CC BY
18
УДК 378.147.88 ГРЯДУНОВА Е.Н.
кандидат технических наук, доцент кафедра меха-троники, механики и робототехники, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ТОКМАКОВА М.А.
аспирант, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ГРЯДУНОВА М.А.
студент, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ТОКМАКОВ Н.В.
студент, Орловский государственный университет
имени И.С. Тургенева
E-mail: [email protected]
UDC 378.147.13
GRYADUNOVA E.N.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Mechatronics, Mechanics and Robotics of
Orel State University E-mail: [email protected] TOKMAKOVA M.A. Graduate Student of Orel State University E-mail: [email protected] GRYADUNOVA M.A. Student of Orel State University E-mail: [email protected] TOKMAKOV N.V. Student of Orel State University E-mail: [email protected]
РАЗВИТИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ СТУДЕНТОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ СПЕЦИАЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
THE DEVELOPMENT OF THEORETICAL THINKING OF STUDENTS IN THE STUDY OF SPECIAL TECHNICAL DISCIPLINES
В статье представлен краткий анализ учебного процесса студентов старших курсов технических специальностей. Предложено использовать предмет управление экспериментом в виде основы для развития теоретического и прикладного мышления у студента. Обозначены возможности студента применять полученные ранее знания из различных областей в их взаимосвязи для решения различных технических задач. На примере изучения предмета управление экспериментом показана возможность развития теоретического и практического мышления у студентов старших курсов специальностей технической направленности.
Ключевые слова: студент, преподаватель, экспериментальные исследования, управление экспериментом, теоретическое мышление, концептуальные способности.
The article presents a brief analysis of the educational process of senior students of technical specialties. It is proposed to use the subject of experiment management as a basis for the development of theoretical and applied thinking in a student. The possibilities of the student to apply the previously acquired knowledge from various fields in their interconnection for solving various technical problems are indicated. On the example of studying the subject of experiment management, the possibility of developing theoretical and practical thinking among senior students of technical specialties is shown.
Keywords: student, teacher, experimental research, experiment management, theoretical thinking, conceptual ability.
Введение
Процесс обучения невозможен без поиска и осмысления знания. Даже специально подготовленные лабораторные работы никогда не смогут заменить научные изыскания. Поэтому на последнем курсе обучения бакалавриата в планы подготовки многих специальностей включена дисциплина «управление экспериментом». При изучении данного предмета обучающий овладевает не только теоретическими знаниями, не только осуществляет хорошо подготовленный преподавателем эксперимент, но участвует в создании плана экспериментальных исследований, а порой и части экспериментального оборудования. Тенденция, возникшая пару десятилетий назад, заключающаяся в переходе от дифференциации различных наук к их интеграции, в настоящее время
еще усилилась. Переход от координации к их субординации и от одноаспектности в рассмотрении наук к их комплексности почти закончился. Современный выпускник, закончивший ВУЗ по одной из технических специальностей, может оказаться на работе в фармацевтической, пищевой или военной промышленности. Тогда он должен изучить производственный процесс и использовать общие принципы планирования и обработки экспериментальных исследований для данной сферы производства. Перед педагогами высшей школы стоит задача научить студентов научно мыслить, быстро реагировать на изменения условий задачи, корректировать намеченный план и не снижать темп работы.
Основная часть
Лекционный курс по предмету управление экс-
© Грядунова Е.Н., Токмакова М.А., Грядунова М.А., Токмаков Н.В. © Gryadunova E.N., Tokmakova M.A., Gryadunova M.A., Tokmakov N.V.
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
периментом предусматривает изучение методологии научного исследования, в которую входят методы теоретического, эмпирического и метатеоретического уровня [1, 2, 3]. Задача преподавателя научить студента самостоятельно проводить теоретические и эмпирические исследования. Полное и тщательное изучение отечественной и зарубежной литературы: учебников, монографий, патентов и статей является неотъемлемой частью учебного процесса. Электронные библиотечные ресурсы позволяют получить необходимый теоретический материал. У каждого обучающего есть доступ к огромным массивам информации в сети интернет. Но эта информации по специальным техническим дисциплинам не структурирована, не всегда научно-обоснована и методически грамотно подана. Порою, эта информация не помогает студенту, а вводит его в депрессию. Молодой человек тратит бесконечное количество часов на поиск готового решения задачи в Интернет-ресурсах, которого там нет, вместо того, чтобы подумать над задачей самостоятельно. Исследования, проведенные А.А. Белицкой, подтверждают, что «технические профессии «требуют» более высокого уровня планирования, программирования, моделирования, оценки результатов, гибкости и самостоятельности собственных действий» [4]. Теоретическое исследование конкретного объекта или явление должно быть основано на общенаучных методах анализа и синтеза. Студенту необходимо научиться, при исследовании объекта, руководствоваться общими принципами: системности, универсальности и релятивности объекта. Он должен уметь выделить изучаемый объект из среды, изучить эмерджентные свойства, механизм функционирования его с другими объектами. Кроме этого, теоретические исследования в технических науках подразумевают построение математической и физической моделей. Решение практических задач должно носить творческий характер. Чем больше времени и сил затрачивает обучающий на обдумывание путей решения теоретической проблемы, тем оригинальнее его собственное решение. Теоретическое исследование является функцией мышления, познающие внутреннею сущность явления, позволяющее мысленно анализировать и прогнозировать процессы. Уровень сформированности понятийного мышления определяет способность студента к теоретическому управлению экспериментом. В.В. Давыдов писал, что весь процесс обучения должен быть направлен на формирование у обучающихся «содержательной абстракции, обобщения и понятия, лишь в этом случае в их собственном мышлении появляются предпосылки теоретического отношения к действительности» [5].
