CC BY
21
УДК 378.01 ББК74.580.215
К МЕТОДИКЕ РЕАЛИЗАЦИИ УРОВНЕВОЙ ДИФФЕРЕНЦИАЦИИ НА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТАХ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ
I И.В. Бабичева, И.А. Абрамова
108
Аннотация. В статье рассматриваются проблемы обучения в высшей школе, связанные с тенденцией роста количества знаний по предмету, сокращения аудиторной нагрузки за счет увеличения времени, отводимого на самостоятельную работу. Организацию самостоятельной работы предлагается проводить с использованием технологии уровневой дифференциации. Методические аспекты реализации технологии показываются на примере организации лабораторной работы по определению положения центра тяжести.
Предлагается разрабатывать опытный материал трех видов: монолитные плоские фигуры первого вида для индивидуальных исследований; составные фигуры второго вида для индивидуальной работы; фигуры третьего вида с выдвижными элементами для групповой работы. Изготовление деталей предлагается проводить с использованием технологии прототипирования. Полученные 3D модели удобны в использовании при определении положения центра тяжести методом подвешивания. Наличие различных соединений позволяет обеспечивать многовариантность заданий. Использование предлагаемого опытного материала на лабораторной работе предполагает обеспечение дифференцированного обучения на базовом уровне требований и выше. Работа с монолитными фигурами, имеющими простой контур, предполагает обучение на базовом уровне требований. Наличие накладок и вставок, сложный контур фигур предполагает обучение на уровне выше среднего.
При работе с опытным материалом имеется возможность реализовать рефлексию на трех уровнях: низком (индивидуальная работа с материалом первого вида, групповая работа с материалом второго вида), среднем (индивидуальная работа со вставками и накладками) и высоком (индивидуальная работа с фигурами, имеющими сложный профиль). Таким образом, методика реализации уровневой дифференциации обучения осуществляется посредством: применения современных 3D технологий для изготовления опытного материала; использования трехуровневого опытного материала, позволяющего обеспечить подготовку на базовом уровне по предмету и выше; характером и степенью дозировки помощи обучаемым со стороны преподавателя; уровнем проводимой рефлексии.
Ключевые слова: уровневая дифференциация, прототипирование, теоретическая механика, лабораторная работа, центр тяжести.
METHODOLOGY OF IMPLEMENTING THE LEVEL DIFFERENTIATION IN LABORATORY WORKS ON THEORETICAL MECHANICS
| I.V. Babicheva, I.A. Abramova
Abstract. The article deals with the issues of studying in a Higher education Institution, related to the tendency of increasing the amount of knowledge on the subject, reducing the classroom workload by increasing the time allocated for independent work. Organization of independent work is proposed to be carried out using the technology of level differentiation. Methodical aspects of technology implementation are shown on the example of the organization of laboratory work to determine the position of the center of gravity.
It is proposed to develop experimental material of three types: monolithic flat figures of the first type for individual studies; composite figures of the second kind for individual work; figures of the third type with sliding elements for group work. Parts fabrication is proposed to be carried out using prototyping technology. The produced 3D models are convenient to use when determining the position of the center of gravity by the method of suspension. The presence of various compounds allows to ensure the multivariance of tasks. The use of the proposed experimental material on laboratory work assumes the provision of differentiated training at the basic level of requirements and above. Work with monolithic figures that have a simple outline, involves training at the basic level of requirements. The presence of straps jgg and inserts, a complex contour of figures involves training at a level above the average.
When working with experimental material, it is possible to implement the reflection on three levels: low (individual work with first-kind material, group work with second-kind material), medium (individual work with inserts and straps) and high (individual work with figures having a complex profile ).Thus, the methodology for applying the level differentiation of training is implemented through: the use of modern 3D technologies for the production of experimental material; use of a three-level pilot material that allows the training at a basic level in the subject and more; character and degree of assistance to the trainee by the teacher; the level of reflection.
Keywords: level differentiation, prototyping, theoretical mechanics, laboratory work, the center of gravity.
