Методическая система обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования

Глизбург, Вита Иммануиловна

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Методическая система обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования

Автореферат

Автор научной работы: Глизбург, Вита Иммануиловна
Ученая степень: доктора педагогических наук
Место защиты: Москва
Год защиты: 2009
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Методическая система обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования"

На правах рукописи

Глизбург Вита Иммануиловна

МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ТОПОЛОГИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ

ПРИ ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ В АСПЕКТЕ ГУМАНИТАРИЗАЦИИ НЕПРЕРЫВНОГО МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБРАЗОВАНИЯ

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (математика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

2 6 НОЯ 2009

Москва, 2009

003484668

Работа выполнена на кафедре алгебры, геометрии и методики их преподавания Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования города Москвы «Московский городской педагогический университет»

Научный консультант: заслуженный деятель науки РФ,

доктор педагогических наук, профессор Мордкович Александр Григорьевич

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук,

профессор Назиев Асланбек Хамидович

доктор педагогических наук,

профессор Симонов Александр Сергеевич

доктор физико-математических наук, профессор Шелехов Александр Михайлович

Ведущая организация: Калужский государственный педагогический

университет им. К.Э. Циолковского

Защита диссертации состоится « » декабря 2009 г. в /^часов на заседании объединенного диссертационного совета ДМ850.007.03 при Московском городском педагогическом университете и Тульском государственном педагогическом университете по адресу: 127512, г. Москва, ул. Шереметьевская, д. 29.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского городского педагогического университета

Автореферат разослан 7^-^4^2009 года.

Ученый секретарь диссертационного совета д.п.н., профессор

В.В. Гриншкун

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность исследования. Современное общество нуждается в грамотных специалистах, способных принимать и реапизовывать творческие решения в различных областях.

Сегодня в России к образованию предъявляются социально-экономические, профессиональные и духовно-нравственные требования. Они предусматривают качественное обновление педагогической науки, направленное на развитие личности, ее мировоззрения, сознания, совершенствование профессионального потенциала. В практике обучения происходит внедрение парадигм личностно-ориентированного и развивающего обучения, гуманизации, гуманитаризации, фундаментализации и информатизации. Направленные на организацию учебного процесса с учетом достижений современной науки, они обеспечивают систематическое обновление аспектов образования, его ориентацию на развитие личности, создание комфортных условий для постижения новых знаний. В России установлен приоритет образования, реализуется принцип его непрерывности, позволяющий последовательно получать знания на следующих его уровнях: дошкольное; общее - начальное, основное, среднее (полное); профессиональное -начальное, среднее, высшее, дополнительное; послевузовское профессиональное -аспирантура, докторантура, повышение квалификации и переподготовка.

Формирование и развитие человеческой личности - важнейший результат образования. Идея его гуманитаризации, в частности математического, находит свое развитие в учебных заведениях и представляет собой один из основополагающих факторов стратегии образования. Гуманитаризация математического образования рассматривает изучение математики в контексте достижений мировой культуры. В процессе обучения любой учебной дисциплине необходимо реализовывать развитие творческой личности, чему способствует, в частности, обучение топологии и дифференциальной геометрии. Взаимопроникновение естественнонаучных и гуманитарных знаний, интеграция профессиональной и общекультурной подготовки учителя математики в единстве с развитием его личностных качеств являются приоритетами в процессе обучения. При подготовке будущих учителей особое внимание уделяется профессионально-педагогической направленности. Необходим комплексный подход к подготовке учителей математики по топологии и дифференциальной геометрии с позиций гуманитаризации обучения и его профессионально-педагогической направленности. Посредством реализации выявленного гуманитарного потенциала обучения названным дисциплинам происходит единение общественных функций образования, отвечающего за интеллектуальную сферу, и культуры, отвечающей за духовные ценности, - тем самым создается единое культурно-образовательное пространство.

Приобретая профессиональные знания, будущий учитель включается в культурно-образовательное пространство и становится в своей профессии как носителем математических знаний, так и транслятором культуры на основе межсубъектного обмена ценностями, знаниями, навыками, информацией, способами деятельности.

Направленность обучения топологии и дифференциальной геометрии на постижение и применение системообразующих оснований и глубинных связей между многообразными процессами окружающего мира в результате реализации гуманитарного потенциала обучения этим дисциплинам и применения информационных технологий предполагает формирование в сознании студентов целостной картины реального мира с учетом их психологических особенностей и ограниченности учебного времени.

Повышению качества подготовки специалистов, обладающих навыками и знаниями, соответствующими требованиям современного общества, существенно способствует внедрение в учебный процесс информационных технологий, принимающее в вузовской системе образования масштабный и комплексный характер. Гуманитаризация современного профессионального педагогического образования, в том числе математического, направлена на подготовку нравственно созревших, определившихся специалистов, ориентацию будущих учителей на непрерывное самосовершенствование, на осознанную связь получаемых профессиональных знаний с общекультурными ценностями, на воспитание эстетического и этического отношения к окружающему миру, людям, самому себе. Идея гуманитаризации предполагает построение социокультурной концепции образования. Гуманитаризация его, в частности, предполагающая формирование знаний по различным учебным курсам на каждой из ступеней непрерывной системы образования с одновременным приобщением обучаемых к культурным и духовным ценностям, способствует их органичному погружению в единое культурно-образовательное пространство. Тем самым минимизируется разрыв образования с традициями мировой и отечественной культур. Интенсивность процесса гуманитаризации образования, возможности его воздействия на личность обучаемого во многом зависят от гуманитарного потенциала учебных курсов и наличия методических систем, позволяющих его реализовать. В процессе обучения естественным, техническим, социально-гуманитарным наукам формируются представление и знание мировоззренческих образов природы и общества, изменяется логика мышления обучаемого.

Разработка методической системы обучения тому или иному научному курсу, позволяющей выявить и реализовать общекультурный, гуманитарный потенциал данного курса, во многом способствует процессу гуманитаризации образования и разрешает одно из важнейших противоречий между назревшей в современном обществе необходимостью гуманитаризации образования, наличием гуманитарного потенциала рассматриваемого курса и традиционными методами обучения, не решающими проблемы реализации данного гуманитарного потенциала.

Винчи, А. Дюрер, Ф. Виет, Р. Декарт, Ж. Дезарг, JI. Эйлер, Г. Монж, Ф. Дюпен, Н.И. Лобачевский, Я. Штейнер, Ж. Френе, П.Л. Чебышев, Ф. Клейн, А.П. Киселев, А. Пуанкаре, Д. Гильберт, Э. Картан, H.A. Извольский, В.М. Брадис, H.H. Лузин, Д. Пойа, А.Я. Хинчин, П.С. Александров, И.В. Арнольд, П.С. Новиков, А.Н. Колмогоров, Г.Ф. Лаптев, Б.В. Гнеденко, Н.Я. Виленкин, Л.С. Атанасян, В.Т. Базылев, Г.В.Дорофеев, Л.Д. Кудрявцев, А.Т. Фоменко, В.А. Далингер.

Для современного культурно-образовательного пространства характерны интеграция наук, стремление получить наиболее точное представление об общей картине мира. Достижения современных наук о природе, имеющие общеобразовательное и культурное значение, должны быть доступны как ученым, так и всему человечеству, овладевающему, постигающему сущность явлений. Подготовка всесторонне развитого учителя математики, с широким кругозором, владеющего глубокими теоретическими и прикладными знаниями и их профессионально-прикладной направленностью, является первостепенной задачей высшего педагогического образования. Принцип интегративности знаний предполагает использование межпредметных связей при изучении топологии и дифференциальной геометрии. Обучение им будущих учителей математики в тесной связи с историей науки, научными методами, обеспечившими достижение определенных открытий, позволяет приобщить учителей математики к культуре. Подтверждение этому - исследование проблем топологического мышления, топологической логики, топологического силлогизма Аристотелем в его трактате «Топика». Анализ топологического принципа в эстетике Аристотеля, исследования его топологической диалектики провел А.Ф. Лосев. Ж. Делёз рассмотрел проблемы эстетики, архитектуры и кино с позиций топологического мышления. Интересны исследования вопросов топологического мышления философами М.К. Мамардашвили, В.В. Савчуком, A.A. Грякаловым. Вопросы философии восприятия рассмотрены А. Бергсоном, Ж. Делезом, М. Мерло-Понти, И.А. Кребелем и др.

Выявленный гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии в непрерывном математическом образовании на этапах пропедевтики как в школе, так и в вузе, в процессе фундаментальной базовой подготовки и углубленного обучения специальным курсам дает возможность гуманизировать и гуманитаризовать процесс обучения на всех обозначенных нами этапах. Это позволяет сделать вывод о возможности и необходимости переосмысления базовых компонентов системы обучения: целей, содержания, методов, форм и средств - при обучении топологии и дифференциальной геометрии в процессе подготовки учителей математики с целью реализации выявленного гуманитарного потенциала.

Анализ существующих подходов к обучению топологии и дифференциальной геометрии показал, что они направлены на глубокое изучение математики и ее приложений, но при этом не осуществляют комплексную фнлософско-математическую направленность обучения, не реализуют гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии. В подавляющем большинстве программ не отражены проблемы визуализации топологических и дифференциально-геометрических понятий посредством

информационных технологий, не предусмотрено использование компьютерных математических пакетов.

Изучены диссертационные исследования по проблематике обучения в высшей школе и его гуманитаризации. Так, вопросы профессионально-педагогической направленности подготовки учителей математики исследованы А.Г. Мордковичем, В.И. Игошиным, Г.Л. Луканкиным, Г.Г. Хамовым, Л.В. Шкериной; проблемы непрерывности школьного и вузовского математического образования изучены И.И. Мельниковым, Е.М. Ибрагимовой. Ряд авторов: В.Ф. Любичева, А.И. Нижников, Е.И. Смирнов, Н.Л. Стефанова, Т.И. Уткина - в своих исследования осветили проблемы методики преподавания математики в высшей школе. Актуальные исследования по оптимизации, интенсификации и применению информационных технологий в процессе подготовки учителей математики проведены В.А. Бубновым, С.Г. Григорьевым, В.В. Гриншкуном, В.Р. Майером, В.Т. Петровой A.B. Ястребовым. Вопросы профильной дифференциации обучения изучены И.В. Дробышевой, Е.С. Петровой и Н.Г. Подаевой. Гуманитаризация математического образования в вузах рассмотрена P.M. Аслановым, В.В. Афанасьевым, Т.А. Ивановой, B.C. Корниловым, А.Х. Назиевым, Т.С. Поляковой, И.С. Сафуановым, B.C. Сековановым.

Таким образом, проведенный анализ показывает, что в имеющейся литературе практически не рассмотрена проблематика создания методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии для подготовки учителя математики, включающая, в частности: выявление гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики и его гуманитаризацию; оптимизацию обучения топологии и дифференциальной геометрии, в том числе посредством информационных технологий; реализацию выявленного гуманитарного потенциала обучения топологии с целью формирования мировоззрения и профессионально-педагогической направленности подготовки будущего учителя математики; проецирование изучаемых топологических и дифференциально-геометрических понятий на школьный курс математики и одновременный подъем элементов этих понятий, содержащихся в школьном курсе, на уровень вузовского обучения. Важность указанных проблем и отсутствие их освещения в научно-педагогической литературе делает актуальной тему исследования.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что традиционная система топологической и дифференциально-геометрической подготовки учителей математики на базе рассматриваемых парадигм испытывает противоречие между непрерывно возрастающим в обществе значением гуманитаризации математического образования, выявленным существующим гуманитарным потенциалом обучения топологии и дифференциальной геометрии и отсутствием методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии для подготовки учителей математики, позволяющей сформировать у будущих учителей комплексное отношение к профессии, включающее в себя глубокие знания математических зависимостей, умение их анализировать и применять в окружающей действительности, культуру топологического мышления, осознание своего положения в культурно-образовательном

пространстве, этическое и эстетическое отношение к окружающему миру, людям, самому себе, знание и понимании развития топологии и дифференциальной геометрии и их приложений, профессионально-педагогическую подготовку, позволяющую воспитать эрудированных профессионально-ориентированных выпускников школ, способных продолжить обучение в различных областях и стать полезными членами общества в любых видах деятельности.

Необходимость устранения указанного противоречия посредством разработки методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования с использованием информационных технологий, позволяющей сформировать у будущих учителей математики культуру топологического мышления, эстетическое и этическое отношение к окружающему миру, знание и умение применять историю развития топологии и дифференциальной геометрии и их приложений, основ гуманитарного анализа топологических и дифференциально-геометрических исследований, определяет научную проблему представляемой диссертационной работы. Эта проблема заключается в отсутствии методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии, ориентированной на подготовку учителей математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования, способствующей формированию у будущих учителей комплексного отношения к профессии, включающего в себя культуру топологического мышления, эстетическое и этическое отношение к окружающему миру, людям, самому себе, способность оценить красоту и гармонию математических идей и формул, знание и умение применять историю развития топологии и дифференциальной геометрии и их приложений, основ гуманитарного анализа топологических и дифференциально-геометрических исследований, психологические качества личности.

Для решения сформулированной проблемы необходимо проведение педагогического исследования, включающего анализ существующих подходов к преподаванию топологии и дифференциальной геометрии; выявление гуманитарного потенциала обучения этим дисциплинам; создание соответствующих концепции и методической системы обучения им при подготовке учителей математики, учитывающей имеющиеся аспекты гуманитаризации непрерывного математического образования на различных его уровнях в комплексном сочетании с профессионально-педагогической направленностью; проектирование гуманитарно-ориентированных учебных занятий по топологии и дифференциальной геометрии с учетом их прикладной направленности и применения информационных технологий.

приложения к различным курсам математики в процессе их профессионально-педагогической деятельности; способность воспитать эрудированных профессионально-ориентированных выпускников школ, готовых продолжить обучение в различных областях и стать полезными членами общества в любых видах деятельности.

Объектом исследования является математическая подготовка студентов -будущих учителей математики.

Предметом исследования выступает методическая система обучения топологии и дифференциальной геометрии для подготовки учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования.

Гипотеза исследования состоит в том, что обучение топологии и дифференциальной геометрии будущих учителей математики, осуществляемое на базе созданной многоуровневой методической системы, обеспечивает гуманитаризацию их непрерывной математической подготовки в комплексе с повышением ее профессионально-педагогической направленности и позволяет повысить эффективность усвоения знаний, умений и навыков по топологии и дифференциальной геометрии; выявить гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии посредством историко-философской линии обучения, межпредметных связей и реализации прикладной направленности рассматриваемых дисциплин; расширить мировоззрение студентов посредством формирования их топологической культуры, мышления и представления о мире в его взаимосвязях.

Задачи исследования. Названные цели, предмет и гипотеза исследования определили следующие задачи:

1) проанализировать имеющуюся научную, научно-методическую литературу и диссертационные исследования в областях топологии и дифференциальной геометрии и методики их преподавания;

2) проанализировать сущность процесса гуманитаризации непрерывного математического образования и роль в нем геометрии;

3) выявить существующий гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии и историко-философские аспекты их развития;

4) создать концепцию, определить цели и принципы обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителей математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования;

5) сформировать содержание многоуровневого обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики на этапах пропедевтики, фундаментальной базовой подготовки, углубленного обучения специальным курсам и разработать программы курсов, соответствующие названным этапам;

6) выявить методы и средства для проведения занятий по топологии и дифференциальной геометрии с учетом их прикладной и гуманитарной направленностей; разработать методику проведения лабораторного практикума по топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики с применением в нем компьютерных математических пакетов;

7) экспериментально подтвердить эффективность разработанной методической системы.

Методы исследования. Для решения поставленных задач применены следующие методы: анализ научно-педагогической, психологической, философской литературы и диссертационных исследований; физико-математической литературы, в том числе, в области топологии, дифференциальной геометрии и их приложений; учебных программ, пособий, материалов научных семинаров, конференций, симпозиумов; проведение лекционных и практических занятий с абитуриентами, студентами и учителями; чтение лекций на различных курсах повышения квалификации; проведение лабораторных и лабораторно-исследовательских работ с применением компьютерных математических пакетов; посещение лекций коллег по работе, обсуждение с ними различных разделов исследования, тестирование, анкетирование школьников, студентов, учителей, преподавателей вузов; педагогический эксперимент в вузе и школе и анализ его результатов.

