Формирование алгоритмической компетентности студентов – будущих ИКТ-специалистов в системе среднего профессионального образования в процессе обучения математике

Актуальность исследования. Модернизация современного производства и
внедрение передовых технологий определяют требования к повышению качества
подготовки выпускников системы среднего профессионального образования
(СПО), включающей колледжи и техникумы. В прогнозе долгосрочного
социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2030
года отмечено, что модернизация системы образования как основы
экономического роста и социального развития общества является необходимым
условием формирования инновационной экономики. Стратегическая цель
государственной политики в области образования – повышение доступности
качественного образования, соответствующего требованиям инновационного
развития экономики, современным потребностям общества и каждого
гражданина.
Последние годы качество образования определяется в соответствии с
компетентностным подходом через сформированность компетенций,
соответствующих специальности или направлению подготовки. Основная идея
компетентностного подхода заключается в усилении практико-профессиональной
направленности образования, что определяет новые цели профессионального
образования и требования к уровню подготовки будущих специалистов.
Основные положения компетентностного подхода и пути реализации в
процессе обучения представлены в работах В.А. Болотова, А.А. Вербицкого,
Э.Ф. Зеера, И.А. Зимней, Е.А. Климова, Н.В. Кузьминой, В.С. Леднева,
М.В. Носкова, В.В. Серикова, В.А. Сластенина, В.В. Рябова, А.В. Хуторского,
В.А. Шершневой и др. Проблемам формирования профессиональных
компетенций (в том числе ИКТ-компетенций) в системе начального и среднего
профессионального образования посвящены исследования М.П. Лапчика,
М.И. Рагулиной, Е.А. Климова, В.А. Сластенина, Ю.Г. Татура, Э.В. Бареевой,
Н.А. Войновой и др.
При имеющихся возможностях для внедрения компетентностного подхода в
систему СПО (практическая направленность обучения, взаимосвязь с
производством, более узкая специализация, чем в ВУЗах) исследованию
реализации компетентностного подхода в этой системе уделяется недостаточно
внимания. Между тем, система среднего профессионального образования готовит
специалистов, которые непосредственно внедряют достижения технического
прогресса в производство.
Повышение качества профессионального образования обусловлено
необходимостью ускорения темпов роста российской экономики и осуществления
ее цифровизации, проникновением информационно-коммуникационных
технологий (ИКТ) во все сферы жизнедеятельности человека и, как следствие,
возросшей потребностью в специалистах в области ИКТ, подготовленных в
системе СПО (направления подготовки: «Информатика и вычислительная
техника», «Компьютерные комплексы и системы», «Компьютерные сети»,
«Информационные системы», «Прикладная информатика», «Информационные
системы и программирование» и др.) – ИКТ-специалистах (среднего звена).
Профессиональная деятельность ИКТ-специалистов предусматривает
использование широкого спектра возможностей персонального компьютера,
составление, комбинирование и реализацию алгоритмов, а также создание
программных продуктов.
Если процесс разработки программы, ее тестирование и отладка являются
объектом изучения дисциплин «Информатика», «Программирование» и др., то
алгоритмизация, как подготовительный этап создания программы, используется и
в других дисциплинах, прежде всего в математике. Под алгоритмизацией в
настоящем исследовании понимается этап решения задачи, состоящий в
нахождении, составлении или преобразовании алгоритма ее решения.
Фундаментальные исследования в области алгоритмизации проведены
А.А. Марковым, А.Н. Колмогоровым, М.П. Лапчиком и др.
Исследование понятия «алгоритмическая компетентность» актуализировано
изучением основ алгоритмизации, анализом рядоположенных понятий:
«алгоритмическая культура» (А.Н. Колмогоров, М.П. Лапчик), «программно-
алгоритмическая компетентность» (В.В. Калитина, Т.П. Пушкарева),
«алгоритмический подход» (В.А. Байдак, В.И. Ефимов, С.М. Мумряева),
«алгоритмический стиль мышления» (А.В. Копаев, А.И. Газейкина),
«алгоритмическая компетентность» (М.В. Кондурар), связывающим звеном
которых является понятие алгоритмической линии (Н.Я. Виленкин, М.П. Лапчик,
С.И. Шварцбурд), и исследованием требований ФГОС СПО.