110
На современном этапе в высшей школе наметился ряд тенденций. Одна из них — резкое увеличение объема информации, обязательной для усвоения обучаемыми по различным циклам дисциплин. Причина тому — быстрое развитие науки и техники. Для подготовки высококвалифицированного специалиста в вузах должны быть разработаны учебные программы, учитывающие происходящие изменения. Процесс обучения должен быть организован таким образом, чтобы усвоение учебного материала происходило на высоком уровне. Однако на этапе реализации данных требований высшая школа столкнулась с рядом проблем. Одна из них — оптимальное перераспределение неизменившейся в часах общей часовой нагрузки. Традиционно в вузах данная проблема решается за счет увеличения часов, выделяемых на самостоятельную работу, и сокращения часов, отводимых на аудиторную работу. Однако самостоятельное овладение учебным материалом на одинаково высоком уровне невозможно для большинства обучаемых. Как следствие — у студентов происходит падение мотивации к обучению, осознанию себя как личности, как субъекта учебной деятельности. Эта проблема в технологии уровневой дифференциации решается введением так называемого базового уровня [1]. Уровне-вая дифференциация выражается в том, что, обучаясь в одном классе, по одной программе и учебнику, обучаемые могут усваивать материал на разных уровнях [2]. Данная технология позволяет учителю работать со всеми учениками класса, не усредняя уровень знаний учеников, позволяя
слабому ученику видеть перспективу успеха, сильному — давать возможность творческого роста [3].
Таким образом, при уровневой дифференциации учитываются не только интеллектуальные способности обучаемого, но и его интересы.
В статье исследуется проблема реализации уровневой дифференциации обучения в техническом вузе. Методика реализации технологии уровневой дифференциации показывается на примере организации лабораторной работы. В результате ее проведения предполагается последовательное достижение всеми обучаемыми обязательного базового уровня подготовки по теоретической механике и более высокого уровня с учетом индивидуальных особенностей обучаемых. Реализацию дифференцированного обучения предлагается проводить посредством изготовления и использования на лабораторных работах дифференцированного опытного материала.
Следует заметить, что во многих технических вузах на современном этапе наблюдается острая нехватка лабораторного оборудования, существуют определенные проблемы с его приобретением. Разработка дидактических наглядных пособий, материалов для проведения опытов ложится, как правило, «на плечи» ведущих преподавателей. В настоящем исследовании для этих целей предлагается активно использовать 3D технологии. А именно, разрабатывать и изготавливать разноуровневый дидактический материал для лабораторных работ на 3D принтерах. В поддержку применения технологий быстрого прототипирования в образовательном процессе высту-
пают требования нормативных документов в ФГОС нового поколения.
С учетом выше перечисленных проблем в образовании необходимость разработки и использования в учебном процессе дифференцированных опытных материалов, изготавливаемых с использованием 3Б технологий, определяет актуальность настоящего исследования.
Рассмотрим реализацию уровне-вой дифференциации в техническом вузе на примере опытного материала к лабораторной работе по определению центра тяжести плоской фигуры, выполняемой обучаемыми при изучении раздела «Статика».
Лабораторный практикум имеет важнейшее значение в обучении студентов инженерно-технических специальностей физическим методам получения и анализа результатов измерений. В ходе выполнения лабораторных работ студенты должны [4]:
• получить более глубокое понимание физического смысла измеренных величин;
• овладеть основными принципами и методами измерений, общепринятыми методами обработки и представления результатов измерений;
• научиться анализировать полученные результаты и сопоставлять данные эксперимента с теорией и справочными данными, делать выводы;
• овладеть навыками определения погрешности измерений.
Любое лабораторное исследование предполагает от обучаемых достаточно высокий уровень самостоятельной работы. Для успешной реализации уровневой дифференциации преподавателю при разработке инструкций к выполнению лабора-
торной работы необходимо учитывать интеллектуальные различия обучаемых, сформированность умений работать самостоятельно. Учитывать такое явление, как «клиповый» характер мышления у современной молодежи. Для этих целей необходима разработка дидактических средств, позволяющих представлять информацию в сжатой форме, оптимально сочетающих текстовый и структурно-логический способы представления информации [5].
В журнале для выполнения лабораторной работы должны быть четко прописаны: тема, цель исследования, оборудование, представлен табличный материал для заполнения результатов измерений, отведена графа для изложения выводов по работе.