Теоретическая и методологическая основа исследования. В основу исследования заложены фундаментальные работы в области профессиональной подготовки учителя и проблем развития его личности (Асланов P.M., Балл Г.А., Выготский Л.С., Гусев В.А., Лернер И.Я., Луканкин Г.Л., Мордкович А.Г., Никандров Н.Д., Пидкасистый П.И., Подласый И.П., Скаткин М.Н. и др.); в области гуманитаризации математического образования (Берулава М.Н., Дорофеев Г.В., Иванова Т.А., Кравец A.C., Назиев А.Х., Полякова Т.О., Саранцев Г.И., Смирнова И.М. и др.); в области общедидактических принципов оптимизации образовательного процесса (Афанасьев В.В., Бабанский Ю.К., Беспалько В.П., Виленкин Н.Я., Черкасов P.C., Гнеденко Б.В., Дробышева И.В., Загвязинский В.И., Колягин Ю.М., Коменский Я.А., Леднев B.C., Метельский Н.В., Монахов В.М., Нижников А.И., Песталоцци И.Г., Пышкало A.M., Стефанова Н.Л. и др.); в области методологических аспектов применения информационных технологий и прикладной направленности (Анищенко С.А., Григорьев С.Г., Гриншкун В.В., Дахер Е.А., Дьяконов В.П., Жданов С.А., Корнилов В. С., Кузнецов A.A., Майер В.Р., Роберт И.В. и др.); в области топологии и дифференциальной геометрии и их приложений (Акивис М.А., Александров П.С., Гольдберг В.В., Базылев В.Т., Гильберт Д., Ефимов Н.В., Зейферт Т., Зуланке Р., Картан Э., Кобаяси Ш., Мищенко A.C., Новиков С.П., Номидзу К., Постников М. М., Розенфельд Б.А., Фоменко А.Т., Хаусдорф Ф., Шутц Б. и др.).

База научного исследования. База научного исследования и опытно-экспериментальной работы - математический факультет Московского городского педагогического университета, факультет довузовской подготовки Московского государственного строительного университета, средняя школа № 280 г. Москвы (ГОУ Кадетская школа № 1783 «Московский кадетский корпус Героев Космоса«).

Научная новизна исследования.

1). Обосновано, что обучение топологии и дифференциальной геометрии обладает гуманитарным потенциалом. Предложен комплексный философско-исследовательский подход к подготовке учителей математики по топологии и

дифференциальной геометрии, позволяющий в процессе обучения формировать математические компетенции и мировоззрение обучаемых, направленное на развитие их топологической культуры и топологического мышления. Введено понятие гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии. Топологическое мышление определено как процесс непрерывного познания истины как события, но не адеквации, при котором новые знания формируются с учетом ранее осознанных устойчивых знаний. Определено понятие топологической культуры. Топологическая культура - это не только такой уровень развития человека и общества, на котором осознанно реализуются знания, умения, навыки, но и уровень интеллекта, нравственное и эстетическое развитие, мировоззрение, направленные на восприятие окружающего мира в его системе сложных непрерывных взаимосвязей, на постижение и применение системообразующих оснований (гуманности, экологичности, норм морали и права и пр.) и их глубинных связей, инвариантных (неизменных) под воздействием многообразных деформирующих процессов реальности, на выработку на основе этого системы идей, целостных структур, взглядов на мир в его взаимозависимостях. В более узком смысле топологическая культура включает в себя топологические знания, умения и навыки, реализуемые в сфере математической деятельности и ее приложений.

2). Разработана концепция обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования, основу которой составляют: дуалистическая трактовка топологии как математической науки и как философии восприятия тополопгческой структуры мира, парадигма непрерывно-дискретного обучения, триада обучения топологии и дифференциальной геометрии, дуальность процесса проецирования новых знаний по топологии и дифференциальной геометрии на школьный курс математики и подъема знаний школьного курса математики в топологический и дифференциально-геометрический слои высшего математического образования учителя математики и др.

3). На базе представленной концепции сформулированы принципы обучения: принцип тернарности, заключающийся в обучении топологии и дифференциальной геометрии в три этапа, обеспечивающий непрерывность математического образования; принцип проецирования новых знаний по топологии и дифференциальной геометрии, усваиваемых будущим учителем математики, на школьный курс математики; принцип подъема знаний школьного курса математики в топологический и дифференциально-геометрический слои высшего математического образования учителя математики.

4). Сформировано содержание многоуровневого обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики на этапах пропедевтики усвоения знаний, фундаментальной базовой подготовки в рамках основного курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия», углубленного обучения специальным курсам.

5). Предложен принцип отбора и систематизации учебных задач, основанный на последовательном зацеплении. Принцип реализован для специального курса «Связности в расслоенных пространствах» при решении авторских задач на нахождение расслоенного пространства, определение в нем линейной и нелинейной связностей, определение геодезических линий и их аналогов. Показано, что задачи системы могут быть применены для исследования процессов и явлений прикладного характера, что способствует гуманитаризации математической подготовки будущих учителей математики. Так, задачи на определение геодезических линий используются в народном хозяйстве, например, при проектировании наземных, подводных и воздушных трасс. Определено понятие гуманитарного потенциала математической задачи, в ее содержании выделены гуманитарно-ориентированные компоненты.

6). Представлены основы формирования понятий и развития топологического мышления, алгоритмы решения задач с применением информационных технологий, обеспечивающие реализацию гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии, в том числе, его прикладную направленность.

Теоретическая значимость исследования состоит в выявлении гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии и его роли в профессионально-педагогической направленности математического образования учителя; в построении концепции обучения топологии и дифференциальной геометрии будущих учителей математики и создании на ее базе методической системы обучения, позволяющей повысить эффективность освоения знаний по топологии и дифференциальной геометрии, выявить их прикладную направленность, использовать информационные технологии при обучении с целью гуманитаризации математической подготовки, сформировать у будущих учителей топологическое мышление, топологическую культуру, топологическое восприятие действительности; в обосновании необходимости триады многоуровневого обучения топологии и дифференциальной геометрии на этапах пропедевтики базового курса на основе межпредметных связей в школе и в вузе, фундаментальной базовой подготовки, углубленного обучения специальным курсам; в разработке принципов непрерывного обучения топологии и дифференциальной геометрии.

Практическая значимость исследования заключается в том, что разработаны: программы обучения топологии и дифференциальной геометрии соответственно на этапах пропедевтики базового курса в школе и в вузе, фундаментальной базовой подготовки, углубленного обучения специальным курсам; методические рекомендации для проведения занятий по топологии и дифференциальной геометрии с учетом их прикладной и гуманитарной направленностей, включающие в себя математический и дидактический анализы учебного материала, программы курсов, механизмы формирования понятий, развития топологического мышления и алгоритм решения задач с применением информационных технологий, адаптированное для студентов изложение базовых понятий теории связности в расслоенных пространствах, отбор задач, в том числе, авторских, носящих теоретико-прикладной характер, описание методов решения

задач; рекомендации по применению информационных технологий при обучении топологии и дифференциальной геометрии; лабораторный практикум по топологии и дифференциальной геометрии с применением компьютерных математических пакетов.

Полученные в процессе исследования результаты могут быть внедрены в практику обучения топологии и дифференциальной геометрии на этапе пропедевтики в школе, колледже (техникуме) и в вузе; в вузах как при подготовке учителей математики, учителей математики и информатики, так и при подготовке математиков; при написании учебных пособий по курсам топологии и дифференциальной геометрии, теории и методике обучения топологии и дифференциальной геометрии для студентов, аспирантов, преподавателей вузов и учителей школ.

Достоверность результатов обеспечена научным подходом к постановке и решению задач исследования, целесообразностью выбора методов исследования, его длительностью, непротиворечивостью выводов, полученных в ходе теоретического анализа рассмотренных проблем, их согласованностью с концепциями различных наук и принципиальным их соответствием основным результатам других исследователей; ясностью, правильностью историко-математических, психолого-педагогических, дидактических, методологических, математических позиций; рассмотрением проблем исследования с корректным применением исторического, культурологического, системного подходов; согласованностью результатов исследования с многолетним опытом ведения автором научных изысканий и обучения будущих учителей в вузах, повышением качества обучения студентов, востребованностью полученных результатов, учетом опыта коллег по работе.

Этапы исследования. Исследование выполнено по результатам работы автора, осуществленной им в период с 1989 по 2009 гг. Эту работу можно разделить на следующие четыре этапа.

Первый этап выполнен в 1989-1998 гг. Проведен анализ научных и методических исследований в области топологии и дифференциальной геометрии, а также по проблемам их преподавания; изучены философские, методологические, математические, психологические, педагогические, методические, дидактические источники по проблеме гуманитаризации образования, вообще, и математического, в частности. Сформулированы и решены новые задачи теории связности в расслоенных пространствах и рассмотрены возможности их применения в процессе обучения.

гуманитаризации образования. Сформулирована концепция обучения на этапах: пропедевтики как довузовского математического образования, так и в вузе на уровне бакалавриата; фундаментального базового обучения при изучении курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» на уровне магистратуры; углубленных специальных курсов на уровнях магистратуры, аспирантуры и других видов поствузовского образования.

Третий этап выполнен в 2003-2006 гг. Разработаны основы гуманитарно-ориентированных учебных занятий по топологии и дифференциальной геометрии для подготовки учителей математики на базе задачного подхода. Выявлен гуманитарный потенциал как известных задач по топологии и дифференциальной геометрии, так и новых, сформулированных и решенных нами задач, посредством демонстрации их прикладной направленности и приложений в различных видах человеческой деятельности. Спроектирован лабораторный практикум на базе компьютерных математических пакетов, позволяющий реализовать гуманитарный потенциал информационных технологий в процессе обучения топологии и дифференциальной геометрии. Создана методическая система обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики, направленная на гуманитаризацию его профессиональной подготовки. Осуществлено внедрение методической системы в практику обучения.

Четвертый этап выполнен в 2007-2009 гг. Проведена экспериментальная проверка эффективности созданной методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии на этапах предложенной триады обучения и оценено взаимовлияние этих этапов на формирование профессиональных качеств будущих учителей. Основные положения и результаты исследования оформлены в виде диссертационной работы.

Положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная концепция обучения даег возможность подготовить учителей математики, владеющих топологией и дифференциальной геометрией, обладающих топологической культурой, топологическим мышлением, научным потенциалом, способных в культурно-образовательном пространстве современного общества воспитать эрудированных профессионально-ориентированных выпускников школ. Дуалистическая трактовка топологии как математической науки и как философии восприятия топологической структуры мира позволяет сформировать у будущих учителей математики топологическую культуру.

2. Созданная на базе предложенной концепции методическая система многоуровневого обучения топологии и дифференциальной геометрии обеспечивает комплексную реализацию позиций гуманитаризации и профессионально-педагогической направленности в подготовке учителей математики за счет разработки всех ее компонентов с учетом гуманитарно-ориентированного, профессионального и прикладного подходов.

3. Предусмотренная в рамках методической системы триада обучения топологии и дифференциальной геометрии, включающая пропедевтику, базовое и углубленное обучения, позволяет осуществить многоуровневую подготовку учителя математики по указанным дисциплинам благодаря возможности

непрерывного наращивания математической компетенции и совершенствования педагогического мастерства.

4. Предложенные принципы обучения - проецирования и подъема знаний -предусматривают дуальность процесса обучения топологии и дифференциальной геометрии. С одной стороны, при преподавании в вузе топологии и дифференциальной геометрии с целью профессионально-педагогической направленности обучения будущих учителей осуществляется проецирование новых знаний на школьный курс; с другой стороны - подъем элементов топологических и дифференциально-геометрических знаний из школьного курса математики на уровень вузовского обучения.

5. Спроектированные занятия по топологии и дифференциальной геометрии, учитывающие их прикладную и гуманитарную направленности, способствуют формированию и развитию у студентов понимания роли изучаемых дисциплин в постановке и решении прикладных задач, повышению мотивации обучения. Работа по предложенной системе авторских задач на занятиях по углубленному специальному курсу «Связности в расслоенных пространствах» позволяет студентам научиться применять знания по топологии и дифференциальной геометрии для решения различных практических задач и проектировать собственные системы задач и упражнений в их будущей профессионально-педагогической деятельности.

6. Применение информационных технологий и использование компьютерных математических пакетов в лабораторном практикуме по топологии и дифференциальной геометрии способствует реализации выявленного гуманитарного потенциала обучения названным дисциплинам: побуждает студентов анализировать поставленные задачи, выделять этапы достижения цели, синтезировать теоретический материал, конструировать математические модели и алгоритмы решения исследовательских задач, делать выводы и интерпретировать результаты в исходных терминах поставленной задачи. Это обеспечивает комплексное применение знаний и умений из различных разделов математики, в том числе, для решения прикладных задач, активизирует и упорядочивает базовые знания по основному курсу и другим различным дисциплинам, реализуя принцип межпредметных связей в условиях психологического комфорта. Информатизация обучения топологии и дифференциальной геометрии обеспечивает готовность будущих учителей к применению полученных на занятиях по топологии и дифференциальной геометрии знаний и навыков по информационным технологиям в их профессиональной деятельности в школе.

7. Реализация выявленного гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии способствует формированию профессионально-педагогической направленности подготовки студентов и проецированию топологических понятий на школьный курс математики, что позволяет учителю в его дальнейшей профессиональной деятельности развивать культуру и креативность мышления учащихся. Это формирует у будущих учителей необходимые профессиональные качества: умение построить алгоритм исследования математической проблемы, доходчиво в устной и письменной формах объяснить его обучаемым; владение методикой формирования образных

представлений; умение вести научную полемику; умение апеллировать к воображению и чувствам оппонента; владение ораторским искусством и риторикой. Перечисленные качества реализуются на образном, интуитивном, логическом и символическом уровнях.

8. Отобранная система критериев, включающих коэффициент усвоения учебного материала, полноту усвоения содержания понятий, коэффициент системности знаний по топологии и дифференциальной геометрии, позволяет оценить эффективность созданной методической системы обучения и ее шшяние на формирование профессиональных качеств будущих учителей и процесс гуманитаризации математической подготовки студентов. Применение этих критериев в экспериментальной деятельности, а также непротиворечивость выводов, полученных в ходе теоретического анализа рассмотренных проблем, их согласованность с концепциями различных наук и соответствие результатам других исследователей подтверждают справедливость сформулированной гипотезы исследования.

Результаты исследования внедрены в учебный процесс Московского городского педагогического университета, курсов повышения квалификации учителей математики при МГПУ, Московского государственного строительного университета, Днепропетровского государственного университета, средней школы № 280 г. Москвы (ГОУ Кадетская школа № 1783 «Московский кадетский корпус Героев Космоса»), центра образования № 1406 для слабослышащих школьников.

Апробация результатов исследования. Результаты доложены и обсуждены на различных международных и всероссийских конференциях и конгрессах, в числе которых: XXVII и XXIX научные конференции в РУДН (Москва, 1991, 1993); Научная сессия при МПГУ им. В.И.Ленина (Москва, 1992); Международная конференция по применению топологии в алгебре и дифференциальной геометрии в ТГУ (Тарту, Эстония, 1992); Международная конференция "Лобачевский и современная геометрия" в КГУ (Казань, 1992); Международный конгресс по дифференциальной геометрии и ее приложениям (Брно, Чехия, 1995); Всероссийские семинары преподавателей математики педагогических вузов и университетов (Орск, 1995, С.-Петербург, 1996, Новгород, 1997, Москва, 2000, Киров-Москва, 2006, Пермь, 2008); Международная геометрическая школа-семинар в РГУ (Ростов-на-Дону, 1996); Международный геометрический семинар «Современная геометрия и теория физических полей» в КГУ (Казань, 1997); III международная конференция по геометрии «в целом» в ЧИТИ (Черкассы, Украина, 1999); Международные конференции «Инвариантные методы исследования на многообразиях структур геометрии, анализа и математической физики» в МГУ (Москва, 1999, 2001); Международный семинар математиков, посвященный 100-летию Р. Калапсо (Мессина, Италия, 2001); Международная конференция «Геометрия в Одессе - 2008» (Одесса, Украина, 2008); Международная научно-образовательная конференция «Наука в вузах» в РУДН (Москва, 2009); Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационные технологии обучения математике в школе и в вузе» в ОГУ (Орск, 2009); Международная конференция «Математика. Образование.» в ЧГУ (Чебоксары, 2009); Научно-практическая конференция «Роль научных

исследований в преподавании общих математических и естественно-научных дисциплин» в МГПУ (Москва, 2009).