Анализ общеобразовательных основ алгоритмизации в математическом
образовании и информатике, в том числе в сфере СПО, и исследование
содержательно-методических аспектов ее влияния на предметные дисциплины,
прежде всего математику, представлены в трудах М.П. Лапчика, И.Г. Семакина,
М.И. Рагулиной, Е.К. Хеннера.
Алгоритмическая культура как совокупность специфических понятий,
умений и навыков, образовалась благодаря обособлению некоторых компонентов
математической деятельности обучаемого (в частности операционные и
алгоритмические действия) и их обогащению (с развитием компьютерных
технологий) общезначимыми навыками алгоритмизации: умение составлять,
применять, изменять, комбинировать и проверять алгоритмы решений задач
(М.П. Лапчик).
Понятия «программно-алгоритмическая компетентность», «алгоритмический
подход», «алгоритмический стиль мышления», «алгоритмическая
компетентность» базируются на понятиях «алгоритмизация» и «алгоритмическая
культура» и применяются в различных областях знаний (программирование,
дискретная математика, линейная алгебра и др.)
Изучение вышеперечисленных понятий позволило установить, что
алгоритмическая компетентность, являясь частью алгоритмической культуры и
элементом ИКТ-компетентности, востребована на этапе построения алгоритма
решения задачи: поиск готового алгоритма решения или комбинирование
известных алгоритмов, составление алгоритма, его преобразование и применение.
Следует отметить, что большинство научных исследований по формированию
ИКТ-компетентности проводятся применительно к предметной области
дисциплины «Информатика» (М.П. Лапчик, М.И. Рагулина, Е.К. Хеннер).
Вопросам формирования ИКТ-компетентности как компонента
профессиональной компетентности выпускников системы СПО в процессе
изучения общеобразовательных дисциплин, в частности математики, уделено
недостаточно внимания. В математической подготовке будущих ИКТ-
специалистов в системе СПО целесообразно формирование алгоритмической
компетентности как компонента профессиональной компетентности этих
специалистов, в котором алгоритмизация представлена как этап решения
математической задачи. Настоящая диссертация посвящена исследованию этого
вопроса.
Анализ нормативных документов, научной, учебной и методической
литературы, диссертационных исследований, а также опыт обучения студентов
математике в системе СПО позволили выявить следующие противоречия:
– на социально-педагогическом уровне:
между потребностью современного производства в компетентных ИКТ-
специалистах среднего звена, способных к построению и реализации алгоритмов,
созданию программных продуктов и недостаточным уровнем сформированности
алгоритмической компетентности выпускников СПО;
– на научно-педагогическом уровне:
между разработанностью общих положений компетентностного подхода и
слабой изученностью теоретических основ формирования алгоритмической
компетентности будущих ИКТ-специалистов в системе СПО;
– на научно-методическом уровне:
между существующим потенциалом математических дисциплин для
формирования алгоритмической компетентности будущих ИКТ-специалистов
системы СПО и недостаточной разработанностью соответствующей методики
обучения.
Выявленные противоречия определяют актуальность и обозначают проблему
исследования, состоящую в поиске путей использования потенциала математики
в обучении ИКТ-специалистов системы СПО для обеспечения формирования
алгоритмической компетентности.
В контексте решения данной проблемы определена тема исследования:
«Формирование алгоритмической компетентности студентов – будущих ИКТ-
специалистов в системе среднего профессионального образования в процессе
обучения математике».
Цель исследования: теоретически обосновать, разработать и
экспериментально апробировать методику формирования алгоритмической
компетентности будущих ИКТ-специалистов в системе СПО в процессе обучения
математике.
Объект исследования: процесс обучения математике студентов в системе
среднего профессионального образования.
Предмет исследования: методика формирования алгоритмической
компетентности студентов – будущих ИКТ-специалистов в системе среднего
профессионального образования в процессе обучения математике.
