05.05.2012 10739

Разработка системы познавательных заданий, ориентированных на структуру технического мышления

 

Задача - важнейшее средство обучения и диагностики. Психолого-дидактическая функция учебных заданий связана с преобразованием объективных знаний, содержащихся в различных источниках, в субъективные, самостоятельно выведенные знания; с управлением процессом становления и совершенствования мыслительной деятельности обучаемых. Специфика учебной задачи состоит в том, что при ее решении учащиеся посредством учебных действий открывают и овладевают общим способом (принципом) решения целого класса однородных частных задач. Учебные задачи отвечают требованиям технологичного подхода к обучению. Они являются средством проектирования учебных действий обучаемых и инструментом диагностики уровня усвоения знаний и сформированности широкого круга умений.

Вопреки тому, что задачи представляют собой столь важную дидактическую категорию, их теория до сих пор не была достаточно проработана. Дидактика не предоставляет учителям соответствующую информацию ни для составления, ни для эффективного использования учебных задач. «Студентов педагогических институтов не обучают тому, как составлять учебные задачи, внедрять их в процесс обучения и применять в качестве инструмента, позволяющего включать в действие и развивать познавательную активность учащихся». Теория учебных задач позволяет познавать учебные задачи как с точки зрения их структуры, так и с точки зрения их педагогической сущности и дидактической функции. Большинство задач может решаться воспроизведением знаний. Но даже если задачи и активизируют познавательную деятельность учащихся, то это бывает большей частью простые мыслительные операции. Задачи, которые давали бы возможность творческого мышления и возбуждали самостоятельную познавательную активность учащихся, например, в виде проблемных ситуаций, наблюдаются редко. Кроме того, упорядочение задач по требовательности и сложности бывает в большинстве случаев интуитивным. Лишь незначительная часть задач ведет учащихся к тому, чтобы они обобщали собственный опыт или результаты собственных наблюдений.

Согласно мнению Д.Толлингеровой, учебные задачи являются теми механизмами, которые позволяют предвидеть учебные действия. «Учебные задачи проходят через весь воспитательно-образовательный процесс, выполняя в нем самые различные функции: активизируют и мотивируют учащихся, побуждают их к учебной деятельности, удерживают ход учебного процесса, являются инструментом для результатов учения». Автор считает, что посредством учебных задач объективные данные, содержащиеся в изложении учителя, в учебниках, наблюдаемые при опытах и практических занятиях, самостоятельно выведенные при решении проблемных ситуаций, преобразуются в субъективные знания учащихся. От учебных задач зависит и качество знаний, их постоянность, уровень обобщенности, практическая применимость и т. д.

Благодаря многофункциональности, учебные задачи объединяют различные составляющие педагогической технологии: цели с конкретными условиями, со способами и средствами достижения цели, диагностикой результатов.

При создании системы учебно-познавательных заданий нами были изучены и проанализированы типологии, предлагаемые ведущими дидактами и психологами: И.Я.Лернером, В.А.Сластениным, Д.Толлингеровой), Т.В.Кудрявцевым, а также типологии, разработанные исследователями при решении близкой к нам проблемы формирования технического мышления будущего учителя технологии. Остановимся на некоторых основных типологиях и системах учебных задач.

И.Я.Лернер с целью развития творческого мышления учащихся на материале истории создал систему проблемно-познавательных задач (ППЗ), отвечающую пяти показателям. Такая система, по мнению автора, должна охватывать все типы аспектных проблем; решаться всеми типами методов исторического познания; обучать всем процедурам творческой деятельности; удовлетворять принципу постепенного возрастания сложности; учитывать методические условия и необходимость индивидуализации включения учащихся в решение проблемных задач. В соответствии с выделенными показателями в систему ППЗ включены следующие типы задач:

- аспектные задачи, обучающие решению основных типов проблем, характерных для изучения и осмысления исторического материала;

- задачи, обучающие различным типам методов исторического познания и способам решения проблемных задач;

- задачи, направленные на формирование процедур творческой деятельности (как отдельных, так и их сочетания).