Основные результаты исследования опубликованы в 67 трудах (общее количество публикаций - 70) объемом более 70 печатных листов, в том числе в двух монографиях, в 11 учебных пособиях, в 1 типовой программе по курсу геометрии в педвузе и 12 публикациях в журналах, рекомендованных ВАК РФ, из них 8 публикаций в области методики преподавания математики и 4 публикации по математике.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность исследования, сформулирована цель исследования, указаны его объект и предмет, выдвинута гипотеза исследования, поставлены задачи и определены методы исследования, раскрыты его методологические и теоретические основы, охарактеризованы научная новизна, теоретическая и практическая значимости исследования, приведены положения, выносимые на защиту, данные о внедрении и апробации полученных результатов, краткое содержание диссертации.

В первой главе «ГУМАНИТАРИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КАК ОДНО ИЗ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ ОБЩЕСТВА» выполнен анализ процесса гуманитаризации образования и стратегии его развития с точки зрения особенностей профессиональной подготовки будущего учителя математики.

Существующая стратегия современного образования выдвигает его гуманитаризацию как основополагающий элемент его развития. При этом предполагается утверждение системы образования, культивирующей гуманистические ценности и идеалы. В насыщенной информационной среде задача образования состоит в том, чтобы создать условия для непрерывного квалификационного роста человека и построения открытой системы непрерывного образования, позволяющей каждому выбрать собственную стратегию обучения. Образовательная система развивается в направлении фундаментализации и расширения профиля подготовки, универсализации специалистов, переходя от классической дисциплинарно-профессиональной к мультидисциплинарной, проблемно-ориентированной.

Базовое образование учителя, изучение им различных научных курсов приводит не только к накоплению новых знаний и реализации возможностей их приложения, но и к перестройке сложившегося представления о реальном мире и его взаимосвязях. В ходе образовательного процесса меняется мировоззрение человека, образование воздействует на его сознание. Происходит изменение стратегии человеческой деятельности, в том числе, познавательной, социальной и др. Преподавание математики при подготовке учителя определяет уровень ее преподавания в школе и повышает математическую культуру населения. При подготовке учителей математики в вузах необходимо увязывать преподаваемые курсы с различными разделами школьного курса математики. Учебный процесс целесообразно перестраивать на основе активного обучения, информатизации,

средств образования и самообразования. В результате преодолевается дискретный характер ступеней образования и обеспечивается его непрерывность.

Необходимо, чтобы вузовский курс математики отвечал современному уровню развития науки и культуры. Он должен способствовать повышению компетентности учителя, развитию его способностей, обеспечивающих возможности его самообразования, постоянному росту его квалификации в процессе профессиональной деятельности. В результате разработки базовых математических курсов в процессе подготовки учителя математики на базе продолжения школьного математического образования и создания возможностей его совершенствования закладываются основы непрерывного повышения профессиональной компетентности, культуры, социальной, экономической, экологической грамотности. Все это создает комфортные условия для выбора человеком его жизненной позиции и погружения его в единое культурно-образовательное пространство. Перечисленные качества представляют собой весомые факторы профессиональной деятельности учителя математики, его непрерывного математического образования.

Ведущая идея реформы образования при подготовке учителя -организационно-методическое совершенствование процесса его подготовки. Возрастает удельный вес профессионализма учителя, умения осваивать им новые знания и применять их в сфере новейших технологий. По А.Г. Мордковичу качество работы педвузов определяется прежде всего тем, насколько их выпускники соответствуют идеальной модели педагога-мастера, в какой степени они владеют профессиональным мастерством.

Все более актуальной становится проблема гуманитаризации и профессиональной направленности обучения конкретным дисциплинам. Математическая профессиональная подготовка учителя имеет свои особенности в силу интенсивной математизации фундаментальных и прикладных наук, а также из-за трудоемкости математики как учебного предмета, повышения уровня информатизации общества, постоянного усложнения математического образовательного контента. К этим особенностям мы относим информатизацию процесса обучения математическим дисциплинам; выявление гуманитарного потенциала математических курсов с целью его последующей реализации в процессе преподавания; привлечение философских основ математических и прикладных курсов при их преподавании; учет общекультурных ценностей с целью подготовки учителя к погружению в единое культурно-образовательное пространство; проектирование математических курсов на базе их пропедевтики с предоставлением студентам возможности их дальнейшего углубления в рамках специальных курсов; обучение студентов процессу алгоритмизации задач. Все это делает образовательную среду творчески ориентированной и способствует развитию компетентности будущего учителя как совокупности его компетенций, способностей, качеств и свойств личности, необходимых для успешной профессионально-педагогической деятельности.

Указанные особенности реализуются посредством проектирования методических систем обучения различным математическим курсам, соответствующих современным тенденциям образовательного процесса.

В процессе обучения геометрии изучаются методологические основы аксиоматического подхода к построению науки; формируется мировоззрение обучаемых; осуществляется воздействие на их эмоциональную сферу; студенты побуждаются к научно-исследовательской деятельности; реализуется помощь им в методической работе, поскольку идеи, излагаемые в курсе геометрии, связаны со школьным курсом математики, а специальным образом подобранные задачи по своему содержанию и методам решения проектируются на школьный курс и развивают логическое мышление студентов, формируют их восприятие реального мира, способствуют профессионально-педагогической направленности обучения геометрии.

Во второй главе «ОБУЧЕНИЕ ТОПОЛОГИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ КАК ФАКТОР ГУМАНИТАРИЗАЦИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ» выявлен гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии, изучены существующие подходы к обучению топологии и дифференциальной геометрии, а также рассмотрены исторические и философские аспекты развития геометрии, вообще, и топологии и дифференциальной геометрии, в частности.

Историю математики и геометрии, в частности, характеризует ступенчатое развитие, т.е. ей свойственно явление полифуркации, непосредственно связанное с развитием цивилизации, в особенности техногенной. В главе рассмотрены этапы развития математики: от первичной до современной; существующие философские проблемы обоснования топологии и дифференциальной геометрии: логицистский, интуиционистский, формалистский, системный.

В современной математике топология и дифференциальная геометрия интенсивно развиваются. Формируются основные методы исследований - анализ и синтез, индукция и дедукция, обобщение и абстрагирование, аналогия и аксиоматический метод. Топологические методы применяются в решении ряда современных задач: в калибровочных теориях, квантовой теории полей, в теории жидких кристаллов и сверхтекучести, в общей теории относительности, в теории нелинейных волновых уравнений и др. Движущие силы развития математики основаны на необходимости систематизации имеющихся математических фактов, объединения их в стройную теорию, разработки методов для решения математических задач; решения задач естествознания, экономики и др. Указанные направления развития математики условно выделяют в ней математику чистую и математику прикладную. Топологические и дифференциально-геометрические методы являются базовыми в решении многих проблем прикладной математики. Топология и дифференциальная геометрия занимают особое положение в культурно-образовательной сфере человеческой деятельности. Понимание топологии и дифференциальной геометрии существенно повышают творческий, гуманитарный потенциал личности, поднимая на качественно новый уровень восприятие ею культуры и искусства.

Идеями гуманизации и гуманитаризации должно быть пронизано все образование, в том числе высшее математическое, включая подготовку учителя математики по разделам топологии и дифференциальной геометрии.

Топология представляет собой не только раздел математики, но и философию восприятия окружающего реального мира, его взаимосвязей и зависимостей. Обучение топологическим знаниям позволяет сформировать у учащихся особое мировоззрение, понимание логики развития мира, природы, естественных процессов. Лежащая в основе топологии идея непрерывности формирует у обучаемых целостный, неделимый подход к постижению новых знаний. Изучение топологии не только как отрасли математических знаний, но и как философии восприятия мира существенно способствует формированию личности человека.

Представлена трактовка понятия гуманитарного потенциала обучения и, в частности, топологии и дифференциальной геометрии. Под гуманитарным потенциалом обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики мы понимаем совокупность возможностей процесса обучения этим дисциплинам, позволяющих осуществлять его в соответствии с интересами человеческой личности и общества, формируя мышление, мировоззрение и культуру, направленные на восприятие окружающего мира в его системе непрерывных взаимосвязей, на постижение и применение системообразующих оснований и их глубинных связей, инвариантных под воздействием многообразных деформирующих процессов реальности, и готовить учителей математики с высоким научным потенциалом, способных внедриться в культурно-образовательное пространство современного общества и воспитать эрудированных профессионально-ориентированных школьников, способных продолжить обучение в различных областях и стать полезными членами общества.

Гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии включает в себя философию восприятия и мышления; философско-историческую линию, формирование мировоззрения; психологические аспекты обучения; логическую культуру мышления и его креативность; межпредметные связи и прикладную направленность; алгоритмизацию исследовательских задач и визуализацию абстрактных топологических понятий посредством информационных технологий.

Реализация выявленного гуманитарного потенциала обучения топологии дает уникальную возможность гуманитаризации всего курса математики на самом высоком - философском уровне познания, анализа и исследований взаимосвязей реального мира. Эта возможность стержневая, так как топологию можно преподавать на самых различных уровнях обучения математики: в школах и колледжах - в виде факультативных или элективных курсов по наглядной топологии; в вузах - на уровне бакалавриата - в рамках специальных курсов или в рамках курса введения в специальность с целью пропедевтики будущего базового курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия»; в вузах - на уровне магистратуры - в рамках базового курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» и в рамках специальных углубленных курсов; в аспирантуре или на курсах повышения квалификации. Таким образом, создается возможность гуманитаризации непрерывного математического образования в системе «школа - вуз - поствузовское образование».

Гуманитаризации процесса обучения различным вузовским дисциплинам посвящены исследования ряда авторов. В частности, B.C. Корниловым рассмотрены основы обучения обратным задачам для дифференциальных уравнений в условиях гуманитаризации высшего математического образования по прикладной подготовке студентов физико-математических специальностей вузов. В нашем исследовании создана методическая система обучения топологии и дифференциальной геометрии для подготовки учителей математики в условиях непрерывного математического образования (довузовского, вузовского и поствузовского обучения) в аспекте его гуманитаризации.

Трактуя топологию не только как математическую дисциплину, предвосхищающую курс дифференциальной геометрии, но и как философию восприятия реального мира, его взаимосвязей, предлагается применить комплексный философско-исследовательский подход к обучению топологии и дифференциальной геометрии. Такой подход особенно целесообразен при обучении будущих учителей математики.

Рассмотрение существующих подходов к обучению топологии и дифференциальной геометрии, проведенное на базе имеющихся по исследуемой проблематике монографий, учебников, базовых курсов по данным дисциплинам в различных вузах России, авторских курсов, специальных курсов, в том числе, и автора этой работы, диссертационных исследований, позволяют сделать выводы, существенные для формулирования предлагаемой концепции обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителей математики, в том числе, с дополнительной специальностью «Информатика»:

А). Научно-методическая литература по базовым курсам топологии и дифференциальной геометрии и по авторским специальным курсам преимущественно направлена на собственно математическую подготовку студентов. При этом практически не задействован гуманитарный, в том числе, философский потенциал топологии, позволяющий существенно расширить кругозор студентов, развить их творческие исследовательские способности и креативность мышления, увязать полученные ими математические знания с многообразием других знаний, в том числе, в прикладных и гуманитарных исследованиях. В большинстве программ не отражены проблемы визуализации топологических и дифференциально-геометрических понятий посредством информационных технологий, не предусмотрено использование компьютерных математических пакетов.

Б). Имеющиеся подходы к обучению топологии и дифференциальной геометрии классифицированы следующим образом: 1) классический, или абстрактно-научный подход; 2) прикладной подход; 3) подход, адаптированный для подготовки учителей математики.

До семидесятых годов прошлого века курс топологии и дифференциальной геометрии, в том числе, в классических университетах, ограничивался изучением элементов топологии и классической дифференциальной геометрией кривых и поверхностей. Эффективно развивающаяся механика сплошных сред, теория относительности, квантовая теория полей, теория сверхтекучести, физика нелинейных волновых уравнений вызывает необходимость кроме геометрии

кривых и поверхностей, теории тензоров и их ковариантного дифференцирования при обучении теоретиков: математиков, механиков, физиков - и прикладников изучать и другие разделы топологии и дифференциальной геометрии, например, теорию многообразий, группы преобразований, алгебры Ли и др.

При подготовке учителей математики целесообразна реализация третьего подхода к обучению - с изучением элементов топологии и классической дифференциальной геометрии кривых и поверхностей и расширением его элементами тензорного исчисления, философской трактовкой топологии и геометрии как паук, описывающих структуру мира как единого целого. Тем самым создается четвертый .- комплексный философско-исследовательский подход к изучению топологии и дифференциальной геометрии.

В). Проблема модернизации преподавания топологии и геометрии, выявления фундаментальной составляющей современной геометрии для ее изучения, достаточной для формирования математической культуры, и уровня абстракций изложения, однозначно не решена до сих пор как при подготовке математиков - исследователей (теоретиков и прикладников), так и при подготовке учителей математики, в том числе, с дополнительной специальностью «Информатика».

Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что традиционная система подготовки учителей математики по топологии и дифференциальной геометрии испытывает противоречие, сформулированное выше в разделе «актуальность исследования». Устранение указанного противоречия осуществлено в исследовании посредством разработки методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования с позиций комплексного философско-исследовательского подхода и использованием информационных технологий.

В третьей главе «МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ТОПОЛОГИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРИ ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ» создана методическая система, разработанная на базе предложенной концепции обучения топологии и дифференциальной геометрии в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования. Под методической системой обучения топологии и дифференциальной геометрии будущих учителей математики мы понимаем единство и взаимодействие целей, принципов, содержания, средств, методов и форм обучения, основанные на дуальном процессе подъема и проецирования знаний, позволяющие достигнуть прогнозируемый результат, направленный на гармоничное функционирование субъекта обучения в культурно-образовательном пространстве.

Предлагаемые положения концепции регулируют процесс и формируют содержание многоуровневого обучения топологии и дифференциальной геометрии на всех его этапах: пропедевтика (довузовская и вузовская на младших курсах специалитета или на старших курсах бакалавриата), фундаментальная базовая подготовка при изучении курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» (на старших курсах специалитета или в

магистратуре) и углубленное обучение специальным курсам (в вузе в магистратуре и при поствузовском обучении в аспирантуре, на курсах повышения квалификации и др.).

Основу концепции составляют следующие положения: 1 .Дуалистическая трактовка топологии как математической науки и как философии восприятия топологической структуры мира. 2.Парадигма непрерывно - дискретного обучения. 3.Триада обучения топологии и дифференциальной геометрии: пропедевтика базового курса на основе межпредметных связей, фундаментальная базовая подготовка, углубленное обучение специальным курсам; 4.Развитие индивидуальной креативности личности студента. 5.Применение информационных технологий в интерпретации математических абстракций.

6.Дуальность процесса проецирования новых знаний по топологии и дифференциальной геометрии на школьный курс математики и подъема знаний школьного курса математики в топологический и дифференциально-геометрический слои высшего математического образования учителя математики.

7.Гуманистическая парадигма обучения. 8.Фундаментализация обучения.

Поясним суть положения 1 о дуалистической трактовке топологии как

математической науки и как философии восприятия топологической структуры мира. Мы рассматриваем топологию как философию восприятия топологической структуры мира и трактуем ее как направленную на выработку мировоззрения форму способности воспроизведения процесса приема и преобразования информации, который обеспечивает отражение окружающего мира в его системе сложных непрерывных взаимосвязей, постижение и применение системообразующих оснований и глубинных связей, инвариантных под воздействием многообразных деформирующих процессов реальности, выработку на основе этого системы идей, целостных структур, взглядов на мир в его взаимозависимостях. Вопросы философии восприятия наиболее подробно рассмотрены философами А. Бергсоном, Ж. Делезом, М. Мерло-Понти, И.А. Кребелем и др. Нами установлено, что топология и дифференциальная геометрия формируют личностные качества обучаемых в результате внедрения в процесс обучения трактовки топологии не только как раздела математики, но и как философии восприятия структуры мира. Положение 2 о парадигме непрерывно-дискретного обучения предусматривает, что на протяжении всей жизнедеятельности человека происходит процесс усвоения им знаний, умений и навыков. Для этого процесса характерны явления непрерывности и полифуркации, то есть множественности циклов, на каждом из которых происходит переход количественных изменений в качественные. Положение 3 о триаде обучения соответствует принципу тернарности обучения. Сути положений 4, 5, 7 и 8 нашей концепции достаточно известны и не требуют дополнительных пояснений. Положение 6 подразумевает бинарный и взаимно-обратный процесс обучения, включающий проецирование и подъем знаний. Этот процесс предусматривает, что при преподавании в вузе топологии и дифференциальной геометрии с целью профессионально-педагогической направленности обучения будущих учителей имеет место проецирование новых знаний на школьный курс математики. С другой стороны осуществляется связь школьного курса математики

посредством подъема полученных при его изучении элементов топологических и дифференциально-геометрических знаний, имеющихся в школьных курсах геометрии и математического анализа, на уровень вузовского обучения топологии и дифференциальной геометрии. Последний процесс мы называем подъемом, или лифтированием знаний. На базе данного положения концепции нами сформулированы принципы проецирования и подъема знаний.

