CC BY
9
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)
УДК 378.147.13
UDC 378.147.13
ГРЯДУНОВА Е.Н.
кандидат технических наук, доцент, кафедра мехатро-ники, механики и робототехники, Орловский государственный университет имени И.С.Тургенева E-mail: [email protected] ГОРИН А.В.
кандидат технических наук, доцент, кафедра мехатро-ники, механики и робототехники, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ТОКМАКОВА 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]
GRYADUNOVA E.N.
Doctor of technical sciences, associate professor, department of mechatronics, mechanics and robotics, Orel State
University
E-mail: [email protected] GORIN A.V.
Doctor of technical sciences, associate professor, department of mechatronics, mechanics and robotics, Orel State
University E-mail: [email protected] GORINA M.A. Student of Orel State University E-mail: [email protected] TOKMAKOV N.V. Student of Orel State University E-mail: [email protected]
КОНЦЕПТУАЛЬНЫЙ ПОДХОД К СОЗДАНИЮ ОБУЧАЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ ДЛЯ СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
CONCEPTUAL APPROACH TO THE CREATION OF THE TRAINING PROGRAM FOR STUDENTS IN THE DISCIPLINE OF APPLIED MECHANICS
В статье рассматривается концептуальный подход к созданию обучающей программы для студентов по дисциплине прикладная механика. Выполнен анализ целей и методов мониторинга изучаемых дисциплин технической направленности. Предложены варианты заданий различной сложности для контроля полученных студентами знаний и умений по дисциплинам технической направленности.
Ключевые слова: обучающие программы, педагогическое проектирование, уровни усвоения, коэффициент усвоения, прикладная механика, уровень задания.
The article deals with the conceptual approach to the creation of a training program for students in the discipline of applied mechanics. The analysis of the purposes and methods of monitoring of the studied disciplines of a technical orientation is executed. The options proposed tasks of different complexity for the control of students ' knowledge and skills in the disciplines and technical direction.
Keywords: training programs, pedagogical design, levels of assimilation, coefficient of assimilation, applied mechanics, the level of the task.
Во всех вузах страны происходит переход от традиционно-советского преподавания дисциплин к западно-инновационному. Личностное общение преподавателя с обучающимся сводится к минимуму, а самостоятельная работа студента возрастает до максимально-возможного. Если для гуманитарных наук такой поворот в обучающем процессе происходит более-менее безболезненно, то при изучении технических дисциплин, таких как физика, теоретическая механика, прикладная механика, теория машин и механизмов процент обученных студентов катастрофически падает. Как показывают проведенное тестирование, средний уровень усвояемости теоретической механики
составляет 60%. Возникает осознанная необходимость разработки целостной концепции педагогического проектирования, у которого должна быть конкретная цель, определенное содержание, современные методы обучения, предполагающие гибкость и информативность системы образования [1-3].
Преподаватель высшей школы должен использовать в своей деятельности современные методы и средства обучения. Для управления и контроля над самостоятельной работой обучающегося невозможно обойтись без прикладных обучающих программ, разработанных по конкретной теме или дисциплине. Компьютерные обучающие программы относятся к образовательным
Представленный материал выполнен в рамках проекта №9.2952.2017/4.6. государственного задания.
© Грядунова Е.Н., Горин А.В., Токмакова М.А., Токмаков Н.В. © Gryadunova E.N., Gorin A.V., Gorina M.A., Tokmakov N.V.
