CC BY
63
УДК 378.1
МЕХАНИЗМ СОПРОВОЖДЕНИЯ ТВОРЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ СТУДЕНТОВ В ОЛИМПИАДНОМ ДВИЖЕНИИ ПО ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКЕ
© 2016 А.И. Попов1, Г.И. Дубровина2
1канд. пед. наук, доцент, начальник отдела электронного обучения e-mail: olimp popov a mail.rii
Тамбовский государственный технический университет
2канд. физ.-мат. наук, доцент, доцент кафедры теоретической механики
Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
В статье показано возрастание значимости творческой подготовки современных технических специалистов, обоснован выбор олимпиадного движения в качестве формы организации творческой подготовки и описана история его развития; рассмотрен механизм сопровождения творческого развития на основе олимпиадного движения по теоретической механике и приведены примеры его функционирования в технических вузах.
Ключевые слова: креативность, технический специалист, олимпиада по теоретической механике, олимпиадное движение, творческие задачи.
Необходимость интенсификации инновационных процессов в производственном секторе экономики, возрастающая потребность в конкурентоспособной продукции машиностроительных производств предопределяют повышение требований к творческой составляющей труда инженера [Наумкин 2008], его готовности к конструированию технических объектов и систем, обеспечивающих предъявленные требования к функциональному назначению, оптимальные с позиции прочности и проявляемых кинематических и динамических характеристик. Выпускник технического вуза должен обладать как высоким уровнем сформированности творческих компетенций, определяющих результативность его включения в творческую деятельность вообще, так и базовыми инженерными знаниями, которые позволят ему эффективно решать задачи по проектированию нового оборудования и оптимизации его режимных параметров [Попов, Пучков 2010]. По нашему мнению, крайне неосмотрительно в последнее время при проектировании основных профессиональных образовательных программ предпочтение в их структуре отдается формированию узкоспециализированных профессиональных компетенций в ущерб фундаментальной общеинженерной подготовке. Владение на деятельностном и рефлексивном уровнях знаниями в области математики, физики, теоретической механики позволят выпускнику технических направлений подготовки не только решать нестандартные профессиональные задачи, но и быстро адаптироваться и к новому виду деятельности, и к новым знаниям в какой-либо отрасли. Наряду с контактной работой большое значение для освоения образовательной программы имеет и самостоятельная работа студентов по этим дисциплинам [Куча, Мосалева 2014].
Одним из перспективных механизмов сопровождения творческого развития студентов является олимпиадное движение по учебным дисциплинам [Попов, Пучков
2010]. С учетом значимости в современной экономической ситуации общеинженерной подготовки к техническому творчеству существенную роль в диагностировании и развитии креативности будущих специалистов играет олимпиадное движение по теоретической механике [Попов 2010]. При решении конкурсных задач студентам необходимо создать математическую модель реального объекта, выбрать метод решения данной задачи, исследовать полученные результаты.
Олимпиады по учебным дисциплинам как элемент соревновательной мотивации к творческому их изучению начали проводиться в вузах в середине прошлого века. Каждый вуз искал свои формы и регламент проведения таких олимпиад, которые бы обеспечили и развитие творческих способностей значительного количества обучающихся вуза (за счет массовости участия), и формирование технической элиты, готовой к участию в решении наиболее актуальных задач механики как науки и её практического применения в конструкторских и проектных отделах. Одним из новаторов в реализации соревновательного подхода к обучению был МВТУ им. Н.Э. Баумана [Дубинин и соавт. 2006; Дубровина 2014], где первая вузовская олимпиада по теоретической механике была проведена в 1953 г.
Положительный опыт вузовских олимпиад, необходимость, как дальнейшего развития студенческой элиты, так и обмена бесценным методическим опытом организации творческой работы в различных вузах сделали целесообразным проведение межвузовских олимпиад. Например, городская олимпиада по теоретической механике в г. Москве проводится с 1970 г., причем уже в самом начале становления данной формы организации творчества студентов в ней принимали участие команды более 30 вузов. Каждая команда включала 10 лучших студентов вуза, а командный зачет проводился по 5 лучшим. Следующим этапом стало проведение с 1981 г. Всесоюзной олимпиады по теоретической механике (в 1981-1985 гг. в Ижевском механическом институте, в 1986-1990 гг. в Белорусском политехническом институте).