Предложенная концепция позволяет сформулировать цели обучения топологии и дифференциальной геометрии: 1.Овладеть основными топологическими и дифференциально-геометрическими понятиями, приобрести умения и навыки их применения в смежных науках. 2.Сформировать топологическую культуру и топологическое мышление. 3.Сформировать понимание взаимосвязей изучаемого курса «Элементы топология и дифференциальной геометрии» с другими вузовскими курсами. 4.Обучить постановке научно-исследовательских задач с учетом современных методов исследований. 5.Привить навыки формулирования абстрактных математических проблем в форме, доступной для исследований средствами информационных технологий как в вузе, так и в школе в дальнейшей профессионально-педагогической деятельности; проведения исследований и решения прикладных задач; интерпретации полученных результатов. 6.Научить построению алгоритмов решения исследовательских задач. 7. Развить математические компетенции посредством изучения основ топологии и дифференциальной геометрии, в том числе с применением информационных технологий. 8.Раскрыть гуманитарный потенциал курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» и его прикладную направленность. 9. Подготовить студентов к привитию ими школьникам восприятия топологической структуры мира. Ю.Осуществить дуальный процесс проецирования новых знаний по топологии и дифференциальной геометрии на школьный курс математики и подъема знаний школьного курса математики в топологический и дифференциально-геометрический слои высшего математического образования будущего учителя математики. 11.Ориентировать содержание подготовки будущих учителей математики на инвариантные и системообразующие знания по топологии и дифференциальной геометрии. 12.Научить умению самостоятельно работать со специальной литературой, добывать знания и применять их в профессиональной деятельности.

Проектируя курс топологии и дифференциальной геометрии, мы ориентируемся на профиль вуза и получаемую студентами специальность с учетом социально-психологической направленности личности студента на профессиональную деятельность. Рассмотрев известные принципы обучения, мы сформулировали несколько принципов, существенных с нашей точки зрения для качественного освоения студентами знаний, умений и навыков по топологии и дифференциальной геометрии, позволяющих достичь обозначенные нами цели и соответствующие положениям нашей концепции. Мы считаем целесообразным дополнить известные принципы следующими: принцип тернарности обучения топологии и дифференциальной геометрии, заключающийся в обучении в три этапа, гармонично связанные друг с другом, и соответствующий концепции

непрерывности математического образования; принцип проецирования новых знаний по топологии и дифференциальной геометрии, усваиваемых будущим учителем математики на школьный курс математики; принцип подъема знаний школьного курса математики в топологический и дифференциально-геометрический слои высшего математического образования учителя математики.

В соответствии с предложенной концепцией и рассмотренными принципами и целями обучения представлен отбор и формирование содержания многоуровневого обучения топологии и дифференциальной геометрии будущих учителей математики на всех его этапах.

Построена модель (рис. 1) подготовки по топологии и дифференциальной

Рисунок I. Модель поэтапной многоуровневой подготовки учителя математики по топологии и дифференциальной геометрии.

геометрии учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования в условиях специалитета и многоуровневого обучения.

Предлагаем выделить следующие целевые модули, представляющие собой инструментарий для формирования содержания и составления программ курса (специальных курсов) по топологии и дифференциальной геометрии: профессионально-педагогический, методологический (научно-исследовательский и лабораторно-исследовательский), прикладной, историко-философский.

Каждый из указанных этапов обучения топологии и дифференциальной геометрии будущих учителей математики последовательно рассмотрен в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования.

Этап пропедевтики обучения топологии и дифференциальной геометрии рассмотрен нами как в школе, так и в вузе на младших курсах специалитета или на старших курсах бакалавриата. С целью решения проблемы привития топологического восприятия мира старшеклассникам и подготовки к осуществлению этой задачи студентов - будущих учителей математики нами разработаны следующие программы: программа элективного курса «Элементы наглядной топологии линии и поверхности» для старших классов средней школы, с целью пропедевтики изучения математики в ВУЗе; программа специального курса по топологии «Наглядная топология как средство познания реального мира», по которой мы проводим занятия со студентами четвертого курса, осуществляя пропедевтику базового курса топологии и дифференциальной геометрии.

На основе опыта работы сделан вывод о целесообразности введения элементов топологии в курсы «Введение в специальность» или «Элементарная математика», либо при изучении специальных курсов, если таковые предшествуют основному курсу. В своей работе мы практикуем изучение специального курса «Наглядная топология как средство познания реального мира» на базе использования информационных технологий, носящего пропедевтический характер для изучения курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия». Такое проектирование названных курсов позволяет воспринимать будущими учителями сложные топологические и дифференциально-геометрические понятия на подготовленную почву.

Изучение элементов топологии формирует единую картину естественнонаучного мира и креативность мышления. В сознании обучаемых выделяются глубинные взаимосвязи сложных естественных процессов, описываемых с помощью базовых понятий топологии и дифференциальной геометрии: гомеоморфизмов топологических пространств, структур на гладких многообразиях - дифференциальных операторов, связностей, дифференциальных уравнений и их систем.

Концептуально придерживаясь идеи непрерывного математического образования, в соответствии с триадой обучения топологии и дифференциальной геометрии, мы предлагаем внедрить следующий, так называемый межпредметный дуплет: в рамках специального курса по топологии «Наглядная топология как

средство познания реального мира» и в рамках базового курса по методике преподавания математики готовить студентов к внедрению в школьный курс элементов наглядной топологии на факультативных или элективных занятиях.

Работа студентов МГПУ в рамках специального курса «Наглядная топология как средство познания реального мира» прививает им навыки преподавания элементов наглядной топологии в старших классах средней школы. Студенты, прослушав лекции, охватывающие проблематику гуманитарного потенциала топологии, ее связь с философией познания реального мира, получают возможность выбрать в соответствии с программой специального курса темы для самостоятельных исследований с последующей подготовкой ими презентаций. Результаты осуществленных студентами - будущими учителями исследований используются ими в их практической профессиональной деятельности в школе.

Внедрение топологических знаний в старшие классы средней школы реализовано по следующим направлениям: в процессе работы студентов старших курсов в качестве учителей математики в школах при проведении ими элективных занятий по наглядной топологии; в процессе прохождения студентами педагогических практик при проведении ими факультативных занятий по элементам наглядной топологии, при организации математических вечеров, викторин, содержащих задачи на топологические темы; при написании студентами рефератов, научно-исследовательских, курсовых и дипломных работ и апробации результатов этих работ на практике в школе. Этому способствуют институты повышения квалификации учителей и регулярно действующие научные семинары по проблемам теории и методики преподавания математики в средней школе.

В соответствии с сформулированными целями и принципами обучения и положениями концепции разработана программа базового курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» для подготовки учителей математики. Она спроектирована на основе анализа программ различных вузов, в том числе программы кафедры алгебры, геометрии и методики их преподавания Московского городского педагогического университета. Эта программа предназначена для преподавания на старших курсах специалитета или в магистратуре.

В программу предложено включить не только классические составляющие программ для подготовки учителей математики, но и следующие направления:

1) элементы фрактальной геометрии; 2) элементы тензорного и дифференциального исчислений на гладком многообразии, ибо учитель математики должен хорошо ориентироваться в приложениях предмета, преподаваемого им школьникам, а знание простейших свойств тензоров значительно способствует ориентации студентов в прикладной направленности математики; 3) усилить гуманитарную направленность курса дуальной трактовкой топологии как математической науки и как философии восприятия мира, введением элементов истории математики; 4) темы, позволяющие реализовать концепцию фундирования, обеспечив предварительную подготовку студента к восприятию материала, создав психологические и организационно-методические условия актуализации базовых знаний; 5) достижения информационных

технологий, не ограничиваясь иллюстрационной направленностью или презентациями, а вплоть до применения компьютерных математических пакетов как с целью визуализации топологических и дифференциально-геометрических понятий, так и с вычислительными целями; 6) алгоритмизацию решения исследовательских задач с целью возможности их решения средствами компьютерных математических пакетов; 7) темы, позволяющие реализовать сформулированные нами принципы проецирования и подъема знаний.

Реализация представленного нами содержания программы не предполагает увеличения количества отводимых часов на прохождение рассматриваемого нами курса и может быть осуществлена за счет квалификации лектора; оптимального распределения преподавателем тем программы для изучения их на лекциях и практических занятиях, в том числе, в форме лабораторных работ; прохождения лекционных тем с использованием информационных технологий.

Оптимизацию содержания предложенной программы курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» при подготовке учителя математики мы предполагаем осуществить посредством межпредметных связей с другими дисциплинами: теорией и методикой обучения математике, математическим анализом, алгеброй, прикладной математикой, информатикой, философией, историей, специальными курсами; а также в процессе педагогической практики, написания рефератов, курсовых, научно-исследовательских и дипломных работ.

Проектирование курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» в педагогическом вузе предполагает учет факторов готовности студентов - будущих учителей к их профессиональной деятельности. На практических занятиях по топологии предусмотрено исследовать не только топологические проблемы, но и историко-философские, решать вопросы их оптимального преподавания на базе информационных технологий таким образом, чтобы студенты могли использовать методические идеи таких занятий в своей дальнейшей деятельности.

На этапе углубленного обучения топологии и дифференциальной геометрии предполагается изучение этих дисциплин в рамках специальных курсов после освоения учебного материала фундаментального базового курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» как в вузе, так и после окончания института в аспирантуре, при повышении квалификации.

Разработаны несколько программ специальных курсов, направленных на углубление знаний, полученных при изучении базового курса, в их числе: «Дифференцируемые многообразия» и «Связности в расслоенных пространствах».

В организации процесса обучения топологии и дифференциальной геометрии, при выборе форм и методов проведения, отбора содержания и постановке целей лекций и практический занятий, при анализе материала тем курса использован передовой опыт методики преподавания в высшей школе. Сформулированные цели, принципы и основные положения концепции обучения топологии и дифференциальной геометрии будущих учителей математики позволяют осуществить выбор его форм, методов и средств в аспекте гуманитаризации математического образования.

Предложены следующие формы организации учебных занятий по топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителей математики: лекционные занятия; практические занятия, проводимые в форме традиционных семинаров и лабораторных или лабораторно-исследовательских работ; самостоятельная работа студентов в виде рефератов, докладов, презентаций, выполнения домашних заданий, научно-исследовательских, курсовых и дипломных работ; контроль знаний и умений студентов. Разработаны механизмы формирования понятий и развития топологического мышления и его креативности, а также алгоритм решения задач по топологии и дифференциальной геометрии, в том числе, с использованием компьютерных математических пакетов. При изучении материала активно используются информационные технологии. Внедряя в процесс обучения топологии будущих учителей лабораторно-исследовательские работы, выполняемые в среде Maple, мы достигаем посредством применения информационных технологий наивысшей формы обучения - самостоятельной учебной и исследовательской деятельности студентов. Данные технологии использованы не только с целью демонстрации или визуализации абстрактных топологических или дифференциально-геометрических понятий, например, в процессе лекций, но и с целью решения дифференциально-геометрических задач в рамках лабораторных и лабораторно-исследовательских работ. Практические занятия, проводимые в рамках специальных курсов углубленного изучения топологии и дифференциальной геометрии с использованием программных продуктов, мы называем лабораторно-исследовательскими работами (ЛИР), поскольку при выполнении таких работ перед студентами поставлены ряд исследовательских проблем профессионально-педагогического, методического и научного характеров.

Модель методической системы обучения представлена на рисунке 2.

(-------------------------------------------------------------------------------------------------------

( V

Школьный курс математики ► Проф.-пс д. Личности. 1 Прикладн. Матсмат.

Культурно-образовательное пространство

Рис. 2 Модель методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования.

Обучение топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики протекает в рамках непрерывного образовательного процесса в том смысле, что студенты, приступая к изучению топологии и дифференциальной геометрии, имеют опыт, знания и умения, полученные в результате их обучения в школе и на предшествующих вузовских курсах по другим учебным дисциплинам естественного и гуманитарного циклов, а впоследствии перейдут к углубленному изучению в рамках специальных курсов и после окончания вуза в рамках аспирантуры или в результате самообразования. Поэтому процесс обучения должен быть построен в условиях психологического комфорта и возможности раскрытия личностных особенностей студентов таким образом, чтобы в результате будущие учителя получили опыт и практические навыки к способности самосовершенствования, приобрели умение учиться самостоятельно. Именно в этом и заключается суть высшего образования.

С целью реализации на учебных занятиях компонентов выявленного нами гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии мы применяем метод проектов, работу со специальной системой задач или обучение на моделях.

Поскольку задачный подход, в основу которого заложена гуманитарно-ориентированная система задач, позволяет говорить о задачной технологии гуманитарного развития личности и считается одним из основных при реализации идеи гуманитаризации естественнонаучного образования, мы остановились более подробно на исследовании данной проблемы для проектирования практических занятий, проводимых в традиционной форме семинаров. Предложено определение понятия гуманитарного потенциала математической задачи. При отборе задач необходимо учитывать наличие выделенных нами гуманитарно-ориентированные компонентов их содержания.

Спроектированы гуманитарно-ориентированные учебные занятия по топологии и дифференциальной геометрии с учетом прикладной направленности на примерах тем базового курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» и углубленного специального курса «Связности в расслоенных пространствах». В проектировании гуманитарно-ориентированных учебных занятий выделены следующие этапы: исходная диагностика и диагностическое целеполагание, анализ содержания учебного материала, постановка учебных целей, планирование системы учебных занятий, отбор содержания и конструирование гуманитарно-ориентированных блоков занятий, выбор форм, методов и средств организации учебных занятий. Предложена адаптированная для студентов - будущих учителей математики методика введения некоторых базовых понятий названного специального курса: расслоенного пространства, связности, геодезических линий. Прикладная направленность этого курса продемонстрирована на применении указанных понятий в физике и прикладной математике. Так, например, задача определения геодезических в связности, присоединенной к системе обыкновенных дифференциальных уравнений третьего

студентов решать прикладные задачи на нахождение геодезических линий,

порядка

позволяет научить

которые используются во многих народно-хозяйственных задачах: при проектировании авиатрасс, прокладке трубопроводов, в космических исследованиях и др.

Для повышения эффективности и качества восприятия студентами сложных дифференциально-геометрических понятий расслоенного пространства, связности, структурной группы связности, геодезических и их обобщений следует остановиться на некоторых возможных простейших примерах приложений названных понятий и их прикладной направленности, которые целесообразно обсудить со студентами как с точки зрения межпредметных связей, так и с точки зрения понимания ими гуманитарной составляющей процесса человеческой деятельности. Обсуждение на занятиях со студентами приложений топологии и дифференциальной геометрии, в частности, понятий расслоенного пространства, связности и геодезических в квантовой теории калибровочных полей, физике элементарных частиц, электромагнетизме, термодинамике, гидродинамике, теории жидких кристаллов и сверхтекучести, общей теории относительности, явлении гравитации, гамильтоновой механике, и решение предлагаемых нами задач позволяет продемонстрировать прикладные аспекты топологии и дифференциальной геометрии, математического анализа. Студенты осознают, что законы природы описываются дифференциальными уравнениями и их системами как обыкновенными, так и в частных производных, находят применение абстрактным математическим понятиям как новым, так и ранее усвоенным в других математических курсах, в том числе, и школьном, приобщаются к реальным практическим проблемам, решаемым в прикладной математике, физике. Для целостного изучения свойств физических объектов действительности необходим природосообразный подход и разнообразные интегративные методы исследования. С позиций такого подхода проявляются субъективные и гуманитарные начала знаний об окружающем мире. Данный факт имеет особое значение для развития профессионально-педагогической направленности обучения студентов - будущих учителей математики, так как учитель должен быть готов как к работе со школьниками, так и к работе с учащимися учебных заведений, одновременно предоставляющими приобретение профессии (колледжи, техникумы...). Во всех случаях учитель должен владеть информацией о возможных приложениях математических курсов, что во-первых повышает качество преподавания математики, во-вторых позволяет ему участвовать на профессиональном уровне в процессе профориентации своих учеников и в помощи выбора ими дальнейшего жизненного пути. Решение абстрактных геометрических задач, носящих прикладную направленность, вырабатывает наглядный стиль мышления и развивает чувство естественности геометрического аппарата, демонстрирует красоту и элегантность математических приемов.