Чтобы избежать ситуации «массового непонимания» перед выполнением лабораторной работы от преподавателя необходимо четкое объяснение хода работы, правил заполнения индивидуального журнала. Можно показать образец его заполнения. Это будет способствовать предупреждению появления многочисленных вопросов студентов во время лабораторной работы.
Лабораторная работа по определению центра тяжести фигуры — одна из основных в курсе изучения теоретической механики. Определение центра тяжести тел и выяснение условий их устойчивости имеет большое практическое значение.
Базовый уровень содержания темы «Центр тяжести» предполагает усвоение таких элементов содержания, как:
• понятие «центр тяжести» и его связь с понятием «центр параллельных сил»;
111
• формулы для вычисления центра тяжести однородных и неоднородных фигур, плоских и объемных фигур;
• аналитические методы определения центра тяжести (сложение, дополнение, симметрия, интегрирование);
• эмпирические методы определения центра тяжести (метод подвешивания и взвешивания).
В процессе выполнения лабораторной работы по базовым требованиям должно быть проверено умение студентами находить центр тяжести плоской однородной фигуры. К вариативному блоку требований может быть отнесено: определение центра тяжести объемной фигуры, неоднородной фигуры, плоской фигуры со сложным для исследования положения центра тяжести контуром.
Опытный материал (фигуры для установления положения центра тяжести) нами изготавливался на 3Б
принтере. Использовалась технология склеивания порошков.
Использование объемной печати нам позволило эффективно решить несколько задач.
По представленным чертежам получить прочные и удобные в использовании на лабораторной работе разноуровневые монолитные однородные плоские фигуры (рис. 1-3).
Для увеличения вариативности опытного материала использовать различные виды соединения отдельных частей составной фигуры.
На рисунке 4 представлен базовый элемент с крепящейся в нему насадкой (рис. 5) посредством пазового соединения.
На рисунках 7 и 8 представлены виды накладок к базовой фигуре.
На рис. 10 представлен базовый элемент с крепящейся в нему вставкой (рис. 11) .
112
Рис. 1.
о уровня сложности
Рис. 2. Фигура с насадкой е уровня сложности
Рис. 3. Фигура третьего уровня сложности
Рис 4.
Рис. 5.
прямоугольник
Рис. 6. Общий вид составной
и
При разработке опытного материала для объемной печати нами преследовалась цель изготовления таких фигур, конфигурация которых позволила бы проверить усвоение обучаемыми содержания темы «Центр тяжести» на разных уровнях.
Для рациональной организации дифференцируемой работы обучаемых материал изготавливался трех видов.
1. Плоские монолитные фигуры различной конфигурации, индивидуальная работа с которыми предполагает от студента выполнение требований к усвоению материала на различных уровнях: облегченный, средний и повышенный (вариант определяет преподаватель).
2. Наборы базового уровня с предложением дополнительных насадок, вставок, варьируюшцх степень трудности выполняемой работы (выбор варианта предоставляется обучаемому).
3. Дифференцированные групповые наборы с учетом проверки ус-
воения базового уровня у обучаемых (выбор фигуры предоставляется обучаемому).
Ниже представлен опытный материал всех трех видов для выполнения лабораторной работы.
На рисунках 13-15 представлены фигуры первого вида.
Однородная плоская фигура на рисунке 13 соответствует облегченному уровню сложности. Нахождение центра тяжести предполагает от студента использование метода симметрии, дополнения и сложения. Фигура разбивается на простейшие геометрические фигуры (полукруг, прямоугольник, треугольник), положение центра тяжести для которых студентам известно. На рис. 14 представлена фигура, разбиение которой на простейшие требует от курсанта определенной смекалки. Данная работа относится к среднему уровню сложности. На рис. 15 представлена фигура, контур которой имеет достаточно сложную конфигурацию. Име-
Рис. 7. Вставка круг
Рис. 8. Вставка пятигранник
О
Рис. 9. Общий вид составной фигуры
113
Рис. 10. Базовый элемент
Рис 11.
Рис. 12. Общий вид составной фигуры
Рис. 13. Фигуры облегченного уровня сложности
Рис. 16. Фигура с простыми насадками
Рис. 14. Фигура среднего уровня сложности
О
Рис. 17. Фигура со сложной вставкой в виде эллипса
Рис. 15. Фигура высокого уровня сложности
О
Рис. 18. Фигура с несколькими сложными вставками
114
ется ограничение его части параболой. Для нахождения центра тяжести курсанту необходимо использовать интегральное исчисление функций нескольких переменных, что и определяет повышенный уровень сложности задания.