*
информационным технологиям, они обеспечивают новое качество учебного процесса [4]. Компьютерные обучающие программы по сравнению с традиционными учебно-методическими средствами имеют ряд достоинств:
- разные учебные материалы - учебники, конспект лекций, методические руководства к практическим и лабораторным занятиям по данному предмету можно сосредоточить в одном месте и через гипертекстовые ссылки дать обучающему возможность перемещаться между учебными материалами;
- учебный материал для разных направлений подготовки бакалавриата преподносится со своими профессиональными особенностями и может быть проиллюстрирован графиками, картинками и даже анимацией;
- в тоже время материал, предназначенный для распечатки, копирования и размножения может быть изложен в сжатой, но доступной форме;
- создание электронных учебников, учебных материалов относительно дешево, хоть и временно затратно, зато они легко подаются корректуре;
- данные учебные материалы легко доступны - их можно переслать по электронной почте, через социальную сеть, скачать на электронный носитель;
- возможность учиться дома, что особенно важно для обучающих с ограниченными физическими возможностями.
Однако предварительно необходимо создать учебно-методические материалы, обеспечивающие использование программного средства. Предмет прикладная механика является одной из главных общетехнических дисциплин, вводящих студента в мир инженера. Преподавателю уже на первой лекции необходимо пробудить интерес обучающего к данному предмету, а значит мотивировать его к познавательной деятельности. Можно дать слушателям небольшой тест, чтобы они оценили свой уровень технической эрудиции.
Основная часть
Целю разработанного концептуального подхода к созданию обучающей программы для студентов по прикладной механике является обеспечения заданного уровня компетентности будущего специалиста. Дерево цели представлено на рисунке 1.
Достижение общепрофессиональной компетентности обучающегося является целью первого уровня. Выпускник Вуза должен:
- уметь использовать полученных знаний в своей профессиональной деятельности,
- уметь переносить их из одной области в другую,
- иметь способность к самообразованию и самообучению.
Цель первого уровня находится в диалектической взаимосвязи с целями второго уровня: профессиональная подготовка, общее образование, повышение интеллекта обучающего. На втором уровне необходимо научить студента пользоваться полученными знаниями, решать конкретные задачи, связанные со свое будущий
профессиональной деятельностью и уметь применять общетехнические законы при решении проблем в любой производственно-технической сфере.
Рис. 1. Дерево целей образовательной программы по дисциплине прикладная механика.
На третьем этапе осуществляется расчленение целей второго уровня на конкретные задачи, стоящими перед освоением данной дисциплины. Таким образом нами определены конкретные цели обучающей программы.
Достижение поставленных целей вполне реально, так как на кафедре механики, мехатроники и робототехники ОГУ им. Тургенева имеется необходимое оборудование, программные средства и методические разработки.
Для осуществления поставленной цели необходимо иметь соответствующий аппарат измерения - оценки достигнутых результатов обучения. В педагогической литературе [5-7], предложена следующая классификация уровней усвоения учебного материала:
1. Информационный, студент должен овладеть информацией по данной дисциплине, но не обязан воспроизводить ее по памяти, а только узнавать в технической литературе и знать смысл основных понятий и формул.
2. Репродуктивный, студент должен понимать смысл, поставленный перед ним задачи, использовать формулы, относящиеся к данной теме, но в данном случае задача, предложенная преподавателем, должна быть стандартная, решенная на лекции или в другой учебно-методической литературе.
3. Базовый, студент должен научиться решать не только стандартные задачи, но и уметь использовать полученные знания для решения технических задач, объединяющих несколько общетехнических законов.
4. Повышенный уровень, студент должен уметь в комплексе использовать полученные знания, уметь сравнивать и анализировать различные решения одной и той же технической задачи и находить оптимальное решение.
5. Творческий, студент должен заниматься научной работой, уметь сам ставить перед самой задачи исследования, составлять план работы, оценивать полученные результаты, делать выводы и уметь доказывать свою точку зрения на данную проблему. решать нестандарт-
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)
ные задания, владение элементами исследовательской деятельности.
На кафедре разработана система тестирования студентов в соответст-вии с данной классификацией. Тема «условие прочности детали при деформации растяжении-сжатие» является одной из главных при изучении курса прикладная механика. Поэтому важно не только обеспечить усвоение основных понятий и формул, но и научить студентов ими пользоваться и применять при проектировании конструкций. Рассмотрим карточку теста, содержащую пять заданий различных уровней сложности.