А.А. Вербицкий, автор концепции знаково-контекстного обучения, разработал положение о трех обучающих моделях: семиотической, имитационной и социальной. В моделях меняется не только содержание, но и характер деятельности студентов - от репродуктивного до творчески-деятельностного. Данный подход позволяет реализовать активное обучение студентов. Приведем основные типы заданий, характерные для каждой обучающей модели:

- задания по изучаемым проблемам, предполагающие работу с текстом;

- задание на соотнесение полученной информации с ситуациями будущей профессиональной деятельности;

- задания по актуальным проблемам образования, направленные на углубление предметных знаний, формирование умений, навыков и социальной компетентности студентов.

Е.В.Бережнова с целью формирования методологической культуры у студентов педагогического вуза предлагает систему заданий для каждого этапа подготовки: теоретического, практического и педагогической практики в школе.

С целью контроля знаний и оценки их качества (полнота, глубина, оперативность, гибкость, обобщенность, системность, осознанность, прочность) ряд ученых (И.Я.Лернер, М.Н.Скаткин и др.) предлагают разрабатывать такие задания, выполнение которых обнаруживает зафиксированные качества.

Т.В.Кудрявцев важнейшим способом развития технического мышления считает «задачный» или «проблемный» метод обучения, сущность которого состоит в создании проблемных ситуаций посредством технических задач. В монографии Т.В.Кудрявцева выделяются следующие отличительные признаки технических задач:

- Решение технических задач, как правило, не нацелено на получение объективно нового результата. Их решение не преследует цели создания новой машины или устройства. Важно отметить, что с психологической точки зрения те требования, которые предъявляются этой задачей к деятельности по ее решению, не более просты по сравнению с теми, которые предъявляет к конструктору проектно-конструкторская задача.

- Конструктивно-техническая задача, по понятным причинам (недостаточность знаний, опыта и т.д.), не всегда предполагает включение в процесс их решения сложных расчетов, анализ конструкции. Центр тяжести лежит в нахождении самой идеи конструкции.

- В выборе оптимального результата далеко не все факторы экономического и технологического порядка имеют решающее значение.

- Многие конструктивно-технические задачи предъявляют такие требования к решающему их, которые диктуют не только нахождение идеи конструкции, но и необходимость ее практической реализации в натуральной модели, тогда как конструктор-профессионал нередко ограничивается выдачей технической документации.

- В связи с этим, решение конструктивно-технической задачи наряду со своими основными целями может иметь ряд дополнительных - овладение учащимися некоторыми технологическими умениями и навыками.

- Многие конструктивно-технические задачи решаются одним учащимся от начала и до конца. Проектно-конструкторские задачи зачастую решаются коллективно.

На основании этих особенностей Т.В.Кудрявцев выделил четыре основных вида задач, классифицируя их в соответствии с целями деятельности по решению конструкторско-технических задач. Это задачи на моделирование, доконструирование, переконструирование и собственно конструкторские задачи.

Действительно, в каждой технической дисциплине можно встретить такие задачи. Анализ курса «Теория механизмов и машин» показал, что выделенные особенности четко прослеживаются в типовых задачах этой дисциплины.

Наиболее полно теория учебных задач разработана известным чешским ученым Д.Толлингеровой. Автор подчеркивает, что задача номер один для учителя - это составлять учебные задачи так, чтобы они соответствовали преследуемым педагогическим целям и учебному материалу. Именно учебные задачи, по мнению Д.Толлингеровой, позволяют создать такие условия, при которых учащийся воспроизводит, сопоставляет, абстрагирует и т. д. «Учебные задачи являются теми механизмами, которые позволяют предвидеть учебные действия».