В четвертой главе «ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБУЧЕНИИ ТОПОЛОГИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРИ ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ» проведен анализ особенностей преподавания топологии и дифференциальной геометрии в условиях информатизации образования при подготовке учителей математики.

Информатизация процесса образования по С.Г. Григорьеву и В.В. Гриншкуну направлена на обеспечение достижения следующих целей: повышение эффективности всех видов образовательной деятельности на базе применения информационных и телекоммуникационных технологий; улучшение качества подготовки специалистов; формирование нового мышления, удовлетворяющего условиям информационного социума. Применение математических компьютерных пакетов в процессе обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителей математики реализует принципы системности обучения и межпредметных связей, что позволяет учащимся выстроить логические цепочки в системе знаний параллельно в нескольких дисциплинах: математическом анализе, алгебре, геометрии, информатике и прикладной математике и др.

Проблемам применения компьютерных математических пакетов в обучении математике посвящены работы многих отечественных авторов. Среди них С.Г. Григорьев, В.В. Гриншкун, Е.А. Дахер, В.П. Дьяконов, С.А. Дьяченко, С.А. Жданов, A.A. Кузнецов, В.Р. Майер, Г.В. Носовский, М.И. Рагулина, В.Ю. Ровенский, А.Т. Фоменко, А.Г. Щепетов.

Выполнение лабораторных работ в рамках практических занятий по базовому курсу топологии и дифференциальной геометрии и лабораторно-исследовательских работ (ЛИР) при изучении специальных курсов требует от студентов самостоятельной научно-практической работы. Студенты выступают в роли исследователей. При этом практические занятия, проведенные в форме ЛИР, усиливают роль преподавателя но консультационному и контролирующему сопровождению учебно-познавательной деятельности студентов. При проведении практических занятий в форме лабораторных и лабораторно-исследовательских работ с применением информационных технологий студентам приходится работать одновременно с несколькими компьютерными математическими пакетами, самостоятельно принимая решеши о целесообразности их выбора; пользоваться различными графическими и текстовыми редакторами; самостоятельно анализировать поставленные задачи, выделять этапы, необходимые для достижения цели, синтезировать теоретический материал, используемый на соответствующих этапах решения задачи, конструировать математические модели, делать самостоятельные выводы и интерпретировать полученные результаты в исходных терминах поставленной задачи. Созданная таким образом ситуация обеспечивает комплексное применение теоретических знаний и практических умений из различных разделов математики и различных учебных дисциплин (физики, механики, алгебры, математического анализа, информатики, культурологи и др.), что приводит к выводу о явном проявлении математической компетентности как качестве, приобретаемом студентами в результате обучения. Все вышеизложенное позволяет сделать выводы, что применение компьютерных математических пакетов в процессе обучения топологии и дифференциальной геометрии в сочетании с классическими методиками способствует качественной реализации основных принципов дидактики.

Разработан лабораторный практикум, использующий компьютерные математические пакеты и включающий в себя концепцию проведения лабораторных и лабораторно-исследовательских работ (ЛИР), цели, содержание, методы, формы и средства их проведения, а также предложена рекомендуемая нами тематика проведения работ и представлены конкретные примеры их проведения. Приведенные примеры демонстрируют, что в процессе подготовки к ЛИР и их осуществления происходит систематизация и структурирование знаний студентов по нескольким дисциплинам одновременно. На рис. 3 приведен результат решения задачи построения по уравнению х1 + Ъуг - 2xz + z2 - 7 = О поверхности и в заданной точке этой поверхности (0; 1; 2) - касательной плоскости и нормали к ней, демонстрирующей студентам прикладную, и, следовательно, гуманитарную направленности дифференциальной геометрии. Для решения задачи студентам предлагается представить собственные алгоритмы, что способствует развитию креативности их мышления и соответствует эвристическому поиску применения сформированных понятий и их полифуркационному обогащению. Задача решена средствами компьютерного математического пакета Maple 12.

> t .^'2-2-х :

> Cx:=dllf («. *) [t ,y> :£i :=dJ.if if , I) :

-It) + 6/ i'-v) + + fw-*>

> r?M:-iut,Mir-G.y-i.i-z;,-ra)A

STMr 4u KSv- t4 + 4w

> pl:-i»pJXeitpIot3di«,i=-S, . .5, .. .5) : p2 :-ii^lioitpl-ot3il (TPfrl, u=-2

. -5j :pj:<=ipk<iec>atrve( l-A't. 6"t-t-l, fl*t+2l , t=-2 . . .2} :vith (plots) ; di*pl«y3 J ( fpl ,p2 , p5 )) ,-

Рис. 3 Визуализация средствами Maple 12 дифференциально-геометрической конструкции, используемой в инженерной практике, реализующая прикладную и гуманитарную направленности дифференциальной геометрии.

Подобные задачи распространены в инженерной практике, например, при конструировании полотен понтонных переправ, в военном деле - углубленных ниже поверхности воды, при проектировании поддерживающих конструкций купольных перекрытий и др. Решение таких задач средствами информационных технологий позволяет визуализировать сложные дифференциально-геометрические конструкции, привить студентам навыки моделирования, необходимые в практической деятельности, которые полезны учителю

математики для обучения школьников и их профессиональной подготовки. После проведения ЛИР у студентов значительно повышается осознание математических, в частности, топологических и дифференциально-геометрических абстракций и их глубинных взаимосвязей.

Таким образом, применение информационных технологий и использование компьютерных математических пакетов в лабораторном практикуме по топологии и дифференциальной геометрии способствует реализации выявленного гуманитарного потенциала обучения названным дисциплинам.

В пятой главе «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ТОПОЛОГИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРИ ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ В АСПЕКТЕ ГУМАНИТАРИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ» рассмотрена экспериментальная проверка эффективности обучения топологии и дифференциальной геометрии на следующих этапах

эксперимента: констатирующем (1989-1998 гг.), зондирующем (1999-2003 гг.), систематическом (2003-2006 гг.) и обобщающем (2007-2009 гг.).

Констатирующий этап эксперимента имел целью проведение анализа существующих научных и методических исследований в области топологии и дифференциальной геометрии, а также констатацию проблем их преподавания. На базе существующих традиционных подходов к обучению топологии и дифференциальной геометрии были прочитаны курсы лекций и проведены практические занятия по фундаментальному базовому курсу «Элементы топологии и дифференциальная геометрия», были проведены лекционные и практические занятия в рамках дисциплин по выбору и специальных курсов по топологии и дифференциальной геометрии по темам: «Избранные вопросы топологии», «Элементы тензорного исчисления», «Пространства аффинной связности». Исследования философских, методологических и педагогических источников по проблеме гуманитаризации математического образования позволили в результате регулярно осуществляемых тестирований, анкетированиий студентов и контрольных работ, начать деятельность по выявлению гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии.

Целью зондирующего этапа эксперимента является предварительная оценка эффективности разработанных теоретических и методических основ обучения топологии и дифференциальной геометрии, отдельных методов и приемов обучения в аспекте гуманитаризации образования. В этот период, 1999-2000 гг. и 2001-2003 гг., для студентов четвертого и пятого курсов дневного отделения математического факультета Московского городского педагогического университета прочитан фундаментальный базовый курс «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» с применением элементов гуманитаризации геометрической подготовки будущих учителей. К ним относятся: включение историко-философских аспектов развития топологии и дифференциальной геометрии, дуалистическая трактовка топологии как математической науки и как философии познания мира в его взаимосвязях, развитие топологической культуры и расширение мировоззрения обучаемых.

В 2001 году начато зондирующее внедрение элементов пропедевтики обучения понятиям топологии в практику проведения занятий на подготовительных курсах факультета довузовской подготовки в Московском государственном строительном университете и со слабослышащими школьниками профильных лицейских математических и гуманитарных классов центра образования № 1406. На этом этапе также проводились тестирование, анкетирование учащихся и контрольные работы с целью выявления уровня усвоения гуманитарной составляющей обучения.

На систематическом (формирующем) этапе эксперимента осуществлен процесс систематического внедрения предложенной методической системы в практику обучения. В 2004-2005 гг. проведены лекционные и практические, в том числе лабораторные, занятия по фундаментальному курсу «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» на базе выявленного гуманитарного потенциала обучения данному курсу. При переходе на двухступенчатую систему подготовки учителей математики такой курс мы считаем целесообразным читать студентам в магистратуре. Продолжена работа по пропедевтике топологических понятий на занятиях со слушателями подготовительных курсов факультета довузовской подготовки в Московском государственном строительном университете и со слабослышащими школьниками профильных лицейских математических и гуманитарных классов центра образования № 1406. Начата пропедевтическая работа в средней школе № 280 г. Москвы (ГОУ Кадетская школа № 1783 «Московский кадетский корпус Героев Космоса») в рамках элективного курса «Элементы наглядной топологии линии и поверхности» по наглядной топологии. В этой школе с пропедевтической целью также внедрены методическая система обучения элементам топологии и дифференциальной геометрии и лабораторный практикум с применением компьютерных математических пакетов в работу методического объединения учителей математики с целью повышения их квалификации в рамках непрерывного математического образования в условиях его гуманитаризации. Со студентами механико-математического факультета Днепропетровского государственного университета проведены гуманитарно-ориентированные занятия по топологии и дифференциальной геометрии в рамках специального курса «Связности в расслоенных пространствах» для подготовки учителей математики на базе заданного подхода с учетом прикладной направленности. По результатам проведения занятий была проведена контрольная работа, позволяющая установить коэффициент полноты усвоения понятий учебного курса.

В период выполнения данного этапа регулярно осуществлялись срезы знаний обучаемых, их анкетирование и тестирование.

На обобщающем этапе эксперимента продолжено внедрение пропедевтических гуманитарно-ориентированных занятий по наглядной топологии в практику довузовского образования, осуществлено внедрение (в 2008-2009 гг.) пропедевтики обучения топологии и дифференциальной геометрии на основе метода проектов в рамках специального курса «Наглядная топология как средство познания реального мира» на четвертом курсе дневного отделения математического факультета Московского городского педагогического

университета. При переходе на двухступенчатую систему подготовки учителей математики этот пропедевтический курс мы предполагаем внедрить на уровне бакалавриата.

В 2009 году разработанные концепция и методическая система были предложены слушателям курсов повышения квалификации учителей математики при МГПУ. Проведена экспериментальная проверка эффективности внедрения в практику обучения спроектированной методической системы и определены критерии ее оценки, в числе которых коэффициенты усвоения учебного материала, полноты усвоения содержания понятий, системности знаний по соответствующим курсам топологии и дифференциальной геометрии.

В педагогическом эксперименте в период с 1999 г. по 2009 г. принимали участие: студенты математического факультета Московского городского педагогического и Днепропетровского государственного университетов в количестве 307 человек; учащиеся средних школ и слушатели подготовительных курсов факультета довузовской подготовки Московского государственного строительного университета в количестве 514 человек. При этом было задействовано 11 преподавателей ВУЗов и школ и 57 студентов - практикантов. В ходе педагогического эксперимента определялись следующие показатели: коэффициент усвоения учебного материала; коэффициент полноты усвоения содержания понятий учебного курса топологии и дифференциальной геометрии; коэффициент системности знаний.

Коэффициент усвоения учебного материала определен по формуле В.П. Беспалько: k = n/N, где п - количество баллов, набранных участниками эксперимента, N - максимально-возможное количество баллов. Коэффициент

полноты усвоения содержания понятий К = ^ п, j(nSr) определен по формуле A.B.

Усовой, где п, - количество признаков (элементов), усвоенных i-м учащимся, п -количество признаков (элементов) понятия, которые в данный момент обучения должны быть усвоены участниками эксперимента, N - количество участников, выполнявших работу. Коэффициент системности знаний по топологии и дифференциальной геометрии представляет собой количественный показатель полноты реализации связей теоретических знаний. Этот коэффициент определялся

по формуле Н.Е.Кузнецовой: К-^LJ*j{m'n)> ГДС - число признаков или связей,

ш - максимальное число признаков, п - общее количество проанализированных ответов.

Ниже приведены примеры расчетов указанных коэффициентов для различных групп респондентов.

1. Пример расчета коэффициента усвоения гуманитарной составляющей учебного материала по формуле В.П. Беспалько выполнен для 19 респондентов, прослушавших курс гуманитарно-ориентированных занятий в рамках специального курса «Связности в расслоенных пространствах», проведенного автором в 2004 г. на механико-математическом факультете Днепропетровского государственного университета, и для 11 респондентов, прослушавших пропедевтический спецкурс в 2008 г. «Наглядная топология как средство

познания реального мира» на четвертом курсе дневного отделения математического факультета МГПУ. Каждому респонденту был предложен тест из 16 вопросов по гуманитарным понятиям философии, педагогики, логики, эстетического и экологического воспитания и др. Предложенный тест содержал следующие вопросы. 1.Всегда ли цель оправдывает средства? 2.Необходимо ли изучение студентами - будущими учителями математики философии? З.Все ли средства допустимы для обеспечения мира? 4.Существует ли вопрос, на который нельзя дать однозначный ответ? 5.Нужно ли изучать историю математики? 6.Полезно ли увязывать историю математики с историей развития человеческой цивилизации? 7.Существуют ли геометрии, не имеющие возможностей приложений к прикладным вопросам? 8.Применимо ли понятие топологии к вопросам экологии? 9.Применимо ли понятие топологии к вопросам космологии? Ю.Применимо ли понятие топологии к проблемам общественных отношений?

11.Применимо ли понятие топологии к проблемам информационных технологий?

12.Существует ли связь топологии с мифологией? 13.Существует ли связь топологии с теологией? Н.Влияет ли знание геометрии на восприятие искусства? 15.Возможно ли создание новых геометрий? 16.Всегда ли практика является критерием истины в науке? Каждый вопрос предполагал однозначный ответ: «да» или «нет». Правильный с точки зрения автора ответ предполагал оценку в 1 балл, неправильный - 0 баллов. Таким образом, максимально возможное количество баллов составило: при 19 респондентах - N = 304 балла, при 11 респондентах - N = 176 баллов. Количество баллов, набранных участниками эксперимента, составило соответственно: для 19 респондентов - п=248; для 11 респондентов -п=148. Коэффициент усвоения гуманитарной составляющей учебного материала указанных курсов по формуле В.П. Беспалько составил соответственно для 19 респондентов - к=0,82 и для 11 респондентов - к=0,84.

2. Коэффициент полноты усвоения содержания понятий рассчитанный для 21 респондента 4 курса дневного отделения математического факультета МГПУ, прослушавших фундаментальный базовый курс «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» в 2004-2005 учебном году, определен по формуле A.B. Усовой. Коэффициент полноты усвоения содержания понятий К определен для 8 следующих базовых понятий: топологическое пространство, многообразие, гомеоморфизм, гладкая поверхность, кривизна, кручение, гуманитарный потенциал, прикладная математика. Для каждого понятия нами выделено из возможного количества по 3 любые характеристики, называемые A.B. Усовой признаками, или элементами (п=3). В представленной ниже таблице 1 приведены данные о количестве ответов по каждому из 8 понятий и значение коэффициента полноты усвоения содержания соответствующего понятия. Использованы следующие сокращенные обозначения: ППО - правильный полный ответ (отражено 3 характеристики); ПНО - правильный неполный ответ (отражено 2 характеристики); ЧГЮ - частично-правильный ответ (отражена 1 характеристика); НПО - нет правильного ответа (не отражена ни одна из характеристик или отраженные характеристики не верны).

Таблица 1. Козффициент полноты усвоения понятий по курсу «Элементы топологии и дифференциальная геометрия».

Понятие ППО ПНО чпо НПО К

топологическое пространство 12 2 4 3 0,70

многообразие 13 3 2 3 0,75

гомеоморфизм 12 4 3 2 0,75

гладкая поверхность 14 3 2 2 0,79

кривизна 13 5 2 1 0,81

кручение 14 6 - 1 0,86

гуманитарный потенциал 14 2 5 - 0,81

прикладная математика 15 4 1 1 0,86

3. Для респондентов, указанных в п. 2, коэффициент системности К=0,79.