Задание первого уровня сложности - это узнавание изученных формул. Формулы в тесте должны быть представлены в стандартном виде. Если буквенное обозначение одних и тех же величин различны в учебно-методическом материале, необходимо предупредить обучающего каким учебным материалом надо пользоваться при подготовке. Поэтому деятельность первого уровня называют опознанием, а полученные знания - знания-знакомства.
Пример:
По какой формуле определяется напряжение при растяжении-сжатии. Необходимо выбрать правильный ответ. Варианты ответов представлены в таблице 1. Правильным является ответ в столбце 2.
Задание второго уровня сложности - это решение элементарной задачи, то есть воспроизведение задачи, решенной преподавателем ранее, но с другими числовыми данными. При этом знания считаются усвоенными, если в результате решения он получил правильное числовое значение и представил его в требуемых единицах измерения. Поэтому деятельность второго уровня условно называют воспроизведением, а полученные данные - знания-копии.
Пример:
Определить напряжение в стержне, площадью поперечного сечения 2 см2, растянутого двумя силами равными по модулю, противоположными по направлению, значение каждой силы 2 кН. Выбрать ответ из таблицы 2.
Решение:
P
<у = — = ■
2-103
F 2-10-
= 107 = 10 МПа.
Правильным является ответ в столбце1.
Таблица 1. Варианты ответов к первому заданию
1 2 3 4
My О = - W "у N а =— F Mt а = —- W "р и t-
Таблица 2. Варианты ответов ко второму заданию
1 2 3 4
10 МПа 10 Па 2 МПА 12 кПа
Задание третьего уровня сложности - обучающийся должен свободно владеть методами решения примитивных задач: определение площади сечения, веса тела, и т.д. Он должен уметь использовать простейшие формулы, порой относящиеся к разным темам дисциплины для решения более сложной задачи. Обучающий может пользоваться своим алгоритмом решения, не описанным в учебно-методической литературе, но физический смысл решения не должен быть потерян, задача должна быть решена до конца. Поэтому третий уровень условно называют применением, а полученные знания - знания-умения.
Пример:
Определить напряжение, возникающие в проволоки диаметром 2мм, если на ней подвешен фонарь масса 20 кг.
Решение:
* = N, (1)
F
где N - сила:
N = mg = 20• 9,8 = 196 Н; Р - площадь поперечного сечения:
F
_„d2 2-10-3)2 _
4 4
Тогда формула (1) примет вид:
196
3,14-10-6 <2
3,14-10-
- = 62,4 -106 = 62,4 МПа.
Варианты ответов представлены в таблице 3. Правильным является ответ в столбце 3.
Таблица 3. Варианты ответов к третьему заданию
1 2 3 4
60,0 МПа 62,4 Па 62,4 МПА 2 кПа
Задание четвертого уровня сложности (повышенный уровень) - это умение решить новую для обучающего задачу, которой нет в лекционном материал, которая не разбиралась на практическом занятии. Формул для решения данной задачи нет в явном виде в литературе, их необходимо вывести самостоятельно.
Пример:
Стержни фермы изготовлены из хрупкого материала. Определить диаметры стержней, если допускаемы напряжения Ы = 140 МПа, Ы = 100 МПа.
I. J рас I- лсж
Схема нагружения представлена на рисунке 2.
Угол между стержнями 300, сила Р = 4 кН.
Рис. 2. Схема нагружения к заданию четвертого уровня.
а
Решение:
Для решения данной задачи необходимо знать условия равновесия сходящейся системы сил, уметь составлять расчетную схему (рисунок 3) и проецировать силы на оси координат.
Рис. 3. Расчетная схема к заданию четвертого уровня.