В нашем исследовании мы, в основном, ориентируемся на систематику Д.Толлингеровой, так как ее система подсказывает последовательность включения определенных типов задач в обучении. Нам удобно использовать прием определения дидактической ценности задачи, поскольку это позволяет определить достижение поставленных целей. Разработанная Д.Толлингеровой иерархическая система учебно-познавательных задач предназначена для выработки у студентов и учителей умений анализировать и составлять учебно-познавательные задачи для учащихся. В таксономию автором включены пять категорий задач, требующих:

- мнемического воспроизведения данных;

- простых мыслительных операций;

- сложных мыслительных операций;

- сообщения данных (кроме мыслительной операции включается речевой акт);

- творческого мышления.

Каждая категория задач конкретизируется, включает несколько подкатегорий.

К первой категории относятся задачи, требующие от учащихся мнемонических операций, содержание которых предусматривает узнавание или репродукцию отдельных факторов или их целого. Чаще всего они начинаются со слов: какая из; что это; как называется; кто был; дайте дефиницию и т.д..

Во вторую категорию включены задачи, при решении которых уже необходимы элементарные мыслительные операции. Это задачи по выявлению, перечислению, сопоставлению, обобщению и т.п.. Начинаются они обычно словами: установите, какого размера; опишите, из чего состоит; перечислите части; составьте перечень; опишите, как протекает; скажите, как проводится; как действуем при; чем отличается; сравните; определите сходства и различия; почему; каким способом; что является причиной и т.п.

Третья категория охватывает задачи, решение которых требует сложных мыслительных операций. Сюда относятся задачи по индукции, дедукции, интерпретации, верификации и др.. Начинаются они обычно со слов: объясните смысл; раскройте значение; как вы понимаете; почему думаете, что; определите; докажите; и т.д.. Следует указать, что к категории 3.1 (задачи по переносу) относятся все задачи, в которых учащиеся должны перевести что-то с одного «языка» на другой, например, выразить словами формулу, прочитать что-либо, перевести текст с родного языка на иностранный и т.д..

В четвертую категорию включены задачи, предусматривающие для их решения помимо мыслительных операций еще какой-нибудь речевой акт (устный или письменный). Следовательно, сюда относятся все задачи, требующие не только проведения определенных операций, но и высказывания о них. Учащийся в этих задачах дает показание не только о результате решения, но также и о его ходе, условиях, фазах, компонентах, трудностях и т.д.

В пятую категорию входят задачи, которые предполагают самостоятельность при решении задач. Начинаются они обычно словами: придумай практический пример; обрати внимание; на основании собственных наблюдений определи и т.п. Это уже те задачи, которые предполагают не только знания, но и способность комбинировать их в более крупные блоки, структуры, секвенции, стратегии и пр. так, чтобы они создавали нечто новое, пусть даже только субъективно, т.е. для учащегося, новое.

Эта таксономия подходит для проектирования учебных задач по заранее заданным параметрам: целям занятия, сложности технических задач, их направленности на определенные компоненты и т.д.

Мы привели ряд систематик задач, предлагаемых различными авторами. Нетрудно видеть, что приведенные типологии задач различны и органично связаны с целью, на достижение которой направлено использование системы заданий. Следующим шагом является разработка системы заданий, позволяющая развивать у студентов техническое мышление. При создании системы заданий мы в большей или меньшей степени использовали элементы приведенных выше подходов.

Разработанная нами система заданий по развитию технического мышления должна удовлетворять определенным принципам.

Как правило, авторы систем заданий, выделяют принцип постепенного повышения сложности задач, поэтому это первый принцип в нашей системе заданий.

При рассмотрении структуры технического мышления, мы обосновали, что в структуре технического мышления были выявлены пять основных компонентов: понятийный, образный, практический, оперативный, компонент владения языком техники. Следовательно, второй принцип заключается в том, что система заданий должна включать задания на развитие всех выделенных компонентов.

Третьим принципом системы заданий является необходимость ориентации задач на современные проблемы техники.

При рассмотрении стратегии развивающего обучения, были выделены дидактические условия, при выполнении которых происходит развитие мышления студентов. Наиболее важными условиями выделяется наличие у студентов базовых знаний и сформированных умений. Раскроем подробнее ключевые моменты некоторых принципов и условий.