Результаты педагогического эксперимента, проводимого в период с 1989 г. по 2009 г. соответственно на этапах: констатирующем (1989-1998 гг.), зондирующем (1999-2003 гг.), систематическом (2003-200б гг.) и обобщающем (2007-2009 гг.), сведены нами в таблицу 2.

Данные усвоения гуманитарной составляющей учебного пропедевтического материала по элементам топологии и дифференциальной геометрии в школе с целью пропедевтики математического образования в ВУЗе, полученные в результате тестирования учащихся по гуманитарным понятиям философии, педагогики, логики, эстетического и экологического воспитания и др. обобщены при определении коэффициента усвоения гуманитарной составляющей учебного материала к для периода 1990-2009 гг. Тест, предложенный для учащихся 10-11 классов содержал следующие 10 из 16 вопросов описанного выше теста для студентов ВУЗов: №№ 1, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 16. Величина рассматриваемого коэффициента ежегодно возрастала: с 0,59...0,61 в 1990...1991 гг. до 0,78...0,82 в 2008...2009 гг. Подробнее результаты расчета указанного коэффициента приведены в диссертационном исследовании. В таблице 2 на этапах фундаментального базового обучения курсу «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» и углубленного изучения топологии и дифференциальной геометрии в рамках специальных курсов при подготовке учителей математики в вузе указаны коэффициент усвоения гуманитарной составляющей учебного материала к и коэффициент полноты реализации связей теоретических знаний по топологии и дифференциальной геометрии, выраженный в виде коэффициента системности знаний К.

Результаты исследований, представленные в таблице 2, проанализированы нами посредством коэффициента корреляции Пирсона и ТЛ-критерия Вилкоксона (Манна-Уитни). Сопоставляя результаты констатирующего этапа эксперимента и последующих этапов соответственно для к и К, имеем коэффициент корреляции Пирсона соответственно равным 0,915 и 0,916. Полученные значения коэффициента корреляции Пирсона подтверждают, что повышение качества усвоения знаний в результате внедрения предлагаемой методической системы носит закономерный характер.

Таблица 2. Результаты эксперимента па этапах фундаментального базового обучения курсу «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» и углубленного изучения топологии и дифференциальной геометрии в рамках специальных курсов при подготовке учителей

математики в вузе

'Этапы эксперимента Голы проведения эксперимента Число респонд енгое Коэффициент усвоения гуманитарной состав.чяюшей учебного материала по В.П. БеспалькоК Коэффициент системности знаний по формуле Н.Е. Кузнецовой К

Констатирующий 1989-1998 гг. \т 13 0.58 0.66

19% 9 0.59 0.65

1997 37 0.64 0.65

1997 34 0.64 0.68

1997 11 0.63 0.68

1997 1 з 0.68 0.69

1998 15 0.67 0.71

1999 9 0.66 0.70

Зондир\ юший 1999-2003 гг. 2000 37 0.67 0.75

2002 35 0.73 0.77

Систематический 2003-2006 гг. 2004 19 0,82 0.77

2005 17 0.79 0.79

2005 21 0.78 0.78

2007 13 0.81 0.81

Сообщающий 2007-2009 гг. 2008 11 0.84 0.84

2009 13 0.83 0,83

На рисунках 4 и 5 приведены графики коэффициентов к и К соответственно.

Графики коэффициента к усвоения гуманитарной составляющей учебного материала на констатирующем этапе эксперимента и последующих этапах

Графики коэффициента К системности знаний по топологии и диффференциальной геометрии на констатирующем этапе эксперимента и последующих этапах

' 2 3 л 5 б 7 а годы этапов эксперимента

Рис. 4 Графики коэффициен та к.

Рис. 5 Графики коэффициента К.

-♦—Ряд1. ' « Ряд2

1 2 3 4 5 6 7 8 годы этапов эксперимента

Примечания: Ряд I - констатирующий этап эксперимента: Ряд 2 - последующие этапы эксперимента Цифры I -8 соответствуют следующим годам: для ряда I - ! 996. 1996. 1997. 1997, 1997. 1997. 1998. 1999; для ряда 2 - 2000. 2002, 2004, 2005. 2005. 2007, 2008. 2009

Сопоставим результаты контрольной вузовской группы (8 академических групп общей численностью 141 человек на констатирующем этапе эксперимента

1989-1998 гг.) с результатами экспериментальной группы (8 академических групп общей численностью 166 человек на зондирующем, систематическом и обобщающем этапах эксперимента 1999- 2009 гг.) для оценки системности (таблица 3) знаний по и-критерию Вилкоксона (Манна-Уитни).

Таблица 3. Оценка системности знании по и-критерию Вилкоксона (Манна-Уитни).

№ Выборка 1 Ранг 1 Выборка 2 Ранг 2

I. 0.65 1.5 0.75 9

2. 0.65 1.5 0.77 10.5

3. 0.66 3 0.77 10.5

4. 0.68 4.5 0.78 12

5. 0.68 4.5 0.79 13

6. 0.69 б 0.81 14

7. 0.70 7 0.83 15

8. 0.71 & 0.84 16

Суммы: 36 100

Результат: иЭмп = 0,013. Полученное эмпирическое значение и,м,;(0,013) находится в зоне значимости. На уровне значимости 0,05 сравниваемые выборки совпадают. Достоверность различий сравниваемых выборок составляет 95 %. Это подтверждает, что в результате внедрения предложенной нами методической системы имеет место повышение системности знаний.

Аналогичные результаты получены нами при сопоставлении тех же групп в оценке усвоения гуманитарной составляющей учебного материала, а также при сопоставлении результатов эксперимента в школьных пропедевтических группах.

Таким образом, как критерий Пирсона, так и и-критерий Вилкоксона (Манна-Уитни) позволяют сделать вывод о том, что повышение качества усвоения знаний в результате внедрения предложенной нами методической системы носит закономерный характер. Указанные критерии и непротиворечивость выводов теоретического анализа рассмотренных проблем, их согласованность с концепциями различных наук и соответствие результатам других исследователей подтверждают справедливость сформулированной гипотезы исследования.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о целесообразности внедрения предложенной концепции и системы обучения топологии и дифференциальной геометрии в практику образования в условиях его гуманитаризации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненное исследование дало возможность сделать следующие выводы:

1.Выявлен гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии, включающий в себя философию восприятия и мышления; философско-историческую линию обучения, формирование мировоззрения; психологические аспекты обучения; логическую культуру и креативность мышления; межпредметные связи и прикладную направленность; алгоритмизацию исследовательских задач и визуализацию абстрактных топологических понятий посредством информационных технологий. Сформулировано определение понятия гуманитарного потенциала

математической задачи. В содержании конкретных задач, предлагаемых в качестве примеров, выделены гуманитарно-ориентированные компоненты.

2.Теоретический анализ состояния преподавания топологии и дифференциальной геометрии и существующих к нему подходов показал, что в настоящее время подготовка будущих учителей математики по указанным дисциплинам направлена на глубокое изучение математики. При этом не осуществляется комплексная философско-исследовательская направленность, не реализуется гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии.

3. Предложенная концепция обучения позволяет расширить мировоззрение студентов, развить их логическую культуру, сформировать в их сознании причинно-следственные связи реального мира, методов его познания; положительно влияет на структуру деятельности и психику обучаемых. Введено понятие топологической культуры. Расширено понятие топологического мышления. Обучение, основанное на предложенной концепции, способствует более глубокому усвоению топологии и дифференциальной геометрии и их приложений. Оно реализует мотивационную, познавательную, развивающую и воспитательную функции образовательного процесса и позволяет достигнуть позитивных изменений в структуре деятельности и психике студентов.

4. Представлена трехэтапная методическая система многоуровневого обучения, включающая пропедевтику усвоения знаний по топологии и дифференциальной геометрии (данный этап делится на два периода - довузовский и вузовский, в случае двухступенчатой подготовки - уровень бакалавриата); фундаментальную базовую подготовку в рамках основного курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» (в случае двухступенчатой подготовки - уровень магистратуры); углубленное обучение специальным курсам (данный этап делится на два периода - вузовский, в случае двухступенчатой подготовки - уровень магистратуры и поствузовский - аспирантура, курсы повышения квалификации и др.). Эта система устраняет указанное противоречие между непрерывно возрастающим в обществе значением гуманитаризации математического образования, выявленным существующим гуманитарным потенциалом обучения топологии и дифференциальной геометрии и отсутствием системы обучения топологии и дифференциальной геометрии для подготовки учителей математики, позволяющей сформировать у будущих учителей комплексное отношение к профессии, включающее в себя глубокие знания математических зависимостей, умение их анализировать и применять в окружающей действительности, культуру топологического мышления, осознание своего положения в культурно-образовательном пространстве, этическое и эстетическое отношение к окружающему миру, людям, самому себе, знание и понимании развития топологии и дифференциальной геометрии и их приложений, профессионально-педагогическую подготовку, позволяющую воспитать эрудированных профессионально-ориентированных выпускников школ, способных продолжить обучение в различных областях и стать полезными членами общества в любых видах деятельности;

5. Для всех этапов обучения разработан лабораторный практикум с применением информационных технологий, позволяющий студентам анализировать поставленные задачи, выделять этапы, синтезировать теоретический материал, конструировать математические модели, делать самостоятельные выводы и интерпретировать полученные результаты в исходных терминах постановки задачи. Все это дает возможность интенсифицировать и оптимизировать учебный процесс.

6. Предложены механизмы формирования базовых понятий и развития топологического мышления, алгоритм решения задач по топологии и дифференциальной геометрии, в том числе, с применением ИТ. Эти механизмы продемонстрированы на примерах изучения тем базового курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия».

7.Спроектированы учебные занятия по топологии и дифференциальной геометрии с учетом их прикладной и гуманитарной направленностей. Предложена система задач для изучения углубленного специального курса «Связности в расслоенных пространствах», цель которой - научить студентов находить геодезические линии (их аналоги) в связностях в расслоенных пространствах, определенных системами обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных. Задачи системы представлены последовательно: на нахождение расслоенного пространства, определение в нем линейной и нелинейной связностей, определение геодезических, реализуя принцип зацепления. В основу заданного подхода заложена гуманитарно-ориентированная система задач. Такой подход позволяет говорить о задачной технологи гуманитарного развития личности и является одним из основных при реализации идеи гуманитаризации естественнонаучного образования.

8. На основе критериев, в числе которых коэффициенты усвоения учебного материала, полноты усвоения содержания понятий, системности знаний по соответствующим курсам топологии и дифференциальной геометрии, доказана эффективность разработанной методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителей математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования и ее положительное влияние на формирование профессиональных качеств учителя математики. Применение этих критериев в экспериментальной деятельности, а также непротиворечивость выводов, полученных в ходе теоретического анализа рассмотренных проблем, их согласованность с концепциями различных наук и соответствие результатам других исследователей позволяют подтвердить справедливость сформулированной гипотезы исследования.

Автор исследования считает, что но мере развития общества проблемы гуманитаризации математического образования могут быть предметом дальнейшего изучения.

Основные результаты работы отражены в 67 публикациях по теме диссертации объемом более 70 печатных листов. Ниже приведено извлечение из общего списка работ, содержащего 70 наименований.

I. Монографии, учебные пособия, программы.

1. Обучение топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в условиях гуманитаризации непрерывного математического образования: Монография. -М: МГСУ, М.: МГПУ, 2008. - 180 с.

2. Гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики: Монография. - М.: МГСУ, М.: МГПУ, 2009. - 335 с.

3. Сборник задач по геометрии. 4.1. М.: Эксмо, 2007. - 336 с. (в соавторстве с С.Л. Атанасяном, 22 % ).

4. Геометрия. Программа курса. М.: МГПУ, 1998. - 8 с. (в соавторстве с С.Л. Атанасяном, В.Г. Покровским, 30 % ).

II. Публикации в изданиях, включенных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов и изданий ВАК РФ.

5. Элективное изучение топологии в старших классах средней школы как элемент единства непрерывного математического образования и пропедевтики ее изучения в вузе. // Математика в школе № 9,2008. - С. 57-61.

6. Топология линии как средство развития математической культуры учащихся. // Математика в школе № 10, 2008. - С. 40 - 45.

7. О роли информационных технологий в реализации гуманитарной направленности топологической подготовки учителей математики и информатики. // Информатика и образование № 12, 2008. - С. 117 - 119.

8. Изучение топологии поверхности как инструмент повышения математической компетентности учащихся. // Математика в школе № 1, 2009. - С. 64 - 69.

9. Об информатизации курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия». //Информатика и образование № 1, 2009. - С. 109-112.

10. Информационные технологии при освоении топологических и дифференциально-геометрических знаний в условиях непрерывного математического образования.//Информатика и образование № 2, 2009.-С. 122-124.

11. Применение информационных технологий в процессе преподавания дифференциальной геометрии. // Вестник РУДН. Серия «Информатизация образования». - М.: Изд-во РУДН, 2009. № 1. - С. 34-38.

12. Роль изучения топологии в профильной школе с использованием информационных технологий.//Информатика и образование №3, 2009.-С. 107-110.

13. Инвариантное описание обыкновенной дифференциальной системы высшего порядка. // Известия высших учебных заведений. Математика № 1, Казань, 1992.-С. 51-57.

14. Аффинно-проективные связности картанова типа, ассоциированные с приведенными дифференциальными системами высших порядков. // Вестник Московского Университета. Серия 1, Математика. Механика. Москва, 1994, № 3. -С. 25-31.

15. Картанова связанность, ассоциированная с дифференциальной системой уравнений в частных производных третьего порядка. // Известия высших учебных заведений. Математика № 5, Казань, 1995. - С. 25-28.

16. Геодезические ассоциированной связности. // Известия высших учебных заведений. Математика № 2, Казань, 1996. - С. 17-20.

III. Статьи в журналах, научных, научно-методических сборниках, трудах и материалах международных конференций.

17. О некоторых сетях на поверхности V2 в Е4. // Деп. в ВИНИТИ АН СССР № 6213-В89 11.10.89 РЖМат 2А610,1990. - 31 с.

18. О некоторых сетях, построенных по псевдофокусам нормалей поверхности V2 в Е4. // Дифференциальная геометрия многообразний фигур. Межвуз. тем. сб. научн. тр. КГУ, Вып. 21, Калининград, 1990. - С.16-21.

19. Геометрия системы обыкновенных дифференциальных уравнений высшего порядка. // Тез. докл. XXVII научн. конф. ф-та физ.-мат. и ест. наук. Москва, изд-во Ун-та Дружбы Народов 1991. - С.144.

20. Фундаментальная группа и объект кривизны-кручения связности Картана, инвариантно определяемой обыкновенной дифференциаль-ной системой порядка р>2. // Деп. в ВИНИТИ АН СССР № 429-В91 14.11.91 РЖМат ЗА764, 1992. - 32 с.

21. Редукция расслоения р-реперов, инвариантно определяемая обыкновенной дифференциальной системой порядка р>2. // Деп. в ВИНИТИ АН СССР № 4291-В91 14.11.91 РЖМатЗА765, 1992. - 16с.

22.0 группе инвариантности обыкновенной дифференциальной системы dpx°l{dxs)r =0. // Тез. докл. научн. сессии МПГУ им. В.И.Ленина сер. естеств. науки, Москва, изд-во "Прометей" МПГУ им. В.И.Ленина, 1992. - С. 13-15.

23. Fibre bundle with the fundamentally-group connection associated with ordinary differential system of higher order. // Webs and Quasigroups. Tver State University, Tver, 1992.-P.42-49.

24. About the fundamental group Gnp~' of the connection generated by the differential system of higher order. // Application of Topology in algebra and differentia! geometry. Acta et commentationes Universitatis Tartuensis. V 940. Tartu, 1992,- P.41-46.

25. Интегральные кривые как геодезические ассоциированной связности. // Тез. докл. Международной конфер. "Лобачевский и современная геометрия", Ч. 1, КГУ, Казань, август 1992. - С. 24-25.

26. Об объекте кривизны-кручения связности Картана, ассоциированной с обыкновенной дифференциальной системой высшего порядка. // Дифференциальная геом. многообразий фигур. Межвуз. тем. сб-к. научн. тр. КГУ, Вып. 23, Калининград, 1992. - С. 23-29.

