Роль математики в инженерном образовании
САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
РЕФЕРАТ ПО МАТЕМАТИКЕ
РОЛЬ МАТЕМАТИКИ В ИНЖЕНЕРНОМ
Выполнил: студент гр. 3
Сулима А.В.
САМАРА 2012
Оглавление
Введение
1. Основные этапы развития математики
2. Роль математики в инженерном образовании
Заключение
Список литературы
Введение
В современной быстро меняющейся жизни очень важно не отстать от стремительного роста объема знаний. неизбежно встанет вопрос о необходимости пополнения своего образовательного багажа, а возможно и об освоении новой профессии. Естественно возникает вопрос, каким должно быть образование, чтобы идти в ногу со временем. Многие видные ученые считают, что таковым является фундаментальное образование, а основа фундаментального образования – образование математическое.
Математика является экспериментальной
наукой - частью теоретической физики
и членом семейства естественных
наук. Основные принципы построения и
преподавания всех этих наук применимы
и к математике. Умение составлять
адекватные математические модели реальных
ситуаций должно составлять неотъемлемую
часть математического
1. Основные этапы развития математики
Для оценки роли математики
в современном инженерном образовании
важно отметить основные вехи истории
развития математики и ее связи с
техникой. Математика составляет основу
инженерного образования, и этот
тезис не может быть опровергнут.
Сооружение любой конструкции
требует предварительных
Возникновение математики как
науки в современном понимании
этого слова принято относить
к VI-V веку до н.э. В этот период времени
в античной Греции стали ставить
не только восточный вопрос «как?»,
но и современный, научный вопрос
«почему?». Процесс накопления знаний
начался гораздо ранее, и древние
умели проводить весьма сложные
расчеты, о чем свидетельствуют
астрономия и впечатляющие архитектурные
сооружения (наиболее известные –
египетские пирамиды). Но эти знания
не были научной теорией, это был
свод инструкций по проведению необходимых
вычислений. Развитие математики как
науки начинается с тех пор, как
появилось понятие
Неоценимы заслуги Архимеда в развитии механики. Интересно происхождение термина «механика». Машины, построенные с использованием рычага, блока помогли человеку «перехитрить» природу. Отсюда и пошло название «механика». Греческое слово «механе» означало орудие, приспособление, осадную или театральную машину, а также уловку, ухищрение. Научное, математическое, обоснование механики было дано в работах Архимеда. Архимед впервые изложил полную теорию рычага, разработал учение о центре тяжести, о равновесии. Закон Архимеда, винт Архимеда, архимедова спираль, замечательно точное приближение числа π – список достижений Архимеда слишком длинен, чтобы воспроизвести его здесь. Не менее впечатляющим является перечисление его технических открытий. Ни одно из современных механических устройств не обходится без деталей (блок, рычаг, винт), имеющих непосредственное отношение к Архимеду. Можете быть уверены, что если Архимед сейчас войдет в дверь, то, глядя на ваш чертеж, он спросит: «И это все, чем вы две тысячи лет занимались?» По свидетельству Плутарха, именно разработанные Архимедом военные машины (для метания тяжестей и дротиков, для переворачивания кораблей) заставили войско римлян отказаться от штурма Сиракуз. Долгое время считалась легендой история о том, что с помощью зеркал, изготовленных из отполированных бронзовых щитов, Архимед сумел поджечь римский флот. Однако сравнительно недавно (в 2005 г.) в Массачусетском технологическом институте группа энтузиастов, используя зеркала, доступные во времена Архимеда, сумела (после нескольких неудачных попыток) поджечь деревянную модель корабля. Так, одна из многочисленных легенд об Архимеде перешла в категорию «быль». В математике не бывает «бесполезных» результатов. Всякое серьезное достижение оказывается востребованным другими науками или техникой. Примеров множество. Упомянем, наряду с результатами Архимеда, теорию конических сечений (коническими сечениями являются кривые второго порядка на плоскости – эллипс, гипербола, парабола). Эта теория была разработана в трудах Аполлония (262 до н.э. – 190 до н.э.), а важнейшее свое применение нашла в трудах Кеплера и Ньютона, когда было выяснено, что орбитами, по которым движутся космические тела, являются как раз конические сечения.
Уникальный расцвет
В период расцвета Римской Империи ко II в. н.э. население ее составляло 50 - 60 миллионов человек. По современным меркам - это население крупного европейского государства, той же Италии, Франции или Англии. При этом, по оценкам историков, уровень потребления был выше, чем в Англии конца XVII века (в то время Англия была наиболее промышленно развитым государством Европе). Факторами, способными объяснить высокий жизненный уровень римлян, являются технологические нововведения и уровень образования в Древнем Риме.