Опытный материал первого вида преподаватель выбирает, учитывая ранее достигнутые успехи студента в изучении дисциплины. Со стороны преподавателя на занятии должен быть обеспечен высокий уровень контроля выполнения студентами индивидуальных заданий. Если обучаемый испытывает затруднения с работой по предложенному опытному материалу, преподавателю нужно либо оказать помощь, направляя в правильном русле ход мыслей, либо заменить фигуру на более простую для исследования. Таким образом, уров-невая дифференциация при работе с
материалом первого вида обеспечивается не только сложностью задания, то и мерой оказываемой помощи со стороны преподавателя.
Уровневая дифференциация предполагает также создание преподавателем условий для свободного выбора студентом уровня сложности выполняемого задания [6]. Ситуацию свободного выбора представляют фигуры второго и третьего вида. Наборы базового уровня с предложением дополнительных насадок, вставок, варьирующих степень трудности выполняемой работы, представлены на рис. 16-18.
На рис. 16 показан базовый элемент — квадрат с насадками треугольной и круглой формы. Наличие насадок позволяет перейти курсанту от исследования центра тяжести однородной плоской фигуры к исследованию положения центра тяжести неоднородной фигуры. Для его уста-
ЕК
новления от курсанта требуется проведения дополнительного анализа распределения массы исследуемой составной фигуры. На рис. 17 и 18 имеется базовый элемент, ограниченный овалами. Использование вставок овальной формы требует от курсанта использования интегрального исчисления, что увеличивает сложность задания.
В отличие от опытного материала первого вида, опытный материал второго вида выбирает для себя обучаемый. Здесь очень важна от студента правильная самооценка, умение проводить рефлексию своей деятельности.
По уровням проводимой рефлексии предлагаем опытный материал для лабораторных работ также делить на три уровня [7] .
Исследования, выполняемые студентами в лабораторной работе на базовом уровне требований, предполагают проведение рефлексии на первом, самом низком уровне. Для выполнения лабораторной работы на данном уровне курсанты используют знания в «готовом» виде, содержащемся в лекционном материале, в руководствах к выполнению лабораторных работ. Пример опытного материала данного уровня представлен на рис. 13.
Проведение рефлексии на втором уровне предполагает от студента умения использовать не только знания, полученные ранее, но и добытые в ходе исследования. Тем самым, реализуются требования к обучению выше базового уровня. В рамках лабораторной работы по установлению положения центра тяжести такая возможность обучаемых имеется. А именно, используя
предлагаемые насадки и вставки, обучаемый учится анализировать изменение положения центра тяжести посредством изменения свойств материала (рис.16).
Проведение рефлексии на третьем уровне предлагает от студента использования различных видов интеллектуальной рефлексии (экстенсивной, интенсивной, конструктивной) и личностной рефлексии (ситуативной, ретроспективной и перспективной). С этой целью в рамках лабораторной работы можно предлагать студентам опытный материал, для исследования которого необходимо продемонстрировать высокий уровень интеграции знаний из различных циклов дисциплин. К примеру, на лабораторной работе по исследованию положения центра тяжести предлагать фигуры с контуром в виде парабол, эллипсов. Тем самым преподаватель сможет оценить умение курсантом проводить активную интеграцию математических и технических знаний, подходить конструктивно к исследуемой проблеме, проводить параллели с ранее изученным материалом и видеть его перспективы в дальнейшем использовании (рис. 15, 17, 18).
Таким образом, уровневая дифференциация при работе с материалом второго вида обеспечивается не только сложностью задания, то и видами интеллектуальной и личностной рефлексии.
Индивидуальная форма работы студентов с опытными образцами первого и второго вида имеет один серьезный недостаток. А именно, между студентами практически отсутствует общение друг с другом. Успехи и затруднения в работе за-
115
мыкаются на самом обучаемом. Уровневая дифференциация должна предполагать создание от преподавателя условий для групповой работы. Работа с опытным материалом третьего вида предполагает органичное сочетание коллективной работы с индивидуальной. Такую возможность дают фигуры третьего типа, представленные на рисунках 19-23.