Одним из наиболее важных вопросов при разработке системы заданий является постепенное усложнение содержания технических задач. Давно известен принцип построения логики обучения от простого к сложному. Применение уровневых заданий позволяет повысить технологичность учебного процесса, обоснованно подходить к выбору методов обучения, осуществлять дифференцированный подход в обучении. Необходимо использовать в обучении задачи различных уровней сложности. Овладение уровневым подходом в обучении, прежде всего дает в руки учителя диагностическую методику для оценки знаний и развития учащихся и поэтому позволяет объективно следить за динамикой их интеллектуального роста. Также уровневый подход помогает при подготовке занятия более четко провести анализ материала с позиции его значимости, то есть оценить, до какого уровня должно быть доведено усвоение той или иной темы, понятия, закона и т.д. Наконец, такой подход помогает подготовить вопросы и задания как репродуктивного, так и творческого характера. Пользуясь таксономией Д.Толлингеровой, достаточно легко выстраивать технические задачи по уровню сложности и программировать дидактическую ценность задач. Приведем примеры уровневых заданий.

Задача I уровня сложности.

Какие типы передач вращения Вы знаете? Изобразите их с помощью условных обозначений.

Эта задача направлена на репродуцирование усвоенных студентами знаний при изучении следующих технических дисциплин: теория механизмов и машин, детали машин, устройство автомобиля. Студент должен воспроизвести знания обо всех известных ему передачах движений, вспомнить их условные обозначения и изобразить их. При выполнении заданий данного типа происходит закрепление материала. Эти задания требуют от студента осуществления простых мыслительных операций, доступных для большинства учащихся и способствуют созданию уверенности в своих силах.

Задача II уровня сложности.

Что происходит, если движение передается от меньшего зубчатого колеса к большему? Какое практическое значение имеет такого рода передача в технике?

Эта задача направлена на применение уже имеющихся знаний в знакомой ситуации. В процессе выполнения лабораторных работ по ряду технических дисциплин и решения технических задач студенты постоянно имели дело с различного рода передачами и, едва ли не чаще, чем с другими - с зубчатыми. Поэтому, при решении данной задачи студентам необходимо было обобщить имеющиеся знания об этой передаче и принципе ее действия. Такое обобщение учащиеся делают, актуализировав соответствующие теоретические знания, представления, образы механизмов и устройств, а также проводя мысленный анализ пространственных зависимостей. Этот анализ позволит сделать соответствующие выводы о том, что особенность зубчатых передач заключается в изменении скоростей вращения и направления вращения.

Задача III уровня сложности.

Сравните преимущества и недостатки дизельных и карбюраторных двигателей.

Эта задача требует применения знаний в измененной, новой ситуации. Решение данной задачи возможно только при опоре на сформированные базовые знания, которые были усвоены студентами на предыдущих занятиях. Сложность решения этой задачи заключается в том, что отличий дизельных двигателей от карбюраторных достаточно много и учащимся необходимо выделить принципиальные параметры, относительно которых имеет смысл проводить сравнение. При выполнении данного задания студенту необходимо делать самостоятельные выводы и устанавливать связи с ранее изученным материалом. Они учатся осуществлять дедуктивные умозаключения. Эта задача требует от учащегося большого напряжения мысли, позволяет сосредоточить их внимание на неочевидных моментах, заставляет переосмыслить уже усвоенное. Осуществив необходимые мыслительные операции, учащийся приходит к выводу о целесообразности сравнения по основным параметрам, характеризующим работу двигателя: мощности, экономичности, экологичности и т.д.

Поскольку мы выделили пять компонентов в структуре технического мышления (понятийный, образный, практический, оперативный, владение языком техники), то и задания, предъявляемые студентам, мы разрабатываем, сфокусировав их на развитие этих пяти компонентов - это второй принцип, выделенный нами в системе заданий.

При анализе технических дисциплин, являющихся обязательными для изучения в педагогическом вузе, мы пришли к выводу о том, что задачи, встречающихся при изучении этих технических дисциплин, достаточно трудно сориентировать на развитие какого-либо одного компонента. В каждой технической задаче при ее решении участвуют как минимум два или три компонента. Тем не менее задачи различаются по роли того или иного компонента технического мышления в решении.