Становление новой России и связанные с этим экономические трудности внесли свои коррективы в развитие олимпиадного движения. Всероссийская олимпиада (её 3-й, заключительный тур) последовательно проводилась на базе ведущих университетов Перми, Екатеринбурга, Казани, Новочеркасска. Постепенно снижалась роль межвузовского тура олимпиады, который стал полноценно проводиться лишь в некоторых регионах. Одним из регионов, в котором традиции межвузовских соревнований студентов не только сохранились, но и получили дальнейшее развитие, является город Москва. Большую роль в максимальном использовании творческого потенциала олимпиад в подготовке инженеров в вузах Москвы сыграл Научно-методический совет по теоретической механике, секцию олимпиад которого в разные годы возглавляли В.В. Дубинин, Е.И. Яковлев, а в настоящее время координирует усилия энтузиастов олимпиадного движения Г.И. Дубровина. В последние годы в Московской олимпиаде принимают участие 10-14 команд вузов г. Москвы, каждая команда состоит из пяти студентов. К сожалению, приходится констатировать, что в настоящее время в связи с сокращением трудоёмкости теоретической механики по многим техническим направлениям снижается уровень подготовки студентов некоторых вузов и нет прежней конкуренции команд.
Несмотря на указанные трудности, в процессе совершенствования олимпиадного движения удалось сформировать эффективный механизм сопровождения творческого развития студентов при изучении теоретической механики. В данном механизме необходимо выделить несколько блоков, обеспечивающих как вовлечение в творческую деятельность, так и развитие креативности и формирование
общекультурных и общепрофессиональных компетенций, а в дальнейшем и выход на уровень научных исследований.
В настоящее время, по нашему мнению, наибольшее значение имеет блок, обеспечивающий как актуализацию внутренней потребности в познавательной деятельности за рамками очерченной задачи, так и внешнее стимулирование максимального проявления креативных способностей и личностных качеств для получения творческого (пусть на данном этапе субъективного), нестандартного результата. Поэтому очень важно, чтобы задачи первоначальной олимпиады, в которой будет участвовать студент, позволили ему перейти со стимульно-продуктивного уровня интеллектуальной активности на эвристический, а может, и креативный. При этом сами олимпиадные задания должны отразить предметный и социальный аспекты будущей профессиональной деятельности [Попов 2007, 2010, 2012]. Они должны быть источником информации для осознания как важности самой науки - механики для профессиональной реализации, так и значимости лиц, которые ей занимались, для развития всего человечества, то есть способствовали духовно-нравственному развитию студентов [Попов 2014]. Сложность функционирования данного блока заключается в том, что для одних студентов он будет инициирующим их творческую деятельность, а для других - педагогическим инструментом формирования стрессоустойчивости, готовности творчески применять свои знания по механике при решении профессиональных задач в условиях жесткой конкурентной борьбы.
Рассмотрим подбор задач блока олимпиад на примере Московской городской олимпиады 2015 г. Для конкурса, рассчитанного на 4 часа работы студентов, обычно предлагаются 5-7 задач по статике, кинематике и динамике. Для сохранения познавательной активности у всех студентов, независимо от трудоёмкости учебной дисциплины в их вузах целесообразно включать одну-две творческие задачи, которые по силам всем студентам, освоившим механику в минимальном объеме.
Ключевую роль в пропаганде механики как науки и привлечении внимания студентов к выдающимся ученым-механикам в олимпиаде 2015 г. играла задача Жуковского (задача 1) по статике в его оригинальной постановке. Н.Е. Жуковский является великим русским механиком, основателем кафедры теоретической механики МГТУ им. Н.Э. Баумана, и поэтому приобщение к его деятельности через изучение его лекций, творческое решение предложенной им задачи (и не только этой) имеет решающее воспитательное значение и для студентов, и для преподавателей теоретической механики. Задачу Н.Е. Жуковского можно было решать составлением уравнений равновесия статики, с применением принципа возможных перемещений, вычислением потенциальной энергии системы из двух стержней.
й
ЛБ = 21.
Задача 1. Найти угол ф, определяющий положение равновесия системы, состоящей из двух однородных стержней ОА и ЛБ. Вес стержня ОА равен Р, вес стержня ЛБ равен 2Р. ОЛ = ОВ = I,
А
Также студентам были предложены три задачи по кинематике, две - по динамике и задача по теории удара. Решение каждой из задач требовало от студента не
только воспроизведения знании из классического курса механики, но и понимания нюансов их применения при разрешении конкретной инженерной проблемы.
В этом отношении интересно решение задачи 2, в которой рассматривается плоское движение системы тел с двумя степенями свободы. Методом полюса можно найти угловые скорость и ускорение тел системы, определить ускорение точки, совпадающей с мгновенным центром скоростей диска. Задача 3 позволяет обучающемуся лучше понять функционирование части механизма, который может применяться в современном технологическом оборудовании. При этом студент должен исследовать сложное движение точки, определить переносное, относительное и абсолютное движения, а затем кинематические характеристики этих движений.