Наличие выдвижных элементов (рис. 19-21) и насадок (рис. 22-23) позволяют варьировать положение центра тяжести. При этом степень сложности всех заданий одинакова.
Несмотря на то, что фигуры третьего вида позволяют проверить усвоение материала только на базовом уровне, работа с ними, в силу своего группового характера, очень полезна на лабораторной работе. Общение с товарищами, их своевременная помощь в процессе выполнения работы позволяют избежать таких негативных явлений в обучении, как страх
не успеть выполнить задание. При групповой работе происходит взаимообучение, студенты активно помогают друг другу, выявляют ошибки товарищей. Именно групповая работа способствует улучшению психологического климата в группе, развитию толерантности, умению вести диалог и аргументировать свою точку зрения. В результате повышается мотивация к учению, снижается уровень тревожности.
Однако следует признать, что использование опытного материала, ориентированного на групповую работу, имеет и ряд минусов. Часто студенты объединяются в группы по принципу «сильный — слабый». При таком объединении менее подготовленный студент зачастую не выполняет свои исследования самостоятельно, а ждет помощи от сильного товарища. Нередко более слабо подготовленный обучаемый не решается указать более сильному товарищу
116
¿Ь ¿Ь 4=
Рис. 19. Фигура без выдвижных элементов
Рис. 20. Фигура с двумя выдвижными элементами
Рис. 21. Фигура монолитная
Рис. 22. Фигура с несмещенной насадкой
Рис. 23. Фигура со несмещенной смещенной насадкой
1ЕК
на ошибки в решении. Поэтому задача преподавателя — сформировать группы так, чтобы все работали на равных. Группа для работы с материалом третьего вида должна быть однородной по уровню подготовки, темпу работы. Опыт работы показал, что оптимальный состав для работы с опытным материалом третьего вида — группы по 3-4 человека. Состав групп можно предложить студентам сформировать самостоятельно, но преподавателю скорректировать его, учитывая взаимоотношения между обучаемыми.
Таким образом, предлагаемая в данной работе методика реализации уровневой дифференциации обучения осуществляется посредством:
• применения современных 3Б технологий для изготовления опытного материала;
• использования трехуровневого опытного материала, позволяющего обеспечить подготовку на базовом уровне по предмету и выше;
• характером и степенью дозировки помощи обучаемым со стороны преподавателя;
• уровнем проводимой рефлексии.
Предлагаемая методика уровне-вой дифференциации позволяет организовать учебный процесс так, чтобы все обучаемые усваивали содержание образования на необходимом базовом уровне. При этом позволяет учитывать индивидуальные особенности обучаемых, предлагая задания выше базового уровня сложности. Процесс обучения становится личностно-ориентированным, что повышает качество подготовленности будущих специалистов.
СПИСОК ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Моргун, В.Ф. Интеграция и дифференциация образования: личностный и технологический аспекты [Текст] / В.Ф. Моргун // Школьные технологии. — 2003. — № 3. — С. 3-9.
2. Жанбаева, Л.А. Уровневая дифференциация как средство повышения уровня знаний учашдхся [Текст] / Л.А. Жанбаева, И.С. Жандабаева, Ж.А. Жунисбекова // Успехи современного естествознания. — 2015. — № 6. — С. 151-155.
3. Использование технологии уровневой дифференциации на уроках математики в условиях полиэтнической среды МАОУ СОШ №147 г. Екатеринбурга [Электронный ресурс]. — URL: https://kopilkaurokov. ru/matematika/prochee/stat-ia-po-tiemie-ispol-zovaniie-tiekhnologhii-urovmevoi-diffierientsiatsii-na-urokakh-matiematiki-v-usloviiakh-polietnichieskoi (дата обращения: 17.05.2018).
4. Селевко, Г.К. Педагогические технологии на основе эффективности управления и организации учебного процесса [Текст] / Г.К. Селевко. — М.: Заря, 2003 . — 80 с.
5. Бабичева, И.В. Анализ и учет феномена «клиповое мышление» при структурировании содержания дидактических материалов по теоретической механике [Текст] / И.В. Бабичева, Д.В. Коньшин, В.В. Постовая // Преподаватель XXI век. — 2017. jjj
— № 3. — 113-124.