Получение значимого результата экспериментального исследования непосредственным образом зависит, как от творческого мышления автора, так и от его научной базы знаний. К планированию и управлению экспериментом может приступить только тот студент, который освоил программу предыдущих курсов. В процессах восприятия, которые протекают в настоящем, всегда включается с одной стороны
прошлый опыт, сохраняющийся в памяти, с другой -всегда в восприятии присутствует антиципация - проявления психических способностей к опережающему отражению. Антиципация принимает участие в выборке информации в процессах запоминания и восприятия. Способность к действию и принятию решений с предугаданным результатом, невозможно без накопленного знаний и практического опыта. Управление экспериментом одна из специальных технических дисциплин, изучаемых студентами на выпускных курсах, которая включают в себе весь объем знаний по общетехническим дисциплина.
Большинство технических задач решается математическими методами. Создание математической модели подразумевает представление физического процесса в виде формул, систем уравнений, функций. Системное исследование технического объекта требует рассмотрение ее подсистем и связей между ними. При этом нельзя рассматривать систему как алгебраическое сложение подсистем. Техническая система проявляется как целостная, только через взаимодействие подсистем. Студент должен научиться устанавливать области влияний изучаемого объекта, то есть включить в математическую модель все факторы, влияющие на систему и рассматривать систему как замкнутую. Уверенное владение математическим аппаратом является обязательным условием для успешного освоения курса управление экспериментом. Адекватным математическим аппаратом для моделирования вероятностных объектов являются теория детерминированных и случайных автоматов с детерминированными и случайными средами, теория случайных процессов, теория марковских процессов, эвристического программирование, методы теории информации, методы теории управления и оптимальные модели. Изучение дисциплины управление экспериментом дает возможность студентам не только увидеть проявление закономерностей, изученных в фундаментальных дисциплинах, но и применить известные физические законы и математические формулы при теоретическом исследовании объекта [6].
Лабораторные работы, предложенные студентам, должны быть связаны с проработкой специальной темы, входящей в выпускную квалификационную работу. Современные робототехнические системы имеют детали, изготовленные на 3D принтере, методом послойного наплавления. Группе студентов, состоящей из 8-ми человек, было дано задание - составить план проведение эксперимента, по определению механических характеристик нового термопластика. Цель экспериментального исследования - определить зависимость предела прочности детали от процентного заполнения его фи-ламентом. Необходимо: изучить оборудование, для проведения эксперимент, имеющие на кафедре; выбрать установку, обеспечивающую необходимое усилие на разрыв. Для изготовления на принтере образца из данного термопластика надо представить эскиз детали. Курс инженерной графики изучается на первом курсе, но все обучающие успешно справились с поставленной зада-
чей: четко в наглядных пропорциях изобразили образец, правильно проставили необходимые и достаточные для изготовления размеры. Следующая часть экспериментального исследования состояла в определении числа опытов. Большое число экспериментального материала обеспечивают достоверность экспериментального исследования, но значительно увеличивают его стоимость, без значительного повышения точности измерений. Необходимо знать, что в экспериментах связанных с измерением физических параметров, случайные величины распределены по нормальному закону. Из курса «материаловеденье» студентам известны свойства и механические характеристики современных термопластиков. Информационные ресурсы так же представляют информацию о значениях предельного напряжения используемых в 3D печати термопластиков. Здесь проявляются категориальные способности студента, обеспечивающие отнесение исследуемого объекта и его характеристик к определенной категориальной системе, способность сопоставить данные признаки и обобщить их. В данном вопросе мнение студентов о минимальном, но достаточном количестве образцов с заданным процентным содержанием филамента разделилось: двое студентов предложило для серии испытаний по 3-и образца, двое по 4-и образца и четверо студентов по 5-ть образцов. Учитывая, что закон распределения исследуемой случайной величины известен, достаточно иметь три образца с заданной процентной наполняемостью. Для выявления функциональной зависимости предельного напряжения от процентного заполнения необходимо не менее пяти серии опытов. Таким образом, обучающиеся участвовали в планировании эксперимента и его осуществлении.