Гипотеза исследования: формирование алгоритмической компетентности
студентов – будущих ИКТ-специалистов в системе СПО будет результативным,
если в математической подготовке использовать специальную методику, в
которой:
– теоретико-методологической основой выступают идеи
компетентностного, системного, деятельностного, задачного, контекстного,
личностно-ориентированного подходов;
– выделена содержательно-методическая линия, предоставляющая
возможность поэтапного формирования у студентов алгоритмической
компетентности;
– обоснован и разработан комплекс разноуровневых профессионально
направленных задач, отражающих логику алгоритмизации.
Исходя из обозначенной проблемы, в соответствии с поставленной целью и
выдвинутой гипотезой, поставлены следующие задачи исследования:
1. Уточнить сущность и содержание понятия «алгоритмическая
компетентность» в рамках компетентностного подхода, выявить ее структуру и
роль в подготовке ИКТ-специалистов системы СПО.
2. Определить потенциал дисциплины «Математика» в контексте
формирования алгоритмической компетентности будущих ИКТ-специалистов и
выявить соответствующую содержательно-методическую линию в обучении
математике.
3. Разработать диагностический инструментарий оценки уровня
сформированности алгоритмической компетентности, состоящий из
апробированных валидных методик, позволяющих покомпонентно и
интегративно оценить уровень сформированности алгоритмической
компетентности.
4. Обосновать и создать комплекс специальных разноуровневых
профессионально направленных задач, сконструированных на основе принципов
задачного подхода, процесс решения которых отражает логику алгоритмизации,
как средство формирования алгоритмической компетентности.
5. Разработать и апробировать методику формирования алгоритмической
компетентности будущих ИКТ-специалистов в системе СПО на основе
построенной модели процесса формирования этой компетентности.
Методологической основой данного исследования явились:
системный подход (В.П. Беспалько, А.А. Вербицкий, Б.Г. Ананьев,
К.Н. Лунгу, А.М. Новиков и др.), позволивший исследовать алгоритмическую
компетентность как целостную структуру взаимосвязанных компонентов;
компетентностный подход к организации учебного процесса (В.А. Болотов,
А.А. Вербицкий, Э.Ф. Зеер, И.А. Зимняя, В.В. Рябов, Г.К. Селевко,
Н.А. Селезнева, В.В. Сериков, Ю.Г. Татур, А.В. Хуторской и др.), позволивший
рассмотреть алгоритмическую компетентность в структуре профессиональной
компетентности как результат образования;
деятельностный подход в обучении (Л.С. Выготский, П.Я. Гальперин,
В.В.Давыдов, Л.В. Шкерина, Д.Б. Эльконин и др.), определивший приоритетное
использование активных форм обучения для формирования элементов
алгоритмической компетентности;
задачный подход (Г.А. Балл, М.Е. Бершадский, Г.Д. Бухарова,
В.В. Давыдов, В.В. Краевский, Л.М. Фридман, П.М. Эрдниев, Д.Б. Эльконин и
др.), применяемый для разработки содержания методики формирования
алгоритмической компетентности;
контекстный подход (А.А. Вербицкий, О.Г. Ларионова, В.А. Шершнева и
др.), использующийся для выявления междисциплинарного характера процесса
обучения математике, способствующего формированию алгоритмической
компетентности, и определения его практико-направленности в контексте
профессиональной деятельности;
личностно – ориентированный подход (Л.С. Выготский, В.В. Краевский,
А.Н. Леонтьев и др.), рассматривающий обучающегося как субъекта
образовательной деятельности.
Теоретической основой исследования выступили:
теория деятельности (Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн),
теория поэтапного формирования умственных действий (П.Я. Гальперин,
Н.Ф. Талызина),
концепции применения ИКТ в обучении математике (А.А. Андреев,
С.А. Бешенков, А.П. Ершов, И.Г. Захарова, Т.В. Капустина, А.А. Кузнецов,
В.В. Лаптев, М.П. Лапчик, М.И. Рагулина, Е.А. Ракитина, Н.И. Пак, А.Ю. Уваров
и др.).
Для решения поставленных задач в ходе исследования были использованы
следующие методы:
– теоретические: изучение и анализ научно-методической, психолого-
педагогической и учебной литературы, анализ ФГОС СПО, изучение и анализ
диссертационных исследований;
– эмпирические: наблюдение, анкетирование студентов и преподавателей,
организация и проведение эксперимента, анализ результатов;
– статистические: статистическая обработка результатов педагогического
эксперимента.
