Formation of research competence on the example of mathematical club classes in a railway university

В связи с тем, что Федеральный государственный образовательный стандарт предусматривает начало формирования научно-исследовательской компетенции с первых курсов обучения в высших учебных заведениях, становится необходимым при преподавании учебных дисциплин  применять различные методики по формированию данной компетенции.

Впервые исследовательские методики были описаны в работах Р.Э. Армстрижа, Я Герда, М.М. Стасюлевича, Б.В. Всесвятского, И.И. Срезневского, Б.Б. Райкова и других. Кроме того, активизации познавательной деятельности обучающихся были посвящены исследования М.Н. Скаткина, Б.П. Есипова, М.А. Данилова.

Среди современных учёных стоит отметить работы Е.Н. Кикоть, А.В. Дионтовича, В.С. Мухиной, С.А. Архангельского, которые описывают состояние практики изучаемого вопроса. В трудах перечисленных учёных акцептируется внимание на том, что вовлечение в исследовательскую деятельность обучающихся способствует развитию креативности, проявляющейся в умении находить нестандартные способы решения задач

По мнению ряда учёных, для стимулирования творческого процесса необходимо создать подходящую психологическую атмосферу. Эффективность исследовательской работы будет значительно выше, если обеспечить индивидуальный подход к обучению, который учтёт различные уровни сложности заданий, возрастные особенности и уровень подготовки обучающихся

Целью представленной статьи является рассмотрение влияния студенческого научного кружка на формирование научно-исследовательской компетенции обучающихся.

Объектом данного исследования стал  студенческий математический кружок в Приволжском государственном университете путей сообщения.

Как и  в любом университете Российской Федерации, в Приволжском государственном университете путей сообщения особое внимание уделяется научно-исследовательской деятельности, в частности, в области развития железнодорожного транспорта

В соответствии с Федеральным законом «Об образовании в Российской федерации» от 29.12.2012 г. было разработано положение с определением понятия, видов и порядка проведения заседаний студенческих научных кружков, регулирования отношений, возникающих между участниками.

Студенческий научный кружок — одна из форм научной деятельности обучающихся Приволжского университета путей сообщения и его филиалов, направленная на развитие, поддержку, стимулирование и расширения научного потенциала, формирование навыка научно-исследовательской деятельности в свободное от учёбы или специально предоставленное время, объединяющая на добровольной основе обучающихся, занимающихся научными исследованиями. Направлениями деятельности кружка, являются:

– проведение научных заседаний;

– подготовка научных работ и проектов к участию в конкурсах, олимпиадах, выставках;

– подготовка студентов к участию в конференциях, симпозиумах, круглых столах, семинарах;

– разработка научных докладов, сообщений и рефератов по актуальным вопросам в рамках направлений научно-исследовательской деятельности университета.

Целями и задачами студенческого научного общества являются:

– повышение уровня теоретических и практических знаний обучающихся;

– развитие навыков участия в управлении инновационными процессами;

– формирование навыков проектной деятельности в решении практических задач и т.д.;

– отбор перспективной молодёжи для формирования резерва научно-педагогических кадров.

Членом студенческого научного кружка является каждый обучающийся Университета, регулярно посещающий заседания, а также принимающий активное участие в олимпиадах, конференциях и других мероприятиях научно-исследовательского направления.

Уделим внимание началу деятельности студенческих научных кружков, куда приходят обучающиеся первых курсов, это кафедры естественных наук (химии, физики, математики).

Основные методологические принципы, лежащие в основе написания статьи, базируются на работах известных зарубежных и российских учёных в области педагогики и психологии. Кроме того, был произведён поиск и изучение работ, посвящённых развитию научно-исследовательской компетенции обучающихся.

Авторами данного исследования поставлены следующие задачи:

1. Рассмотреть студенческий математический кружок, как часть структуры студенческого научного общества.

2. Рассмотреть влияние студенческого научного кружка на формирование научно-исследовательской компетенции обучающихся.

3. Привести пример решения задачи, рассматриваемой на занятиях студенческого математического кружка, влияющей на развитие научно-исследовательской компетенции.

На кафедре высшей математики Приволжского университета путей сообщения открыт студенческий научный кружок «Математическое моделирование систем и процессов на железнодорожном транспорте», где изучаются различные математические модели, связанные с будущими профессиями обучающихся

Сформулируем цели, стоящие перед студенческим научным кружком:

1) формирование личности студента, развитие его интеллекта и способностей к логическому и алгоритмическому мышлению;

2) развитие у обучающихся  способности приобретать новые математические естественно-научные знания в процессе реализации практических работ;

3) приобретение навыков  у студентов логически верно и ясно строить устную и письменную речь, создавать тексты профессионального назначения;

4)  умение публично  представлять результаты своих исследований.

Студенты — члены кружка, активно участвуют в олимпиадах, различных студенческих конференциях, используют свои знания и умения при работе над курсовыми проектами, расчётно-графическими работами, над дипломами. Многие обучающиеся остаются продолжать свою научную деятельность не только в стенах Университета, но и на предприятиях железнодорожной отрасли после распределения.

Основными участниками кружка в последние годы стали обучающиеся по специальности «Менеджмент и логистика на транспорте», что придаёт новые направления в работе кружка.