Условие равновесия выглядит следующим образом:
я =Е Р = 0;
Ркх = 0; ^ + S1 соэ 30° = 0;
1Хру = 0; 5^ьзо° + р = о. р
S, =--
^2 =-
4000 sin 30°
sin 30°
= -2000 Н (стержень №2 сжат).
Sl = -S2 cos30°; S1 = -(-2000) • 0,866 = 1732 Н (стержень №1 растянут)
Обучающий должен уметь преобразовывать формулу условия прочности для определения геометрических размеров стержней.
— <[а] ^ f >-—- ^ 4
I ^ ^ " " ^ [it
4 1— 1 1 4-1732
Vn-140-106
1 4S2 1 4■2000
! [о
2,3-Ю-3 м.
= 1,8 10-3 м.
\я-100 106
Варианты ответов представлены в таблице 4. Правильным является ответ в столбце 1.
Таблица 4.
Варианты ответов к четвертому заданию
1 2 3 4
3 мм, 2 мм 3 см, 2 см 2 см, 4 см 2 мм, 4 мм
Задание пятого уровня сложности - творческий уровень, обучающий должен уметь самостоятельно овладевать учебной информацией и использовать ее для решения технических задач. Задача, представленная в пятом тесте, дается на тему, предполагающую самостоятельное изучение. Студент должен не только сделать расчет, но и представить вывод о проделанной работе.
Пример:
Оптический элемент, установленный без зазоров между неподвижными плоскостями (рисунок 4) подвержен нагреванию от 200 С до 700 С.
Требуется: Оценить работоспособность конструкционного элемента. Определить наибольшую
температуре окружающей среды при которой сохраняется механическая прочность оптического элемента. Информация об оптическом элементе: предел прочности при растяжении 20 МПа; модуль упругости материала 2-1011 Па, температурный коэфициент растяжения а = 810-6 К-1.
Решение:
Температурное удлинение оптического элемента определяется по формуле А = а ■ / ■АЛ. Но в задании нет данных о первоначальной длине стержня. По закону Гука для растяжения напряжение, возникающие в сечении равно:
о=е- Е, (2)
А/
где В - относительное удлинение стержня, £ —
l
a-1 -At Л „
а =--E =a-At - E
l
При расчете будем иметь:
а = 8-10-6 • (70 - 20) • 2-1011 = 80-106 Па = 80 МПа.
(3)
/
10 У У У У
У
Рис. 4. Схема крепления оптического элемента к заданию четвертого уровня.
Заключение о работоспособности элемента: так как температурные напряжения (80 МПа), возникающие в оптическом элементе превышают предел прочности (20 МПа), то элемент не может работать в данном диапазоне температур.
Для ответа на второй вопрос представим формулу (3) в виде:
а=а-(г2 -?1)• Е (4)
и выразим из нее конечную температуру:
а
t2 =-+ tx,
20 -106
- + 20 = 32,50C.
аЕ " 2 8-106 • 2Л0п
Правильным является ответ: 32,5 0С - максимальная температура при которой еще сохраняется прочность оптического элемента.
Заключение
При тестовом контроле знаний принято судить о завершении процесса обучения по значению коэффициент усвоения, который определяется как отношение числа правильно выполненных заданий к общему количеству заданий. Если коэффициент усвоения больше 0,7 процесс обучения считается завершенным [8-10]. Но такой способ оценки усвоения учебной деятельности можно отнести только к первым трем уровням. При оценке задач четвертого и пятого уровней необходимо конкретизировать требования и ввести балльную оценку. На пример для вышеописанных заданий критерии оценки приведены в таблице 5.
Таким образом, обучающая программа должна
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)
предусматривать не только обучение учащегося, но и объективный контроль знаний. Это творческая работа преподавателя, которая зависит от опыта его работы, личных качеств и т.д.
Предложен концептуальный подход и информационно-познавательная модель учебного процесса, применительно к преподаванию общетехнических дисциплин, в частности к курсу прикладная механика. Представленный концептуальный подход в полной мере обеспечивает достижение целей обучающей программы.