Приведем пример развития компонентов технического мышления при решении задач по деталям машин, теории механизмов и машин, устройству автомобиля.

Задача (на развитие понятийного компонента).

Как можно осуществить передачу движения на скрещивающиеся валы?

При решении данной задачи студент опирается на уже ранее сформированные понятия о скрещивающихся валах и передачах движения. Студент должен уметь представить взаимное положение валов данного типа и, проведя сопоставительный анализ разных типов передач, выйти на необходимость использования при передаче движения на скрещивающиеся валы червячной передачи. Таким образом, студенты, опираясь на понятийный и образный компоненты мышления, самостоятельно выходят на новый уровень знания в целом и понятийного и образного компонента, в частности.

Задача (на развитие образного компонента).

Дана кинематическая схема механизма. Представьте и изобразите траекторию движения звеньев механизмов, если угловая скорость ведущего звена задана.

Для решения этой задачи студент должен опираться на уже сформированные образы отдельных звеньев механизма. Далее студент должен суметь «охватить взором» весь механизм, мысленно соединить имеющиеся образы звеньев механизма в единый целостный образ по заданной схеме. Но этого недостаточно для решения данной задачи. Следующим мыслительным действием является необходимость увидеть в «неподвижной» схеме движение. Другими словами, студент должен представить движение отдельных звеньев механизма и движение механизма в целом. Только увидев «мысленным взором» как будут двигаться звенья, составляющие механизм, учащийся сможет ответить на вопрос о характере движения звеньев и определить их траекторию движения. Таким образом, в этой задаче решающую роль играет образный компонент. Опираясь на простые, статические образы, студент учится оперировать ими и видеть их динамику. Овладение этими мыслительными действиями позволяет успешно осуществлять некоторые этапы решения технических задач. В процессе решения данной задачи происходит формирование образного компонента мыслительной деятельности.

Задача (на развитие практического компонента).

Дана реальная модель механизма. Определить класс кинематических пар, входящих в состав механизма.

Учиться определять класс кинематических пар, составляющих механизм, необходимо с опорой на практические действия. Для этого необходимо иметь сформированные знания о том, что такое кинематическая пара, классы кинематической пары, степени свободы пары. Зная определение кинематической пары, студент должен осуществить необходимые практические действия и выяснить, сколько кинематических пар входит в состав механизма. Далее перед студентом встает проблема: как, опираясь на перечисленные выше знания, определить класс кинематической пары. Учащийся приходит к необходимости выполнить некоторые практические действия, которые дадут возможность определить степень свободы кинематической пары. Это в свою очередь позволит определить класс кинематической пары. В процессе решения этой проблемы происходит развитие мышления студента в результате освоения новых практических действий и осуществляется присвоение новых знаний.

Задача (на развитие компонента владения языком техники).

Дана схема механизма. Определите, что изображено на схеме и объясните принцип действия данного механизма.

Задача дана в виде условных обозначений. Это очень характерно для технических задач. Решение задачи возможно только в том случае, если у студента имеются знания, позволяющие понять, что изображено на схеме. Правильность понимания схемы является необходимым условием успешного решения задачи. Но недостаточно понять, что изображено на схеме. Процесс развития этого компонента происходит не только в процессе чтения схемы, очень большое значение имеют процессы осмысления того, что изображено. Процесс осмысления необходим для решения следующего этапа задачи - объяснения принципа действия данного механизма. При осуществлении этого этапа студенты каждый раз решают новую задачу, которая состоит в анализе конструкции и определении назначения данного механизма. Таким образом, у студентов должны были образованы новые связи между теоретическими знаниями, умением читать схему, отделять существенные признаки от несущественных; на этой основе студенты должны объяснять назначение данного механизма.

Таким образом, осуществляется развитие компонента владения языком техники.

Задача (на развитие оперативного компонента).