Следует отметить, что появилась заинтересованность обучающихся  перевозками, доставками грузов различными видами транспорта (железнодорожным, автомобильным, водным) и их комбинациями.

На практике студентам была предложена следующая задача: транспортной логистической фирме необходимо создать план перевозки одного груза с четырёх баз-поставщиков на предприятие (каждому предлагается только один определённый вид транспорта из четырёх предложенных (автомобильный, железнодорожный, водный и грузовым самолётом), таким образом, чтобы затраты на перевозку были минимальные. Перед решением задачи обучающимся предоставляется весь необходимый теоретический и методический материал, необходимый для решения данной задачи

Выполнив решение, которое составило 5 шагов, пришли к результату, что zmin=28 минимальные затраты при

т.е. груз с первой базы отправляют автомобильным транспортом, груз со второй базы водным транспортом, груз с третьей базы на грузовом самолёте, груз с четвёртой базы на железнодорожном транспорте.

Проанализировав результат решения задачи, обучающиеся пришли к выводу, что тот факт, что все величины спроса и предложения равны единице, значительно отличается от результатов решения обычных транспортных задач.

Но в силу специфики постановленной задачи, возникла необходимость рассмотреть другой метод решения. Был предложен Венгерский метод решения задачи о назначении, чем и воспользовались обучающиеся. Решение задачи  данным  методом оказалось более приемлемый для решения подобных задач. Дальнейшая задача состояла в том, чтобы найти похожие задачи и методы их решения. Остановились по схожести видов на задаче о назначении и представленном к ней методу решения Венгерским методом. Ознакомившись с ним подробнее, применили его к предложенной задаче.

Согласно таблице 1 из условия задачи записываем матрицу эффективностей «С», которая состоит из стоимостных коэффициентов перевозки (cij) груза от конкретной базы на конкретном транспорте

Решение задачи Венгерским методом, который состоит из следующих шагов:

Шаг 1. Преобразование строк и столбцов матрицы эффективностей.

Цель данного шага — получение максимально-возможного числа нулевых элементов в матрице С. Для этого сначала выписывают минимальные элементы строк, которые проставляются около каждой строки свой min за матрицей и вычитают эти элементы из соответствующих строк.

Затем из получившейся матрицы выписывают минимальные элементы из столбцов и также вычитают из каждого соответственно. В результате выполнения этого шага, получаем новую эффективную матрицу.

Шаг 2. Определение назначений.

Назначение определяется следующим образом: последовательно выбираются строки с одним нулём, выделяют этот ноль и вычёркивают в соответствующем столбце оставшиеся нули.

Если, после выполнения этой процедуры в каждой строке и в каждом столбце матрицы эффективностей С можно выбрать по одному нулевому элементу, то полученное решение будет оптимальным.

В данной задаче приходим к матрице

Полученное решение не является оптимальным, т.к. в 4-й строке не осталось нулей, а в третьей строке осталось два нуля, поэтому пришлось перейти к третьему шагу, что и было задумано преподавателем заранее, при создании условий задачи.

Во-первых, обучающиеся сами должны были, решив задачу транспортным методом, задуматься о применении других математических методов, что и произошло в дальнейшем.

Во вторых, задача не должна была заканчиваться на втором шаге, и её данные были подобраны так, что бы появилась мотивация в применении 3-го шага, так как ознакомление с ним является важным аспектом при решении таких задач. Вот мы и подошли к третьему шагу.

Шаг 3. Модификация преобразованной матрицы эффективностей.

Этот шаг заключается в следующем: нужно провести в матрице минимальное число прямых (по строкам и столбцам) так, чтобы все нули оказались вычеркнутыми. Затем выбирается минимальный элемент среди оставшихся, не вычеркнутых элементов, и вычитают его из всех не вычеркнутых элементов и прибавляют ко всем элементам, расположенным на пересечении прямых, т.е. получилась матрица

Теперь получаем матрицу эффективности распределений

Таким образом, оптимальное назначение имеет вид

Полученное решение полностью совпало с первым методом решения задачи.

cmin=5+5+12+6=28  ед.

Обучающиеся узнали новый метод и, решили с его помощью задачу. Преподаватель  вместе с обучающимися проанализировали полученный результат решения задачи и пришли к выводу, что Венгерский метод решения задачи о назначении оказался для этой задачи более компактным и рациональным.

Следует отметить, что, продолжая обучение на старших курсах, обучающиеся активно участвуют в работе кружка, приходя со своими новыми задачами, новыми курсовыми проектами по специальности и даже с дипломами.

Обучающиеся старших курсов приходят к первокурсникам, и, на своём примере, рассказывают о работе математического кружка и участии в нем. При этом они продолжают заниматься научными исследованиями, поступают в аспирантуру. Есть те, кто занимается научными исследованиями непосредственно на производстве, внедряя новые разработки в задачи железнодорожной отрасли.

Таким образом, в статье проведён анализ литературы по вопросу формирования научно-исследовательской компетенции. Считаем, что вовлекая обучающихся в работу студенческого математического кружка, мы способствуем формированию научно-исследовательской компетенции. Кроме того, мы привели решение задачи о назначении, которая предлагается для решения на занятиях кружка.

Считаем, что задачи подобного характера способны заинтересовать обучающихся и сформируют у них научно-исследовательскую компетенцию.