строить модели решения поставленной проблемы и задачи

Исследовательское

Определение новизны в задаче, умение сопоставить с известными классами задач, умение аргументировать свои действия, полученные результаты и делать выводы

Экономическое

Рефлексия качества процесса и результата действия

Конвергентное продуцирование

(от лат. соnvergere сходиться) основано на стратегии точного использования предварительно усвоенных алгоритмов решения определенной задачи, то есть когда дана инструкция по последовательности и содержанию элементарных операций по решению этой задачи.

Для актуализации конвергентного мышления требуются задачи, которые имеют один единственный правильный ответ.

Дивергентное продуцирование

Метод творческого мышления, применяемый обычно для решения проблем и задач (от лат. divergere – расходиться). Дивергентное мышление опирается на воображение. Оно предполагает, что на один вопрос может быть несколько ответов, что и является условием порождения оригинальных идей.

Перечисленные виды инженерного мышления подтверждают важную роль изучения дисциплины Математика. Во-первых, в профессии инженер приходится проводить математические расчеты; во-вторых, выполнение математических операций является мощным толчком для развития личностных качеств и качеств мышления, которые составляют культуру инженерного мышления. Кроме того, математика выступает и как часть общей методики решения инженерных задач, соединяющей теорию с практикой и задающей формы и способы мыслительных операций [3]. Модель математических способностей обучающегося можно определить как систему определенных качеств мышления, которые обеспечивают благополучное освоение математики, необходимой для инженерной деятельности [2]. Модель математических способностей инженера состоит из следующих компонентов:

  • способность к формализованному восприятию математического материала;
  • логичность математического мышления;
  • способность к обобщению математического материала;
  • способность к свертыванию математического рассуждения;
  • обратимость и гибкость математического мышления;
  • рациональность математического мышления;
  • способность оперировать математической символикой и речью на математическом языке;
  • когнитивная память (память на идею и алгоритм решения);
  • креативность и пространственное мышление;
  • вычислительные способности;
  • инженерно-математическая интуиция.

Данная модель приобретает практическую ценность только в тех аспектах возможностей, которые предоставляет современный уровень методической науки для реализации построенной модели в процессе обучения. Формирование и развитие вышеуказанных способностей рекомендуем осуществлять через использование специально предназначенных циклов - наборов задач, ориентированных на развитие и формирование каждого из вышеперечисленных компонентов данной модели.

Именно занятия математикой побуждают к творческой деятельности и развивают: аналитическое и логическое мышление; пространственное представление и воображение; алгоритмическую культуру; умения устанавливать причинно-следственные связи; умения обосновывать утверждения; умения моделировать ситуации; интеллектуальные способности и др.

Однако, для того, чтобы у курсантов на занятиях по дисциплине Математика формировались основы инженерного мышления, необходима серьезная фундаментальная школьная математическая подготовка, а именно, достаточный уровень: мотивации и познавательного интереса к изучению математики; навыка работы с теоретическим материалом; навыка математического моделирования (т. е. навыков построения и исследования математических моделей);понимания вычислительного и геометрического материала; самостоятельной организации и планирования самостоятельной работы. Иначе, что чаще всего наблюдается на занятиях, затрачивание достаточно большого времени на подтягивание обучающихся до обязательного уровня математических знаний. В таком случае про формирование и развитие инженерного мышления только остается мечтать.

Еще одной из проблем является отсутствие преемственности в передаче кафедр, отвечающих за инженерную подготовку курсантов необходимого круга задач для рассмотрения их на занятиях по дисциплине Математика. Либо это такие задачи, на решение которых нужно выделять времени больше, чем одно занятие и математическая подготовка курсантов должна быть выше, чем она имеется на самом деле.

Современное развитие общества диктует требования к инженерам нового поколения следующего порядка: визуализировать и воплощать структуры с помощью сочетания правил, моделей и интуиции; опираться на новейшие достижения в различных областях науки; практически использовать новые знания и навыки в процессе модульного конструирования и проектирования; умение работать во временных разновозрастных творческих коллективах совместно со специалистами различных направлений; умение самостоятельно вести информационный поиск для получения необходимых или недостающих сведений и знаний; не догонять, а идти на опережение.

Достижение цели формирования и развития инженерного мышления курсантов в процессе изучения математики возможно обеспечить за счет решения следующих задач: 1) формирование у обучающихся осознанного стремления к получению образования по инженерной специальности; 2) создание условий для получения обучающимися качественного образования.

Таким образом, для повышения качества математического образования будущего инженера важно целенаправленное формирование и развитие спланированных компонентов модели математических способностей, что реализуемо посредством включения их в процесс обучения.

Текст статьи
  1. Комиссарова Т.Ф. «Формирование инженерного мышления на уроках математики» Образовательный портал, электронный журнал для учителей: https://portalpedagoga.ru/servisy/publik/publ?id=35013 (Дата обращения: 15.05.2021)
  2. Крутецкий В.А. Психология математических способностей школьников / В.А. Крутецкий; под ред. Н.И. Чуприковой. - М.: Институт практической психологии, 1998.- 416с.
  3. Маклаков А.Г. Мышление // Общая психология. - Санкт-Петербург: Питер, 2001. - 592 с.
Список литературы