Таблица 5. Критерии оценки выполнения заданий
№ Требования к решению задачи №4 Баллы
1 Построение расчетной схемы 10
2 Составление уравнений равновесия статики 25
3 Расчет реакций опор 15
4 Вывод формулы для расчета геометрических размеров стержня из условия прочности 35
5 Расчет геометрических размеров стержня. 15
Всего 100
Библиографический список
1. БеспаленкоВ.В. Педагогические основы управляемого компьютером обучения: книга / В.В. Беспаленко. М.: T8Rugram, 2018. 240 с.
2. ЛазаревВ.И. Педагогическая инноватика: учебник / В.И. Лазарев, Б.Г. Мартиросян. М.: Багира-2, 2006. 360 с.
3. Околелое О.А. Инновационная педагогика: учебное пособие / О.А. Околелов // Серия: Высшее образование. Магистратура. М: Издательство: Инфра-М, 2017. 168с.
4. Яковлева Н.О. Концепция педагогического проектирования: методологические аспекты: монография. М: Информационно-издательский центр АТиСО, 2002. 194 с.
5. Тесленко В.И. Современные средства оценки и диагностики уровня компетентностного развития магистров: учебное пособие / В.И. Тесленко, Т.А. Залезная // Красноярский гос. пед. ун-т им. В.П. Астафьева. Красноярск, 2014. 200 с.
6. БеспалькоВ.В. Теория создания и применения: учебник / В.В. Беспалько. М.: НИИ школьных технологий, 2006. 192 с.
7. КрившенкоЛ.П. Педагогика: учебник и практикум / Л.П. Крившенко, Л.В. Юркина // М: Проспект, 2017. 238 с.
8. АванесовВ.С. Композиция тестовых заданий: учебная книга. // 3 изд., доп. М.: Центр тестирования, 2002. 240 с.
9. Васильев В.И. Культура компьютерного тестирования. Ч. 1. Философия адаптивного тестирования / В.И. Васильев, Т.Н. Тягунова. М.: МГУП, 2002. 90 с.
10. СубеттоА.И. Оценочные средства и технологии аттестации качества подготовки специалистов в вузах: методология, методика, практика. // Иссл. центр проблем качества подготовки специалистов, 2004. 280 с.
References
1. Bespalenko V.V. Pedagogical bases of computer-controlled learning: book. M.: T8Rugram, 2018. 240 p.
2. Lazarev V. Pedagogical innovation: a textbook / V. I. Lazarev, B. I. Martirosyan. M.: Bagira-2, 2006. 360 p.
3. Okolov O. Innovative pedagogy: textbook / Series: Higher education. Magistracy. M: Publisher: Infra-M, 2017. 168p.
4. YakovlevaN. The concept of pedagogical design: methodological aspects: monograph. M: information and publishing center Atiso, 2002. 194 p.
5. Teslenko V. Modern means of estimation and diagnostics of level of competence development of master students: study guide / V. Teslenko, T. Zalesna // Krasnoyarsk state pedagogic. UN-t im. V. P. Astafiev. Krasnoyarsk, 2014. 200 p.
6. Bespal'ko V. Theory and applications: a tutorial. M.: research Institute of school technologies, 2006. 192 p.
7. Kryvshenko L. Pedagogy: textbook and practice / L. Kryvshenko, L. Yurkina // - m: Prospect, 2017. 238 p.
8. Avanesov V. Composition of test tasks: educational book / V. Avanesov / / 3 ed., DOP. M.: testing Center, 2002 . 240 p.
9. Vasilyev V. The Culture of computer-based testing. Part 1. Philosophy of adaptive testing / V. Vasilyev, T. Tyagunova. M/: MGUP, 2002.
90 p.
10. Subetto A. Valuation of tools and technologies certification for the quality of training in higher education: methodology, technique, practice / A. Subetto // Issl. center of problems of quality of training, 2004. 280 p