27. О редуктивной связности Картана. // Тез. докл. XXIX научн. конф. ф-та физ.-мат. и ест. наук. Ч. 2, мат. секции. Москва, изд-во РУДН, 1993. - С. 51.

28. О группе точечных симметрий системы обыкновенных дифференциаль-ных уравнений высшего порядка. // Дифференциальная геом. многообразий фигур. Межвуз. тем. сб. научн., тр. КГУ, Вып. 24, Калининград, 1993. - С. 37-41.

29. Invariant geometric desription of the systems of higher order differential eguations in the terms of Cartan connections. II Abstracts of the Conference on differential geometry and applications, Brno, Czech Republic, 1995. - P.14.

30. О возможной стандартизации курса геометрии в педвузе. // Тез. Докл. XIV Всероссийского семинара преподавателей математики педвузов, Орск, 1995 — С.112.

31. Методологические, культурологические и исследовательские аспекты курса оснований геометрии в педвузе.// Гуманитарный потенциал математического образования в школе и пед. вузе. Тез. докладов XV Всероссийского семинара преподавателей математики педвузов. С.-Петербург, 1996.-С. 65.

32. The Cartan connection as an invariant of differential system. // Proc. Conf. on Diff. geom. and Appl., Brno, Czech Republic, 1996. - P. 267-274.

33. Дифференциальные системы и присоединенные к ним структуры. // Тез. докладов Международной геометрической школы-семинара, Абрау-Дюрсо, Ростовский госуд. ун-т.Ростов-на-Дону, 1996. - С.11-12.

34. Связности, присоединенные к дифференциальным системам. // Современная геометрия и теория физических полей. Тез. докладов Международного геометрического семинара им. Н.И.Лобачевского, Казань, 1997. - С. 34.

35. Геометрия лагранжиана на Грассмановом расслоении гиперэлементов второго порядка. // Современная геометрия и теория физических полей. Тез. докладов Международного геометрического семинара им. Н.И.Лобачевского, Казань, 1997. - С. 35. (в соавт. Дяченко Я.В. - 50 %).

36. Методические рекомендации по математике для поступающих в Московский городской педагогический университет. // Московский городской педагогический университет, Москва, 1997.- 55 с.(в соавт. Корешкова Т. А.- 50 %).

37. О вступительных экзаменах по математике в Московский городской педагогический университет. // Математика, еженедельное учебно-методическое приложение к «Первому сентября», № 15, апрель 1997. - С. 7. (в соавт. Корешкова Т. А. - 50 %).

38. Особенности математического образования в гуманитарной и коммерческой гимназиях г. Москвы. // Ученые Московского городского педагогического университета юбилею столицы. Кадровое и методическое обеспечение столичного образования. Сборник научных работ. Комитет по телекоммуникациям и средствам массовой информации Правительства Москвы. Москва,1997.-С. 105-107.

39. Математическое образование в гуманитарной гимназии № 1504 г. Москвы. // Математика в вузе и школе: обучение и развитие. Тез. док. XVI Всеросс. сем. преподавателей, матем. педвузов, Новгород на Волхове, 1997. - С.94-95.

40. Вступительные экзамены в Московский городской педагогический университет. // Математика в школе № 1, 1998. - С. 59-66. (в соавт. Корешкова Т. А. - 50 %).

41. Каноническая нелинейная связность второго порядка для приводимой дифференциальной системы третьего порядка. // Третья международная конфер. По геометрии «в целом». Тез. Докл. Черкассы, ЧИТИ, 1999. - С. 64-65.

42. Метод «продолжений и охватов» Г.Ф.Лаптева в исследовании инвариантных свойств систем дифференциальных уравнений. // Инвариантные методы исследования на многообразиях ' структур геометрии, анализа и

математической физики. Материалы международной конф., Москва, МГУ, 1999. -С.12.

43. Геометрическая компонента математической подготовки учителей в педвузе. // Профессионально-педагогическая направленность математической подготовки будущих учителей математики в педвузах: прошлое, настоящее, будущее. Тр. Всеросс. Научн. сем. преподавателей матем. педвузов, Москва, 2000. -С. 163-164.

44. Сборник тем курсовых работ по методике преподавания математики. // Моск. гор. пед. ун-т., Москва, 2000. - 39 с. (в соавт. Денищева Л.О., Ткачева М.В., Федорова Н.Е. - 25 %).

45. Методические рекомендации по математике для поступающих в московский городской педагогический университет. // МГПУ., Москва, 2001. - 32 с. (в соавт. Корешкова Т.А., Покровский В.Г., Семенов П.В. - 25 %).

46. Синтетический метод Каргана-Лаптева в исследовании систем дифференциальных уравнений в частных производных. // Инвариантные методы исследования на многообразиях структур геометрии, анализа и математической физики. 4.1 Сб.Трудов международной конф., Москва, МГУ, 2001. - С. 33-37.

47. The Ideas of Calapso's family and contemporary Russian geometric school. Geometry of differential systems. // Rendiconti del Seminario Matemático di Messina. Serie 2, Volume n.8, 2001. -P. 37-43.

48. Методические рекомендации по математике для поступающих в московский городской педагогический университет. // МГПУ., Москва, 2002. - 40 с. (в соавт. Корешкова Т.А., Покровский В.Г., Семенов П.В. - 25 %).

49. Сборник тем дипломных работ. // Моск. гор. пед. ун-т., Москва, 2003. - 62 с.(в соавт.Денищева Л.О.,Захарова А.Е., Ткачева М.В., Федорова Н.Е. и др.-10 %).

50. Сборник тем курсовых работ по методике преподавания математики. // Моск. Гор. Пед. ун-т., Москва, 2004. - 56 с. (в соавт. Денищева Л.О., Захарова А.Е., Ткачева М.В., Федорова Н.Е., Чуйкова Н.В. и др. - 10 %).

51. Некоторые особенности преподавания математики при подготовке глухонемых учащихся к поступлению в педвузы. // Сборник научных трудов математического факультета МГПУ. МГПУ, Москва, 2005. - С. 191-194.

52. Проблемы подготовки учителя математики к преподаванию глухим учащимся на профильном уровне. Проблемы подготовки учителя математики к преподаванию в профильных классах. Мат-лы XXY Всероссийского сем. Преподавателей математики ун.-тов. И пед. вузов. Киров-Москва 2006. - С. 61-62.

53. Геометрические структуры линейной и нелинейной связностей, характеризующие дифференциальные системы. Вестник Московского городского пед. ун-та. М, 2007, № 2 (15). - С. 27-30.

54. Контрольные работы. Алгебра и начала анализа 10 кл. Профильный уровень. // Москва. Мнемозина, 2007. - 62 с.

55. Контрольные работы. Алгебра и начала анализа 11 кл. Профильный уровень. // Москва. Мнемозина, 2008, 55 с.

56. Программные продукты в курсе геометрии педвуза. // Проблемы многоуровневой подготовки учителей математики для современной школы.

Материалы XXVII Всероссийского семинара преподавателей математики университетов и педагогических вузов, Пермь, 2008. - С. 219-220.

57. О применении информационных технологий в курсе дисциплины по выбору "Наглядная топология как средство познания реального мира " // Вестник Московского городского педагогического университета. Серия "Информатика и информатизация образования". - М.: МГПУ, 2008. 2(13). - С. 65-69.

58. Контрольные работы по алгебре и началам математического анализа в 1011 классах (базовый уровень). // Математика в школе № 5, 2008. - С. 16-23. (в соавт. Мордкович А.Г. - 50 %).

59. Контрольные работы по алгебре и началам математического анализа в 1011 классах (профильный уровень). // Математика в школе № 6, 2008. - С. 3-18. (в соавт. Мордкович А.Г. - 50 %).

60. Ответы и рекомендации к контрольным работам по алгебре и началам математического анализа в 10-11 классах (базовый уровень). // Математика в школе № 6, 2008. - С. 18, С. 30; № 7, 2008. - С. 7, С. 77. (в соавт. Мордкович А.Г. -50%).

61. Ответы и рекомендации к контрольным работам по алгебре и началам математического анализа. 11 класс. // Математика в школе № 9, 2008. - С. 68. (в соавт. Мордкович А.Г. - 50 %).

62. The structure of some connections inducing the corresponding differential systems. (англ.) // Тезисы докладов международной конференции «Геометрия в Одессе - 2008», Одесса 2008. - С. 164-166.

63. Контрольные работы. Алгебра и начала анализа 10 кл. Базовый уровень. // Москва. Мнемозина, 2009. - 39 с.

64. Контрольные работы. Алгебра и начала анализа 11 кл. Базовый уровень. II Москва. Мнемозина, 2009. - 32 с.

65. О концепции преподавания топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в условиях гуманитаризации образования. // Тезисы докладов Международной научно-образовательной конференции «Наука в вузах: математика, физика, информатика». Москва, РУДН, 2009. - С. 492-494.

66. Влияние гуманитаризации обучения топологии и дифференциальной геометрии на повышение качества подготовки учителей математики. // Материалы Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 90-летию со дня рождения проф. Д.Ф. Изаака Инновационные технологии в обучении математике в вузе и школе. Орск, 2009. - С. 24-25.

67. Роль топологии в гуманитаризации непрерывного математического образования. // Математика. Образование: Материалы XVII международной конференции. Двуязычное (билингвальное) обучение в системе общего и высшего профессионального образования: Материалы I международного симпозиума. Чебоксары: Изд-во Чуваш, ун-та, 2009,- С. 202.

Лицензия ЛР№ 020675 от 09.12. 1997 г.

Подписано в печать 18.09.09 г. Формат 60x84 1/16 Печать офсетная Объем 2,88 п.л. Тир. 150 Заказ 77

Московский государственный строительный университет. Экспресс-полиграфия МГСУ , 129337, Москва, Ярославское ш., 26. тел./ф (499) 183-3865, jody@mgsu.ru

Содержание диссертации автор научной статьи: доктора педагогических наук, Глизбург, Вита Иммануиловна, 2009 год

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ГУМАНИТАРИЗАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КАК ОДНО ИЗ ПРИОРИТЕТНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ РАЗВИТИЯ

ОБЩЕСТВА.

§1.1. Стратегия развития современного образования.

§ 1.2. Гуманитаризация образования как элемент стратегии его развития.

§ 1.3. Непрерывность математического образования как фактор профессиональной деятельности учителя математики.

§ 1.4. Особенности профессиональной подготовки учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования.

§ 1.5. Геометрия в подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования.

Выводы.

ГЛАВА 2. ОБУЧЕНИЕ ТОПОЛОГИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ КАК ФАКТОР ГУМАНИТАРИЗАЦИИ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ПОДГОТОВКИ УЧИТЕЛЯ

МАТЕМАТИКИ.

§ 2.1. Генезис топологии и дифференциальной геометрии.

§ 2.2. Топология и дифференциальная геометрия в культурнообразовательном пространстве общества.

§ 2.3. Гуманитарный потенциал обучения топологии и дифференциальной геометрии в непрерывном математическом образовании.

§ 2.4. Существующие подходы к обучению топологии и дифференциальной геометрии.

Выводы.

ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ ТОПОЛОГИИ

И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРИ

ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ.

§ 3.1. Обучение топологии и дифференциальной геометрии в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования: концепция, цели и принципы.

§ 3.2. Формирование содержания обучения топологии и дифференциальной геометрии: пропедевтика, фундаментальная базовая подготовка, углубленное обучение специальным курсам.

§ 3.3. Формы, методы и средства обучения топологии и дифференциальной геометрии в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования.

§ 3.4. Проектирование занятий по топологии и дифференциальной геометрии с учетом их прикладной и гуманитарной направленностей.

§ 3.5. Проектирование специального курса «Связности в расслоенных пространствах» с учетом его прикладной и гуманитарной направленностей.

Выводы.

ГЛАВА 4. ПРИМЕНЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ

ТЕХНОЛОГИЙ В ОБУЧЕНИИ ТОПОЛОГИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРИ

ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ.

§ 4.1. Особенности применения компьютерных математических пакетов в обучении топологии и дифференциальной геометрии.

§ 4.2. Информационные технологии в реализации гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии.

§ 4.3. Лабораторный практикум по топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики с применением компьютерных математических пакетов.

Выводы.

ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННОЙ МЕТОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ ТОПОЛОГИИ И ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ ПРИ ПОДГОТОВКЕ УЧИТЕЛЯ МАТЕМАТИКИ В АСПЕКТЕ

ГУМАНИТАРИЗАЦИИ ОБРАЗОВАНИЯ.

§ 5.1. Поэтапная организация внедрения и экспериментальной проверки эффективности обучения топологии и дифференциальной геометрии.

§ 5.2. Оценка эффективности предложенной методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации образования.

Выводы.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Методическая система обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования"

Современное общество нуждается в грамотных специалистах, способных принимать и реализовывать творческие решения в различных областях деятельности.

В практике обучения происходит внедрение парадигм личностно-ориентированного и развивающего обучения, гуманизации, гуманитаризации, фундаментализации и информатизации. Направленные на организацию учебного процесса с учетом достижений современной науки, они обеспечивают систематическое обновление аспектов образования, его ориентацию на развитие личности, создание комфортных условий для постижения новых знаний.

В России установлен приоритет образования, реализуется принцип его непрерывности, позволяющий последовательно получать знания на следующих его уровнях: дошкольное; общее - начальное, основное, среднее (полное); профессиональное - начальное, среднее, высшее, дополнительное; послевузовское профессиональное - аспирантура, докторантура, повышение квалификации и переподготовка.

При подготовке будущих учителей особое внимание уделяется профессионально-педагогической направленности. Необходим комплексный подход к подготовке учителей математики по топологии и дифференциальной геометрии с позиций гуманитаризации обучения и его профессионально-педагогической направленности. Посредством реализации выявленного гуманитарного потенциала обучения названным дисциплинам происходит единение общественных функций образования, отвечающего за интеллектуальную сферу, и культуры, отвечающей за духовные ценности, -тем самым создается единое культурно-образовательное пространство.

Идея гуманитаризации предполагает построение социокультурной концепции образования. Гуманитаризация его, в частности, предполагающая формирование знаний по различным учебным курсам на каждой из ступеней непрерывной системы образования с одновременным приобщением обучаемых к культурным и духовным ценностям, способствует их органичному погружению в единое культурно-образовательное пространство. Тем самым минимизируется разрыв образования с традициями мировой и отечественной культур. Интенсивность процесса гуманитаризации образования, возможности его воздействия на личность обучаемого во многом зависят от гуманитарного потенциала учебных курсов и наличия методических систем, позволяющих его реализовать. В процессе обучения естественным, техническим, социально-гуманитарным наукам формируются представление и знание мировоззренческих образов природы и общества, изменяется логика мышления обучаемого.

В подготовке учителей математики преподавание геометрии имеет давние традиции. Эти традиции развивались и изменялись в соответствии с запросами общества и на базе научных исследований в математике, психологии, педагогике. Для понимания существующих подходов к обучению топологии и дифференциальной геометрии необходимо обратиться к наследию математиков, философов и дидактов, начиная с древних времен до настоящего времени, таких как Пифагор, Платон, Аристотель, Евклид, Архимед, Аполлоний, Леонардо да Винчи, А. Дюрер, Ф. Виет, Р. Декарт, Ж. Дезарг, Л. Эйлер, Г. Монж, Ф. Дюпен, Н.И. Лобачевский, Я. Штейнер, Ж. Френе, П.Л. Чебышев, Ф. Клейн, А.П. Киселев, А. Пуанкаре, Д. Гильберт, Э. Картан, Н.А. Извольский, В.М. Брадис, Н.Н. Лузин, Д. Пойа, А.Я. Хинчин, П.С. Александров, И.В. Арнольд, П.С. Новиков, А.Н. Колмогоров, Г.Ф. Лаптев, Б.В. Гнеденко, Н.Я. Виленкин, Л.С. Атанасян, В.Т. Базылев, Г.В.Дорофеев, Л.Д. Кудрявцев, А.С. Симонов, А.Т. Фоменко, В.А. Далингер.

Принцип интегративности знаний предполагает использование межпредметных связей при изучении топологии и дифференциальной геометрии. Обучение им будущих учителей математики в тесной связи с историей науки, научными методами, обеспечившими достижение определенных открытий, позволяет приобщить учителей математики к культуре. Подтверждение этому — исследование проблем топологического мышления, топологической логики, топологического силлогизма Аристотелем в его трактате «Топика». Анализ топологического принципа в эстетике Аристотеля, исследования его топологической диалектики провел А.Ф. Лосев. Ж. Делёз рассмотрел проблемы эстетики, архитектуры и кино с позиций топологического мышления. Интересны исследования вопросов топологического мышления философами М.К. Мамардашвили, В.В. Савчуком, А.А. Грякаловым. Вопросы философии восприятия рассмотрены А. Бергсоном, Ж. Делезом, М. Мерло-Понти, И.А. Кребелем и др.