Вы едете в автомобиле. На панели приборов включилась сигнальная лампа контроля минимального давления масла в системе смазки. Выявите возможные причины понижения давления в системе смазки.

На предыдущих занятиях студенты подробно изучили назначение системы смазки, ее устройство, работу. Для решения этой задачи необходимо вычленить из всей имеющейся информации единственно необходимую. Проанализировав имеющиеся знания об этой системе, студенты должны самостоятельно выделить причины, которые могут привести к понижению давления масла. При решении этой задачи студенты овладевают умениями применять в данной конкретной ситуации весь запас имеющихся у них знаний и умений актуализировать именно ту систему знаний, которая необходима для разрешения поставленной задачи.

Следующим принципом, предъявляемым к системе заданий, является учет методологических особенностей технического знания.

Задача.

Сравнить экологичностъ видов топлива, применяемых в дизельных и карбюраторных двигателях.

При проведении сравнительного анализа свойств топлива для дизельного и карбюраторного двигателей внутреннего сгорания студенты обращают внимание на важные моменты, которые являются определяющими для выявления наиболее экологичного топлива. При этом у студентов формируется глубокое понимание взаимосвязи проблем развития техники и их влияние на экологическую обстановку. Анализируя цифровые данные о количестве примесей, содержащихся в отработанных газах дизельных и карбюраторных двигателей, студенты понимают необходимость своевременного регулирования уровня выброса углекислого газа, содержащегося в отработанных газах.

Приведем пример задачи на формирование базовых знаний и умений.

Задача (на формирование базовых знаний).

Расскажите, как происходит установка поршневого пальца в поршень. Объясните причины этого способа установки.

При решении данной задачи студент должен опираться на уже имеющиеся базовые знания. Для решения данной задачи необходимо иметь следующие базовые знания: назначение поршневого пальца (служит для соединения поршня с шатуном); характер соединения (плавающий, т.е. свободно поворачивающийся в бобышках поршня и верхней головке шатуна); материал, из которого выполнены детали поршня и поршневого пальца. Эти базовые знания формировались у студентов в процессе объяснения темы «Кривошипно-шатунный механизм» на лекционных занятиях и с помощью специальных заданий при выполнении лабораторной работы. При решении данной задачи студенты самостоятельно анализируют имеющиеся данные, выясняют необходимость наличия зазора для свободного поворота поршневого пальца в бобышках поршня. Необходимость создания зазора определенного размера наводит студентов на мысль, о том, что без установки с натягом зазор будет слишком большим и палец может вылететь из бобышек. Но откуда возьмется зазор между деталями? Для того, чтобы ответить на этот вопрос студентам приходится применять знания о том, что материалы, из которых изготовлены детали, разные и коэффициент линейного расширения у них тоже разный. Поршень сильнее увеличивается в размерах, чем поршневой палец. Поэтому, чтобы был выдержать определенный зазор, необходима установка с натягом.

На этом примере решения задачи мы видим, как идет процесс развития мышления в ходе формирования базовых данных. После решения этой задачи студенты приобрели новые базовые знания.

Приведем пример задачи на формирование умений.

Задача (на отработку умений оперировать образами).

В рамках решения этой задачи у студентов последовательно формируются оперативные образы, которые, сменяя друг друга, позволяют овладевать умением мыслить образами. Причем эта задача направлена также на отработку умения быстро переходить от одного образа к другому, оперативно отражать новые данные из задачи, трансформировать уже имеющиеся образы и в конечном итоге получить единственно верный образ детали.

Задача (на отработку умений владеть языком техники).

Дана реальная модель кривошипно-шатунного механизма. Изобразить его кинематическую схему.

На предыдущих занятиях студенты овладели умениями условно изображать отдельные звенья механизма. При решении данной задачи студенты, имея перед собой реальную модель механизма, должны приобрести умения изображать весь механизм с помощью условных обозначений, отражая на схемах необходимые существенные свойства механизма. Трудность состоит в том, что необходимо грамотно изобразить не только отдельные детали механизма, но и присоединение их друг к другу. При прочтении схемы должно быть понято, как функционирует данный механизм.