Для обеспечения такого уровня жизни необходимо развитое сельское хозяйство, мощное строительство: жилые и общественные здания в городах, дороги, мосты, акведуки, торговля, сфера обслуживания, финансовая и юридическая системы, не говоря об армии и полиции. Финансовый рынок в Древнем Риме существовал и был весьма развит. Существовало огромное количество всевозможных займов, процентная ставка за использование которых была близка к 1% в месяц, или 12% годовых, что являлось максимально допустимой величиной процента.
Подавляющее большинство римлян, занимавших должности, связанные с управлением, были грамотными. Древний Рим, в отличии от Англии XVIII века, где показатели грамотности были довольно низки по стандартам Европы, был, несомненно, грамотным обществом, что, конечно, помогло римлянам повысить общий уровень своих доходов.
Особые требования предъявлялись
к уровню подготовки инженеров -
строителей, механиков, дорожников, гидрологов,
которым приходилось решать сложные
и, главное, зачастую новые технические
задачи. Успехи, достигнутые римскими
инженерами, мы можем наблюдать воочию:
различные архитектурные
В наши дни, на новом этапе технического развития, разрабатываются программы перехода к использованию альтернативных (по отношению к нефти и газу) источников энергии. Это не только планы. В 2009 году в Испании заработала крупнейшая в мире солнечная электростанция мощностью 20 мегаватт. По словам создателей, новая электростанция способна обеспечить электричеством более 10 тысяч домов. Принцип ее работы известен со времен Архимеда, который сумел с помощью зеркал сконцентрировать отраженные солнечные лучи и поджечь римский флот. Основная деталь электростанции - башня высотой почти 170 метров. Более 1200 специальных зеркал направляют солнечные лучи на башню, превращая воду внутри в пар. Полученный пар вращает турбину, которая вырабатывает электрический ток.
Технические новшества влияли
на уровень экономического благосостояния
римлян. Доходы, получаемые государством,
позволяли властям
Во времена Римской
империи для записей
К 1500 году в Европе уже существовало 80 университетов. С XII по XV века университеты находились в авангарде интеллектуального развития Европы. Создавалась элита научная и административная. Университеты воспитали таких гигантов научной мысли, как
Коперник (1473-1543) - польский астроном,
математик, экономист, каноник, известный
как автор средневековой
Галилей (1564-1642) окончил Пизанский университет. Эйнштейн назвал его отцом современной науки. Для проектирования эксперимента и осмысления его результатов, нужна математическая модель исследуемого явления. Галилей говорил: «Тот, кто хочет решать вопросы естественных наук без помощи математики, ставит неразрешимую задачу. Следует измерять то, что измеримо и делать измеримым то, что таковым не является». Галилей внес огромный вклад в механику, физику, баллистику - он доказал, что любое брошенное под углом к горизонту тело летит по параболе - в истории науки это первая решенная задача динамики. Он внес большой вклад в теорию вероятности, решая задачу об исходах при бросании игральных костей. Занимался оптикой, акустикой, теорией цвета и магнетизма, гидростатикой. Основал науку «Сопротивление материалов». Провел эксперимент по изучению скорости света, изучал плотность воздуха, сделал ряд изобретений - первый термометр, гидростатические весы, пропорциональный циркуль и др.
Кеплер (1571-1630) - окончил университет
в Тюбингене. Альберт Эйнштейн называл
его «несравненным человеком» и
говорил, что он, работая в одиночестве,
никем не поддерживаемый и не понятый,
на протяжении многих десятков лет, черпал
в себе силы для трудного и кропотливого
эмпирического исследования движения
планет и математических законов
этого движения. В астрономии он
открыл три закона движения планет.
В математике Кеплер нашел способ
определения объемов
2. Роль математики в инженерном образовании
Почти два десятилетия
назад начались экономические реформы
в России. Реформы вынужденные, поскольку
экономический уровень страны (ВВП),
а с ним и уровень
К концу «нулевых» годов нам предлагается новая национальная идея: не просто модернизация «всех и вся», а инновационный прорыв в технологиях и производстве, чтобы опять-таки вернуть стране статус «великой державы».
Понятия модернизации и инновации связаны: второе есть часть первого. А разница в том, что инновация - это не просто улучшение существующего, а внедрение новшеств, ранее не существовавших. Их надо творчески изобрести, технологически спроектировать, организационно внедрить в производство, и при этом обеспечить выгодную для себя реализацию свободным в выборе потребителям. И так во всех производственных сферах, тем более в направлениях «хай-тек» - «высоких технологиях».