Анализ существующих подходов к обучению топологии и дифференциальной геометрии показал, что они направлены на глубокое изучение математики и ее приложений, но при этом не осуществляют комплексную философско-исследовательскую направленность обучения, не реализуют гуманитарный потенциал обучения топологии: и дифференциальной геометрии. В подавляющем большинстве программ не отражены проблемы визуализации топологических и дифференциально-геометрических понятий посредством, информационных; технологий, не предусмотрено использование компьютерных математических пакетов.

Изучены диссертационные исследования по проблематике обучения в высшей школе и его гуманитаризации.

Вопросы профессионально-педагогической направленности подготовки учителей математики исследованы А.Г. Мордковичем, В.И. Игошиным, Г.Л. Луканкиным, Г.Г. Хамовым, Л.В. Шкериной.

Проблемы непрерывности школьного и вузовского математического образования изучены И.И. Мельниковым, Е.М. Ибрагимовой.

Ряд авторов: В.Ф. Любичева, А.И. Нижников, Е.И. Смирнов, Н.Л. Стефанова, Т.И. Уткина - в своих исследования осветили проблемы методики преподавания математики в высшей школе.

Актуальные исследования по оптимизации, интенсификации и применению информационных технологий в процессе подготовки учителей математики проведены В.А. Бубновым, С.Г. Григорьевым, В.В. Гриншкуном, В.Р. Майером, В.Т. Петровой^А.В. Ястребовым.

Вопросы профильной дифференциации обучения изучены И.В. Дробышевой, Е.С. Петровой и Н.Г. Подаевой.

Гуманитаризация математического образования в вузах рассмотрена P.M. Аслановым, В.В. Афанасьевым, Т.А. Ивановой, B.C. Корниловым, А.Х. Назиевым, Т.С. Поляковой, И.С. Сафуановым, B.C. Сековановым.

Таким образом, проведенный анализ показывает, что в имеющейся литературе практически не рассмотрена проблематика создания методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии для подготовки учителя математики, включающая, в частности: выявление гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики и его гуманитаризацию; оптимизацию обучения топологии и дифференциальной геометрии, в том числе посредством информационных технологий; реализацию выявленного гуманитарного потенциала обучения топологии с целью формирования^ мировоззрения и профессионально-педагогической направленности подготовки будущего учителя математики; проецирование изучаемых топологических и дифференциально-геометрических понятий на школьный курс математики и одновременный подъем элементов этих понятий, содержащихся в школьном курсе, на уровень вузовского обучения. Важность указанных проблем и отсутствие их освещения в научно-педагогической литературе делает актуальной тему исследования.

Все вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что традиционная система топологической и дифференциально-геометрической подготовки учителей математики испытывает противоречие между непрерывно возрастающим в обществе значением гуманитаризации математического образования, выявленным существующим гуманитарным потенциалом обучения топологии и дифференциальной геометрии и отсутствием методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии для подготовки учителей математики, позволяющей сформировать у будущих учителей комплексное отношение к профессии, включающее в себя глубокие знания математических зависимостей, умение их анализировать и применять в окружающей действительности, культуру топологического мышления, осознание своего положения в культурно-образовательном пространстве, этическое и эстетическое отношение к окружающему миру, людям, самому себе, знание и понимании развития топологии и дифференциальной геометрии и их приложений, профессионально-педагогическую подготовку, позволяющую воспитать эрудированных профессионально-ориентированных выпускников школ, способных продолжить обучение в различных областях и стать полезными членами общества в любых видах деятельности.

Необходимость устранения указанного противоречия посредством разработки методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического- образования с использованием информационных технологий, позволяющей сформировать у будущих учителей математики культуру топологического мышления, эстетическое и этическое отношение к окружающему миру, знание и умение применять историю развития топологии и дифференциальной геометрии и их приложений, основ гуманитарного анализа топологических и дифференциально-геометрических исследований, определяет научную проблему представляемой диссертационной работы. Эта проблема заключается в отсутствии методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии, ориентированной на подготовку учителей математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования, способствующей формированию у будущих учителей комплексного отношения к профессии, включающего в себя культуру топологического мышления, эстетическое и этическое отношение к окружающему миру, людям, самому себе, способность оценить красоту и гармонию математических идей и формул, знание и умение применять историю развития топологии и дифференциальной геометрии и их приложений, основ гуманитарного анализа топологических и дифференциально-геометрических исследований, психологические качества личности.

Целью исследования является создание методической системы обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования, обеспечивающей формирование у будущих учителей комплексного отношения к их профессиональной деятельности, включающего в себя базовую математическую культуру, в том числе, культуру топологического мышления; знания и умения применять топологию и дифференциальную геометрию и их приложения к различным курсам математики в процессе их профессионально-педагогической деятельности; способность воспитать эрудированных профессионально-ориентированных выпускников школ, готовых продолжить обучение в различных областях и стать полезными членами общества в любых видах деятельности.

Объектом исследования является математическая подготовка студентов — будущих учителей математики.

Задачи исследования. Названные цели, предмет и гипотеза исследования определили следующие задачи:

7) экспериментально подтвердить эффективность разработанной методической системы.

A.И., Песталоцци И.Г., Пышкало A.M., Стефанова Н.Л. и др.); в области методологических аспектов применения информационных технологий и прикладной направленности (Анищенко С.А., Григорьев С.Г., Гриншкун

B.В., Дахер Б.А., Дьяконов В.П., Жданов С.А., Корнилов В. С., Кузнецов А.А., Майер В.Р., Роберт И.В. и др.); в области топологии, и дифференциальной геометрии и их приложений (Акивис М.А., Александров П.С., Гольдберг В.В., Базылев В.Т., Гильберт Д., Ефимов Н.В., Зейферт Т., Зуланке Р., Картан Э., Кобаяси Ш, Мищенко А.С., Новиков С.П., Номидзу

К., Постников М. М., Розенфельд Б.А., Фоменко А.Т., Хаусдорф Ф., Шелехов A.M., Шутц Б. и др.).

Научная новизна исследования.

1). Обосновано, что обучение топологии и дифференциальной геометрии обладает гуманитарным потенциалом.

Предложен комплексный философско-исследовательский подход к подготовке учителей математики по топологии и дифференциальной геометрии, позволяющий в процессе обучения формировать математические компетенции и мировоззрение обучаемых, направленное на развитие их топологической культуры и топологического мышления.

Введено понятие гуманитарного потенциала обучения топологии и дифференциальной геометрии.

Топологическое мышление определено как процесс непрерывного познания истины как события, но не адеквации, при котором новые знания формируются с учетом ранее осознанных устойчивых знаний. Определено понятие топологической культуры.

Топологическая культура — это не только такой уровень развития человека и общества, на котором осознанно реализуются знания, умения, навыки, но и уровень интеллекта, нравственное и эстетическое развитие, мировоззрение, направленные на восприятие окружающего мира в его системе сложных непрерывных взаимосвязей, на постижение и применение системообразующих оснований (гуманности, экологичности, норм морали и права и пр.) и их глубинных связей, инвариантных (неизменных) под воздействием многообразных деформирующих процессов реальности, на выработку на основе этого системы идей, целостных структур, взглядов на мир в его взаимозависимостях. В более узком смысле топологическая культура включает в себя топологические знания, умения и навыки, реализуемые в сфере математической деятельности и ее приложений.

2). Разработана концепция обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики в аспекте гуманитаризации непрерывного математического образования, основу которой составляют: дуалистическая трактовка топологии как математической науки и как философии восприятия топологической структуры мира, парадигма непрерывно-дискретного обучения, триада обучения топологии и дифференциальной геометрии, дуальность процесса проецирования новых знаний по топологии и дифференциальной геометрии на школьный курс математики и подъема знаний школьного курса математики в топологический и дифференциально-геометрический слои высшего математического образования учителя математики и др.

4). Сформировано содержание-многоуровневого обучения топологии и дифференциальной геометрии при подготовке учителя математики на этапах пропедевтики усвоения знаний, фундаментальной базовой подготовки в рамках основного курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия», углубленного обучения специальным курсам.

Второй этап выполнен в период 1999-2003 гг. Выявлен гуманитарный потенциал обучения геометрии, в том числе, топологии и дифференциальной геометрии. Проанализированы подходы к обучению топологии и дифференциальной геометрии, выявлены особенности обучения этим дисциплинам при подготовке учителя математики. На базе результатов проведенного анализа и установленных особенностей обучения будущих учителей математики разработаны теоретические и методические основы обучения топологии и дифференциальной геометрии с учетом профессионально-педагогической направленности подготовки учителя математики в аспекте гуманитаризации образования. Сформулирована концепция обучения на этапах: пропедевтики как довузовского математического образования, так и в вузе на уровне бакалавриата; фундаментального базового обучения при изучении курса «Элементы топологии и дифференциальная геометрия» на уровне магистратуры; углубленных специальных курсов на уровнях магистратуры, аспирантуры и других видов поствузовского образования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная концепция обучения дает возможность подготовить учителей математики, владеющих топологией и дифференциальной геометрией, обладающих топологической культурой, топологическим мышлением, научным потенциалом, способных в культурно-образовательном пространстве современного общества воспитать эрудированных профессионально-ориентированных выпускников школ. Дуалистическая трактовка топологии как математической науки и как философии восприятия топологической структуры мира позволяет сформировать у будущих учителей математики топологическую культуру.

- возможности непрерывного наращивания математической компетенции и совершенствования педагогического мастерства.

4. Предложенные принципы обучения - проецирования и подъема знаний — предусматривают дуальность процесса обучения топологии и дифференциальной геометрии. С одной стороны, при преподавании в вузе топологии и дифференциальной геометрии с целью профессионально-педагогической направленности обучения будущих учителей осуществляется проецирование новых знаний на школьный курс; с другой стороны - подъем элементов топологических и дифференциально-геометрических знаний из школьного курса математики на уровень вузовского обучения.

6. Применение информационных технологий и использование компьютерных математических пакетов в лабораторном практикуме по топологии и дифференциальной геометрии способствует реализации выявленного гуманитарного потенциала обучения названным дисциплинам: побуждает студентов анализировать поставленные задачи, выделять этапы достижения цели, синтезировать теоретический материал, конструировать математические модели и алгоритмы решения исследовательских задач, делать выводы и интерпретировать результаты в исходных терминах поставленной задачи. Это обеспечивает комплексное применение знаний и умений из различных разделов математики, в том числе, для решения прикладных задач, активизирует и упорядочивает базовые, знания по основному курсу и другим различным дисциплинам, реализуя принцип межпредметных связей в условиях психологического комфорта. Информатизация обучения топологии и дифференциальной геометрии обеспечивает готовность будущих учителей к применению полученных на занятиях по топологии и дифференциальной геометрии знаний и навыков по информационным технологиям в их профессиональной деятельности в школе.

8. Отобранная система критериев, включающих коэффициент усвоения учебного материала, полноту усвоения содержания понятий, коэффициент системности знаний по топологии и дифференциальной геометрии, позволяет оценить эффективность созданной методической системы обучения и ее влияние на формирование профессиональных качеств будущих учителей и процесс гуманитаризации математической подготовки студентов. Применение этих критериев в экспериментальной деятельности, а также непротиворечивость выводов, полученных в ходе теоретического анализа рассмотренных проблем, их согласованность с концепциями различных наук и соответствие результатам других исследователей подтверждают справедливость сформулированной гипотезы исследования.

Результаты исследования, внедрены в учебный процесс Московского городского педагогического университета, курсов повышения квалификации учителей математики при МГПУ, Московского государственного строительного университета, Днепропетровского государственного университета, средней школы № 280 г. Москвы (ГОУ Кадетская школа № 1783 «Московский кадетский корпус Героев Космоса»), центра образования № 1406 для слабослышащих школьников - см. приложение 6.

Апробация результатов исследования. Результаты доложены и обсуждены на различных международных и всероссийских конференциях и конгрессах, в числе которых: XXVII и XXIX научные конференции в РУДН (Москва, 1991, 1993); Научная сессия при МПГУ им. В.И.Ленина (Москва, 1992); Международная конференция по применению топологии в алгебре и дифференциальной геометрии в ТГУ (Тарту, Эстония, 1992); Международная конференция "Лобачевский и современная геометрия" в КГУ (Казань, 1992); Международный конгресс по дифференциальной геометрии и ее приложениям (Брно, Чехия, 1995); Всероссийские семинары преподавателей математики педагогических вузов и университетов (Орск, 1995, С.Петербург, 1996, Новгород, 1997, Москва, 2000, Киров-Москва, 2006, Пермь, 2008); Международная геометрическая школа-семинар в РГУ (Ростов-на-Дону, 1996); Международный геометрический семинар «Современная геометрия и теория физических полей» в КГУ (Казань, 1997); III международная конференция по геометрии «в целом» в ЧИТИ (Черкассы, Украина, 1999); Международные конференции «Инвариантные методы исследования на многообразиях структур геометрии, анализа и математической физики» в МГУ (Москва, 1999, 2001); Международный семинар математиков, посвященный 100-летию Р. Калапсо (Мессина, Италия, 2001); Международная конференция «Геометрия в Одессе - 2008» (Одесса, Украина, 2008); Международная научно-образовательная конференция «Наука в вузах» в РУДН'(Москва, 2009); Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационные технологии обучения математике в школе и в вузе» в ОГУ (Орск, 2009); Международная конференция «Математика. Образование.» в ЧТУ (Чебоксары, 2009); Научно-практическая конференция «Роль научных исследований в преподавании общих математических и естественно-научных дисциплин» в МГЛУ (Москва, 2009).

Список литературы диссертации автор научной работы: доктора педагогических наук, Глизбург, Вита Иммануиловна, Москва

1. Болтянский В.Г., Ефремович В.А. Наглядная топология. - М.: Наука. Главная редакция физ.-мат. лит-ры. Сер.: Библиотечка «Квант». 1982. -149 с.

2. Гильберт Д., Кон-Фоссен С. Наглядная геометрия. М., Наука, 1981. -340 с.

3. Дьяконов В.П. Математическая система Maple VR.3/R.4/R.5. М.: Солон, 1998.-400 с.

4. Прасолов В.В. Наглядная топология. М.: МЦНМО. 1995. - 112 с.

5. Рохлин В.А., Фукс Д.Б. Начальный курс топологии. Геометрические главы. М.: Наука. 1977. - 488 с.

6. В процессе работы студентов старших курсов в качестве учителей математики в школах при проведении ими элективных занятий по наглядной топологии 68.;

7. В процессе прохождения студентами педагогических практик при проведении ими факультативных занятий по элементам наглядной топологии, при организации математических вечеров, викторин, содержащих задачи на топологические темы 311., [318];

8. Ввести в программу элементы фрактальной геометрии.

9. Значительно усилить гуманитарную направленность курса посредством дуальной трактовки топологии как математической науки и как философии восприятия мира; введения элементов истории математики.

10. Ввести в программу темы, позволяющие реализовать концепцию фундирования 27., обеспечив предварительную подготовку студента к восприятию материала, создав психологические и организационно-методические условия актуализации базовых знаний.

11. Ввести в курс лекций проблематику алгоритмизации решения исследовательских задач с целью возможности их решения средствами компьютерных математических пакетов.

12. Метрические и топологические пространства.

13. Непрерывность и гомеоморфизм.

14. Отделимость, связность, компактность.

15. Многообразия. Эйлерова характеристика.

16. Математические задачи, связанные с фракталами.

17. Гладкие линии. Касательная. Длина дуги кривой. Естественная параметризация кривой.

18. Кривизна и кручение кривой. Трехгранник Френе. Формулы Френе. Плоские кривые. Винтовые линии.

19. Гладкие поверхности. Касательная плоскость и нормаль.

20. Первая квадратичная форма поверхности и ее применение.10 . Кривизна линии на поверхности. Вторая квадратичная форма поверхности и ее геометрический смысл.

21. Нормальная кривизна. Главные кривые поверхности.

22. Средняя и полная кривизны поверхности. Индикатриса Дюпена.

23. Некоторые специальные линии на поверхности: линии кривизны, асимптотические линии, геодезические линии.