6. Косарева, Е.А. Механика: лабораторный практикум [Электронный ресурс] / Е.А. Косарева, Н.В. Мелешко, А.А. Сидоров, М.В. Петровская, Т.Н. Голованова, Л.А. Митлина, Т.В. Янковская. — Часть 1.
— Самара: Самар. гос. техн. ун-т, 2014 — URL: http://physics.samgtu.ru/sites/physics. samgtu.ru/files/styles/praktikum_mehanika. pdf (дата обращения: 17.05.2018).
7. Бабичева, И.В., Бабичев, А.А., Смолин, А.А. Формирование профессиональной компетентности у будущих военных инженеров в процессе реализации трехуровневой стратегии рефлексивного обучения [Текст] / И.В. Бабичева, А.А. Бабичев, А.А. Смолин // Омский научный вестник. Серия Общество. История. Современность. Вып. 5(142). — 2015. — С. 72-75.
REFERENCES
1. Babicheva I.V., Babichev A.A., Smolin A.A., Formirovanie professionalnoj kompetent-nosti u budushchih voennyh inzhenerov v processe realizacii trekhurovnevoj strategii refleksivnogo obucheniya, Omskij nauchnyj vestnik, Seriya "Obshchestvo. Istoriya. Sovremennost", Vyp. 5(142), 2015, pp. 7275. (in Russian)
2. Babicheva I.V., Konshin D.V., Postovaya V.V., Analiz i uchet fenomena "klipovoe myshlenie" pri strukturirovanii soderzhaniya didakticheskih materialov po teoreticheskoj mekhanike, Prepodavatel XXI vek, 2017, No. 3, pp. 113-124. (in Russian)
3. Ispolzovanie tekhnologii urovnevoj differen-ciacii na urokah matematiki v usloviyah po-liehtnicheskoj sredy MAOU SOSh №147 g. Ekaterinburga [Electronic resource], available at: https://kopilkaurokov.ru/matemati-ka/prochee/stat-ia-po-tiemie-ispol-zovaniie-tiekhnologhii-urovnievoi-diffierientsiatsii-na-urokakh-matiematiki-v-usloviiakh-poliet-nichieskoi (accessed: 17.05.2018). (in Russian)
4. Kosareva E.A., Meleshko N.V., Sidorov A.A., Petrovskaya M.V., Golovanova T.N., Mitlina L.A., Yankovskaya T.V., Mekhanika: labora-tornyj praktikum [Electronic resource], Chast 1, Samara: Samar. gos. tekhn. un-t, 2014, available at: http://physics.samgtu.ru/ sites/physics.samgtu.ru/files/styles/prakti-kum_mehanika.pdf (accessed: 17.05.2018). (in Russian)
5. Morgun V.F., Integraciya i differenciaciya obrazovaniya: lichnostnyj i tekhnologiches-kij aspekty, Shkolnye tekhnologii, 2003, No. 3, pp. 3-9. (in Russian)
6. Selevko G.K., Pedagogicheskie tekhnologii na osnove ehffektivnosti upravleniya i orga-nizacii uchebnogo processa, Moscow, Zarya, 2003, 80 p.
7. Zhanbaeva L.A., Zhandabaeva I.S., Zhunis-bekova Zh.A., Urovnevaya differenciaciya kak sredstvo povysheniya urovnya znanij uchashchihsya, Uspekhi sovremennogo est-estvoznaniya, 2015, No. 6, pp. 151-155. (in Russian)
Бабичева Ирина Владимировна, кандидат педагогических наук, доцент, кафедра технической механики, Омский автобронетанковый инженерный институт, inbabicheva@mail.ru Babicheva I.V., PhD in Education, Associate Professor, Technical Mechanics, Department, Omsk Automobile Armored Engineering Institute, inbabicheva@mail.ru
118 Абрамова Иванна Андреевна, кандидат педагогических наук, заведующий кафедрой технической механики, Омский автобронетанковый инженерный институт, aivanna@yandex.ru
Abramova I.A., PhD in Education, Chairperson, Technical Mechanics Department, Omsk Automobile Armored Engineering Institute, aivanna@yandex.ru