Этапы исследования. Исследование проводилось в течение 2012-2018 гг. в
несколько этапов. На первом этапе (2012-2013гг.) изучалась и анализировалась
психолого-педагогическая и научно-методическая литература, учебные
программы по математике для СПО, материалы ФГОС СПО, было
проанализировано состояние проблемы профессиональной направленности
обучения математике, поставлена цель исследования, выдвинута гипотеза,
проведено анкетирование студентов и преподавателей, проведен констатирующий
эксперимент по установлению недостаточной профессиональной направленности
обучения математике в системе среднего профессионального образования. На
втором этапе (2012-2016 гг.) был проведен поисковый эксперимент, разработана
методика формирования алгоритмической компетентности студентов СПО и
учебно-методические материалы для внедрения этой методики, определены
критерии сформированности алгоритмической компетентности, уровни и методы
ее оценивания, разработан диагностический комплекс. На третьем этапе (2016-
2018гг.) проведено обобщение полученных результатов, сформулированы итоги
работы и сделаны выводы.
Экспериментальная база исследования:
Опытно-поисковая работа проводилась на базе Краевого государственного
автономного профессионального учреждения «Ачинский техникум нефти и газа».
Научная новизна исследования состоит в том, что:
1. Уточнено понятие алгоритмической компетентности, которая
определяется как интегративное, динамическое качество личности,
раскрывающееся в способности использовать готовые алгоритмы для решения
определенного круга задач, комбинировать их, составлять новые и выбирать
оптимальный алгоритм, а также в готовности осуществлять алгоритмизацию при
решении различных задач профессиональной сферы; и конкретизирована ее
структура как система взаимосвязанных компонентов: аксиологического,
когнитивного, праксиологического и рефлексивного.
2. Выявлен потенциал дисциплины «Математика» в контексте
формирования алгоритмической компетентности ИКТ-специалистов,
заключающийся:
– в абстрактно-логической сущности дисциплины «Математика»,
позволяющей осваивать способы разработки алгоритмов посредством логики
решения математических задач;
– в предметном содержании математики, ставшим источником развития
основ информатики как науки и определившим общую тенденцию использования
символьных обозначений и множество межпредметных задач;
– в применении компьютерных программ и математических пакетов на
занятиях математикой, способствующем переходу процесса обучения математики
на качественно новый уровень.
3. Доказана перспективность использования математических задач в рамках
методической алгоритмической линии, отвечающих логике алгоритмизации и
определяющая процесс перехода мыслительной деятельности студента от
понимания алгоритма как предписания к действию к пониманию алгоритма как
мыслительного действия и промежуточного этапа написания программы.
4. Разработаны и охарактеризованы этапы формирования алгоритмической
компетентности: ознакомительно-ориентирующий, с приоритетным
формированием аксиологического компонента алгоритмической компетентности;
этап приобщения, на котором доминирует формирование когнитивного и
праксиологического компонентов; этап закрепления навыков, обеспечивающий
формирование праксиологического и рефлексивного компонентов.
5. Разработана методика формирования алгоритмической компетентности
будущих ИКТ-специалистов в системе СПО в соответствии с концепцией
компетентностного подхода, с опорой на требования ФГОС СПО к результатам
освоения программы подготовки специалистов среднего звена и с учетом
особенностей обучения математике в системе СПО на основе построенной модели
процесса формирования алгоритмической компетентности.
Теоретическая значимость исследования заключается в том, что на основе
проведенных исследований обогащена теория методики обучения и воспитания
дисциплине «Математика» в части развития компетентностного подхода за счет:
– уточнения содержания понятия «алгоритмическая компетентность» как
важной составляющей математического образования будущего ИКТ-специалиста;
– обоснования целесообразности и разработки содержательной базы
поэтапного формирования алгоритмической компетентности путем обогащения
содержания обучения математике разноуровневыми задачами с
профессиональным контекстом (I-го и II-го типов), составляющими непрерывную
методическую алгоритмическую линию, которая обеспечивается использованием
элементов активных методов обучения, направленных на приобретение
личностного опыта обучаемых и повышение активности учебной деятельности;
– обоснования и разработки критериально-диагностического аппарата для