Наблюдения за ходом решения студентами технических задач и анализ данных, полученных в ходе наблюдения, позволили выявить типичные трудности при решении технических задач, которые встречаются у студентов наиболее часто.

К трудностям можно отнести превалирование образного или понятийного плана решения задач, отсутствие тесного взаимодействия между ними. Понятийный путь решения заключается в установлении причинно-следственных отношений между движущимися частями механизма. Но если он слабо подкреплен живыми представлениями о взаимодействующих деталях, то успешность решения будет невелика. Точно также образный план, мало связанный с логикой причинно-следственных зависимостей, сильно затрудняет решение. Каждый раз при решении технических задач в сознании учащихся должна возникать программа действий, которая основывается на рассуждении и представлении, понятии и образе, чередующихся друг с другом, подкрепляющих друг друга и взаимодействующих друг с другом.

Бывает и так: учащиеся при решении конструктивно-технической задачи могли представить себе схематически отдельные детали, их взаимное расположение, могли перевести схему в рисунок и в реальный объект, могли все это воспроизвести. Тем не менее, успех не достигался, так как образный компонент превалировал над понятийным.

Однако встречается другая картина, когда понятийная система доминирует над образным. Учащийся имеет знания, необходимые для решения задачи, но не знает, как их воплотить в жизнь, как может быть применено данное решение.

Другим распространенным видом ошибок являются ошибки, связанные с несформированностью каких-либо компонентов технического мышления. Например, недостаточное развитие образного компонента ставит большие трудности при необходимости решения задач с оперированием образами, с необходимостью иметь представление о пространственном расположении деталей и взаимодействии частей механизма. А такие задачи встречаются очень часто. Например: необходимо представить движение детали относительно стойки; представить работу кривошипно-шатунного механизма по схеме; выяснить относительное движение звеньев в кинематической паре; представить траекторию движения и др. При отсутствии сформированного компонента эти задачи будут решаться со значительно большими трудностями.

Часто встречаются ошибки, обусловленные слабым владением языком техники. Учащиеся на начальном этапе решения задачи, т.е. на этапе понимания задачи, не могут уяснить смысл задачи, так как не способны интерпретировать, перекодировать условные знаки, присутствующие в задаче. Кроме того, встречаются трудности другого характера, но также связанные со слабым владением языком техники. Учащиеся не могут грамотно представить в виде эскиза, чертежа, схемы, рисунка свою идею. Не зная, как условно изобразить передачу движения, детали, соединения и т.д., учащиеся заходят в тупик. Поэтому необходимо восполнять такие пробелы в знаниях на каждом занятии и в предлагаемых примерах решения задач.

Чаще других встречаются ошибки, связанные со стереотипностью мышления. Обычно при проведении лабораторных работ или практических работ даются примеры решения технических задач или выполнения заданий на техническом материале. Учащиеся стараются выполнить свое задание по аналогии с примером. Они не стремятся вникнуть в сущность задания и их решение носит поверхностный характер. Неизбежно возникают трудности, так как каждое задание носит индивидуальную особенность, позволяющую судить о степени проработанности вопроса.

Знание традиционных ошибок учащихся при решении технических задач позволяет принять меры к их устранению и корректировке системы предлагаемых задач и методов обучения.

Мы разработали систему заданий, направленную на развитие технического мышления в процессе преподавания следующих технических дисциплин: «устройство автомобиля», «теория механизмов и машин», «резание материалов», «детали машин». Но мы считаем, что для развития технического мышления в условиях преподавания любой технической дисциплины, при изучении которой используются задачи, в условиях какой-либо формы организации занятий (лабораторные, практические, семинарские и т.д.) может быть использована аналогичная система задач. Правильность этого утверждения подтверждена анализом курсов технических дисциплин с позиции выявления необходимости развития технического мышления студентов в процессе обучения по техническим дисциплинам, а также возможности использования для развития технического мышления предложенной системы заданий при преподавании технических дисциплин.