Вокруг нас глобализация мировой экономики, фундамент которой - информационные технологии - к сегодняшнему дню возросший в стадию «информационного общества» или «экономики знаний» («новой экономики»). Знания технологии, а с ними люди и капиталы свободно перемещаются по планете, минуя границы.
Интересно проследить, как
изменялось в 20 веке в обществе отношение
к математической подготовке будущих
экономистов. Экономика - общественная
наука, наука об обществе и взаимоотношениях
его членов в процессе товарно-денежного
обмена. Одним словом, каково общество
- таково и общественное представление
о функциях специалиста-экономиста,
обслуживающего указанные процессы,
и о требованиях к его
Дореволюционная Россия, как и западноевропейские страны, осваивала капиталистический способ производства и распределения материальных благ. Одинаковым было и представление бизнес-сообщества, говоря современным языком, о месте и роли экономиста. На каком бы поприще (уровне управления) он ни трудился, экономист всегда решает две задачи: первая - почему сложилась сегодняшняя экономическая ситуация, и вторая - что будет, если предпринять такие-то действия. Говоря современным языком, это задачи экономического анализа причинно-следственных связей между факторами и результатами деятельности и прогнозирования последствий предпринимаемых мероприятий по их изменению.
Очевидно, что такая профессия
требует основательной
Какова роль математики в системе традиционного Российского высшего технического образования? С одной стороны современные стандарты и традиции требуют наличия у будущих бакалавров и специалистов определенного объема (довольно большого!) математических знаний и набора умений. С другой стороны, современные технические средства (калькуляторы, ПК, Интернет) и информационное обеспечение позволяют решать многие технологические и инженерные задачи, не обращаясь непосредственно к математическим справочникам и учебникам. То есть, рассуждая прагматически, можно не знать математику в том объеме, который предполагается в настоящее время стандартами, и быть вполне квалифицированным специалистом.
Кажется, что прагматики и скептики должны победить сторонников классического математического образования в данном споре. Действительно, не достаточно ли научить студентов решать небольшой набор стандартных задач, дать им навыки работы со справочниками и пакетами прикладных программ - вот и готов бакалавр или специалист с высшим техническим образованием. При этом, однако, не принимаются во внимание следующие важнейшие особенности математики, как науки и учебной дисциплины:
- математика как наука едина по своей сути, нет четкой границы между отдельными разделами математики;
- математика как учебная
дисциплина формирует
- знание математики требуется
при решении проблем из самых
разнообразных (если не из
Математику следует изучать и воспринимать как единую науку. При этом невозможно обучение математике, как части инженерной культуры, заменить рассмотрением некоторых методов или алгоритмов. Специалисты, которые получили математические знания в виде набора формул и алгоритмов, могут оказаться бессильными при решении многих инженерных задач, требующих развитого абстрактного мышления. Еще в большей степени необходимо математическое образования тем студентам, которые намерены продолжить обучение в магистратуре или в аспирантуре.
Аргументом в пользу чрезвычайной важности математики служит тот факт, что ее язык, состоящий из знаков и символов, является универсальным языком всей науки. Таким образом, изучение математики дает возможность приблизиться к пониманию вершин творения человеческого разума. Математика является фундаментом, на котором покоится большинство специальных дисциплин.
Математика объективно относится к сложным наукам. Она рассматривает не объекты природы и реальные явления, а идеальные понятия и абстрактные структуры. Они в какой-то степени являются отражениями реальности, но смысл и содержание математических понятий не тождественны их конкретному наполнению. Изучение математики требует постоянной и интенсивной работы ума, развитой памяти, пространственного воображения, умения анализировать и делать выводы, способности логического мышления.
Рассматривая вопрос об изучении математики в вузе, полезно иметь представление о целях этого изучения. Можно выделить две важнейшие цели: во-первых, развитие интеллекта и, во-вторых, подготовка к профессии.
Для достижения второй цели достаточно получить студентам некоторый набор основных умений и навыков в виде способов и алгоритмов решения некоторых типичных задач, которые чаще всего имеют учебный характер, далекий от практического использования.
Первая цель должна быть основной. Именно разностороннее образование позволяет специалисту быть эрудированным человеком, который ориентируется в нагромождении разной степени важности фактов, чтобы выбрать или создать математическую модель изучаемого явления или процесса.