Немаловажным этапам обучения является обработка экспериментального массива данных. При расчете таких показателей как, среднее арифметическое значение, дисперсия и математическое ожидание, все студенты использовали Онлайн-калькулятор для расчёта статистических критериев. Значит, понятий аппарат математической статистики был успешно освоен на лекции и практических занятиях. Кроме того, простые арифметические действия осуществлены с применением электронных ресурсов. Построение эмпирической зависимости между предельным напряжением и процентным содержание филамента в образце с помощью программ Excel так же не вызвала у обучающихся трудностей.
Проявление эмпирических критериальных способностей проявляются именно в создании функциональной зависимостью между понятиями. Составление дифференциальных уравнений - это модель целого класса явлений, характеризуемых одинаковыми процессами. Составленному дифференциальному уравнению при его интегрировании соответствует несколько решений. Чтобы получит верное, для данного экспериментального исследования, решение необходимо знать или задать дополнительные условия. То есть студент должен выделить изучаемое явление из всего класса явлений. Для решения составленного им дифференциального уравнения нужно выбрать метод решения: разделения переменных, метод подстановки, метод интегрирующего множителя, метод качественного анализа и т.д. Преподаватель должен предоставить возможность студенту самому выбрать метод решения и проверить уже готовый вариант ответа. Главную роль в процессе создания новых ментальных понятий, которые до этого отсутствовали в усвоенных индивидуальных знаниях, играют концептуальные способности обучающегося.
Логическая компетентность студента проверяется правильностью выводов, полученных в результате экспериментального исследования [7]. Эксперимент, осуществленный обучающимся, даже при его правильности, может быть математически неверно интерпретирован, если студент в процессе рассуждений «свернул» с правильной дороги.
Заключение
Таким образом, специальные технические предметы на старших курсах должны преподавать компетентные преподаватели обладающие научно-техническим мышлением. Преподавателю необходимо знать не только методы планирования и математической обработки экспериментов, но иметь фундаментальную базу знаний по ряду технических дисциплин. Кроме того, методы и средства обучения должны быть направлены на создание творческой обстановке в обучающейся группе. Процесс обучения студентов старших курсов должен быть направлен на развитие теоретического и прикладного мышления, чему способствует изучение дисциплины управление экспериментом. Освоение данного предмета дает возможность мыслить научно, ставить цели, решать поставленные задачи согласно составленному плану, обобщать полученные результаты и делать выводы. Такая осознанная деятельность студента развивает его концептуальные способности.
Библиографический список
1. Ибраева Л.К. Теория и техника инженерного эксперимента: конспект лекций для магистрантов научного направления специальности 6М070200 - Автоматизация и управление Алматы: АУЭС, 2015 50 с.
2. Цаплин А.И. Основы научных исследований в технологии машиностроения: учеб. пособие. Пермь: Изд-во Перм. нац. исслед. политехи. ун-та, 2014 228 с.
3. ГмурманВ.Е. Руководство к решению задач по теории вероятности и математической статистики М.: Высшая школа, 2004. 407с.
4. Белицкая А.А. Динамика антиципации студентов на различных этапах обучения в вузе. Экономические и гуманитарные науки. 2011. №129239. С 16-20.
5. Давыдов В.В. Виды обобщения в обучении. Логико-психологические проблемы построения учебных предметов М.: Педагогическое общество России, 2000. 480 с.
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
6. Ищенко Т.Н., ФилипповН.И. Способность к обощению как условие понимания предметного соержания и развития мыслительных способностей. Сборник: Педагогика и психология: проблемы развития мышления. Развитие личности в изменяющихся условиях. Материалы V Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. Под общей редакцией Т.Н. Ищенко. 2020. С. 65-75.
7. Обуховский К.А. Психологическая теория строения и развития личности Психология формирования и развития личности. Москва: Наука, 1981 С. 45-67.
References
1. Ibraeva L.K. Theory and technique of engineering experiment: lecture notes for undergraduates of the scientific direction of the specialty 6M070200 - Automation and control Almaty: AUPET, 2015 50 p.
2. Tsaplin A.I. Fundamentals of scientific research in mechanical engineering technology: textbook. allowance. Perm: Publishing house of Perm. nat. issled. polytechnic University, 2014 228 p.
3. Gmurman V.E. Guide to solving problems in the theory of probability and mathematical statistics. Moscow: Higher school, 2004. 407 p.
4. BelitskayaA.A. The dynamics of students' anticipation at various stages of study at the university. Economic and Human Sciences. 2011. No. 129239. From 16-20.
5. Davydov V.V. Types of generalization in teaching. Logical and psychological problems of the construction of educational subjects Moscow: Pedagogical Society of Russia, 2000. 480 p.
6. Ishchenko T.N., Filippov N.I. The ability to generalize as a condition for understanding the subject matter and the development of thinking abilities. Collection: Pedagogy and psychology: problems of thinking development. Personality development in a changing environment. Materials of the V All-Russian scientific-practical conference with international participation. Under the general editorship of T.N. Ishchenko. 2020. Pp. 65-75.
7. Obukhovsky K.A. Psychological theory of the structure and development of personality Psychology of formation and development of personality Moscow: Nauka, 1981 Pp. 45-67.