В процессе обучения студенты должны изучить следующие технические дисциплины: теплотехника, технология конструкционных материалов, технология ручной обработки металлов, теория механизмов и машин, устройство автомобиля, технология конструкционных материалов, гидравлика и гидравлические машины, резание материалов, станки и инструменты, основы технологии современного производства, материаловедение, детали машин, теоретическая механика, сопротивление материалов и др. Проведем анализ некоторых других технических дисциплин, изучаемых в процессе обучения на ТЭФ,

Программы перечисленных курсов разрабатываются на основе государственных образовательных стандартов.

В программах курсов определяется содержание курса, знания и умения студентов, которыми обучающиеся должны овладеть в результате изучения данного курса.

Программа содержит информацию о темах, содержании материала по каждой теме, перечень тем лабораторно-практических работ, вопросы, задания или темы для самостоятельной или контрольной работы, контрольные и экзаменационные вопросы по всему курсу, а также список литературы.

В качестве примера приведем анализ программы курса «Теплотехника». В программе курса изложены теоретические основы теплотехники, рассмотрены общие законы передачи и преобразования теплоты в механическую работу в тепловых машинах. Показана связь между развитием энергетики и проблемами охраны окружающей среды, рационального природопользования и сохранения энергоресурсов.

Программа рассчитана на 136 часов, из них лекций - 34 ч., лабораторно-практических - 34., самостоятельных и индивидуальных - 68 ч.

Приведем темы лабораторно-практических занятий по курсу «Теплотехника»:

Анализ содержания курса позволяет выявить необходимость осуществления опоры на компоненты технического мышления, выделенные в данном исследовании. Покажем наиболее яркие примеры обращения к компонентам технического мышления по данному курсу.

Понятийный компонент предполагает сформированность технических понятий, таких как термодинамическая система, термодинамические процессы (изохорный, изобарный, адиабатный, изотермический, политропный), понятие идеального, реального газов и т.д.

Образный компонент способствует созданию образов и оперированию ими, так, например, необходимо иметь образ идеального и реального газов; необходимо иметь образное представление о циклах Дизеля, Отто, Тринклера; о процессах, происходящих при совершении циклов ДВС и т.д.

Практический компонент позволяет подтвердить практикой полученные теоретически сведения. В рамках этого компонента предполагается определение основных параметров термодинамической системы, применение законов термодинамики при расчете основных термодинамических процессов и т.д.

Язык техно предполагает понимание схем насосов, изображение циклов ДВС на Pv и Ts - диаграммах, понимание индикаторных диаграмм действующих циклов поршневых ДВС и т.д.

Оперативный компонент необходим для определения параметров состояния рабочего тела в характерных точках циклов, масштабов и темпов роста потребления энергии и т.д.

Анализ требований, предъявляемых к специалисту, успешно завершившему обучение по данной дисциплине показывает, что специалист должен не только знать основы, принципы и законы термодинамики, но и уметь применять их в новых ситуациях, что является одной из черт развитого технического мышления.

Таким образом, мы видим, что при изучении данной дисциплины формировать техническое мышление необходимо.

Анализ формулировок тем и содержания лабораторно-практических занятий показывает, что наиболее эффективной формой проведения занятий, при которой будут обеспечено наиболее полное усвоение знаний, является решение задач.

На основе анализа учебного курса «Теплотехника» для студентов IV курса обучения была установлена возможность использования задач в процессе обучения. Следовательно, существует реальная возможность разработки системы задач, направленных на развитие технического мышления.

В результате проведенного анализа, мы видим, что при изучении курса «Теплотехника» необходимо развивать техническое мышление и в этом курсе существует возможность применения специальной системы заданий, направленной на развитие технического мышления. Нами был проведен анализ программ курсов и других технических дисциплин. Этот анализ позволяет также сделать вывод о том, что в процессе изучения технических дисциплин необходимо формировать техническое мышление; наиболее удобным способом осуществления этого процесса является применение специальной системы заданий, состоящей из задач, направленных на формирование компонентов технического мышления.

 

АВТОР: Мухина М.В.