Главная цель обучения математике - получение современного инновационного образования. Обучение математике прививает студенту строгую дисциплину мышления. «Математику уже за то любить стоит, - писал М.В. Ломоносов, - что она ум в порядок приводит». Вспомним здесь поразительный эпизод из романа «Война и мир», как старый князь Николай Андреевич Болконский, в котором воплощены лучшие черты старинного русского дворянства, во времена, когда от женщин никто не требовал проявления каких-то особых знаний, учит свою дочь геометрии и алгебре, мотивируя это так: «А чтобы ты была похожа на наших глупых барынь, я не хочу». Он занимался образованием своей дочери - княжны Марии, чтобы развить в ней главные добродетели, которые, по его мнению, были «деятельность и ум».
Математические знания вырабатывают у студентов еще три важнейших умения, которые не способна дать ни одна из учебных дисциплин. Перечислим их в порядке возрастания важности (по В.А. Успенскому):
- умение отличать истину от ложности (которую понимают как отрицание истины);
- умение отличать смысл от бессмысленности;
- умение отличать понятное от непонятного.
Корректный математический текст всегда понятен. И, прежде всего, это связано с тем, что он «оторван» от своего автора. Математическая истина не зависит от того, кто ее провозглашает, академик или студент, не зависит от того, на каком уровне математического знания она находится, элементарном или высшем. Непонятность возникает в тех случаях, когда бездоказательно провозглашаются псевдоистинные утверждения. Люди, обладающие элементами математической культуры, имеют в своем сознании жесткие критерии, позволяющие автоматически выбраковывать ложные, бессмысленные или непонятные высказывания. Такие люди, чаще всего, говорящему или пишущему уважаемому человеку осмеливаются задавать неприятные вопросы и/или возражать.
Фундаментальная математическая подготовка на 1-2 курсах позволяет студенту ориентироваться в сущности и логике любой «специальной» дисциплины - технологической или экономической, уметь критически анализировать «прошлые достижения» в технике, экономике, управлении. Сравнивать разные точки зрения при рассмотрении одного и того же предмета. Формировать свое суждение, отличное от «общепринятого», не оглядываясь на авторитеты. Придумывать новые технологические решения, нестандартные методы управления производством и ресурсами.
В результате обучения выпускник должен уметь:
- Понимать специальную
литературу, уметь пользоваться
справочниками, таблицами,
- Формулировать техническую
или экономическую проблему
- Построить или выбрать математическую модель.
- Найти решение проблемы с использованием построенной модели.
- Проверить полученный результат на его соответствие первоначальной проблеме.
- Оценить область допустимых решений и погрешности.
- Уметь интерпретировать
результаты моделирования в
- Понимать и уметь обосновать
конкурентоспособность
Наверное, это основа того
минимально необходимого уровня интеллектуального
развития специалиста-выпускника, на базе
которого он способен будет дальше
уже самостоятельно совершенствовать
свою квалификацию, формировать инновационное
мышление в своей отрасли деятельности,
быть конкурентоспособным
Внедрение новых наукоемких
технологий в разработку и функционирование
нефтегазового комплекса
Обучение математике будущих инженеров может нести в себе большой профессиональный контекст: с одной стороны решением прикладных проблем средствами математики происходит интеграция математических знаний, предметная визуализация математических методов, с другой стороны, естественно-научные и специальные дисциплины реально взаимодействуют с математикой в процессе моделирования и поиска адекватного решения проблем.
Однако курс математики для инженерных специальностей вузов в действующих учебниках изложен традиционно, связь с будущей профессиональной деятельностью выпускников выражена неявно. Основополагающая цель интегративной направленности обучения математике — это формирование математического аспекта готовности выпускника инженерной специальности вуза к профессиональной деятельности на основе единства математических знаний. Специфика профессиональной подготовки специалистов инженерного профиля состоит не только в получении новых математических знаний, но и в воспитании потребности и готовности к применению математических методов в профессиональной деятельности. Следует грамотно формулировать инженерную задачу, наглядно моделировать, интерпретировать результат ее решения на языке реальной ситуации, проверять соответствие полученных и опытных данных. Это возможно при условии актуализации связей между математическими объектами и методами различных разделов математики путем решения профессионально ориентированных задач.

- Роль математики в медицине
- Роль математики в медицине
- Роль математики в медицине
- Роль математики в медицине
- Роль математики в медицине
- Роль математики в медицине
- Роль математики в моей будущей профессии
- Роль маркетингових служб і фахівців менеджерів у підвищенні ефективності фінансово-господарської діяльності і різних форм власності у ри
- Роль маркетингового анализа
- Роль Мартина Лютера в становлении немецкого национального литературного языка
- Роль математики в естествознании
- Роль математики вестествознании
- Роль математики в жизни человека
- Роль математики в инженерной деятельности