о
Ш1
V(t
X
i
-777777777&}tt[&777777777-
Задача 2. Механизм состоит из кривошипа ОА, шатуна АВ и диска 3 радиусом г. Положение механизма соответствует моменту времени г = 1 с. Определить ускорение точки, совпадающей с мгновенным центром скоростей диска 3, если т1 = 2 рад/с, ОА = 0,5 м, г = 0,525 м, ф = 4(г3 -г) (рад).
А
Задача 3. В механизме с качающейся кулисой диск 1 радиусом r = 0,1 м катится без скольжения по плоскости и при помощи ползуна 3, шарнирно прикреплённого к ободу диска в точке A, приводит в движение кулису 2. Скорость центра диска VC = 0,2 м/с = const.
Кулиса вращается вокруг оси O(z), перпендикулярной плоскости рисунка. Определить угловые скорость и ускорение кулисы, ускорение точки A относительно кулисы, если а = 60°, точки O, A, C находятся на одной прямой, l = 0,243 м.
С позиции определения готовности студента к комплексному творческому использованию знаний по теоретической механике представляет интерес задача управления движением для эллиптического маятника (задача 4). Для её решения можно использовать уравнения Лагранжа 2-го рода, общие теоремы динамики, принцип Даламбера, общее уравнение механики. А для определения критической угловой скорости стержня, при которой возможен отрыв ползуна от плоскости, целесообразно применить теорему о движении центра масс механической системы или теорему об изменении количества движения системы в дифференциальной форме в проекции на вертикальную ось.
Задача 4. Ползун 1 массой m двигается по гладкой горизонтальной плоскости. К ползуну в точке O шарнирно прикреплён однородный стержень 2 массой 2m. Определить момент Ь(ф) пары сил, приложенной к стержню, чтобы стержень вращался с постоянной угловой скоростью т, и условие отрыва ползуна (опрокидывание) от плоскости, если OA = 21.
1
Принципиальным будет включение в состав задач олимпиады такой, решение которой требует знаний, выходящих за рамки обычного курса. К таким задачам относятся исследование ударных явлений (задача 5). Для решения данной задачи применяются общие теоремы динамики в приближенной теории удара, из которых определяется угловая скорость диска после удара, а затем рассматривается плоское движение диска после удара.
Задача 5. Однородный диск радиусом г и массой т находится в покое на гладкой горизонтальной плоскости. В некоторый момент по ободу диска наносится удар, импульс которого лежит в плоскости диска и направлен вдоль прямой, отстоящей от центра диска на расстоянии Ь. Определить положение мгновенного центра скоростей в момент окончания удара, если ь = г/2.
Из обзора способов решения конкурсных задач видно, что каждая задача может быть решена несколькими способами. Поэтому участники олимпиады могут использовать известный и понятный им метод решения. При этом в предложенных на конкурсе задачах нет громоздких математических выкладок, сложных арифметических вычислений. На данном этапе очень важно объективно оценить степень решения творческих задач, для чего каждая задача проверяется комиссией из нескольких специалистов, а лучшие работы перепроверяются всем составом жюри.
Механизм сопровождения творческого развития студентов в олимпиадном движении по теоретической механике включает также совместную деятельность одаренных студентов по дальнейшему изучению проблемных ситуаций, с которыми они столкнулись, решая задачи на олимпиаде, а также их индивидуальную работу в информационной образовательной среде. Завершающим блоком данного механизма будет вовлечение участников олимпиадного движения, которые уже перешли к научной работе, к составлению на основе исследуемых ими объектов и систем олимпиадных задач по теоретической механике для следующего поколения креативных студентов.
Описанный механизм показал свою результативность в ведущих вузах России в процессе подготовки конкурентоспособных технических специалистов для формирующейся инновационной экономики.
Библиографический списко
Дубинин В.В. Сборник олимпиадных задач по теоретической механике / В В. Дубинин, Г.М. Тушева, Н.Л. Нарская, Г.И. Дубровина, Ю.С. Саратов. М., 2006. 56 с.
Дубровина Г.И. Об истории Всероссийских олимпиад по теоретической механике // Инженерный журнал: наука и инновации. 2014. №12(36). С. 4
Куча Г.В., Мосалева И.И. Организация самостоятельной работы при преподавании теоретической механики // Университетский комплекс как региональный центр образования, науки и культуры: матер. всеросс. науч.-метод. конф. 2014. С. 344347.
Наумкин Н. И. Методическая система формирования у студентов технических вузов способностей к инновационной инженерной деятельности. Саранск, 2008. 172 с.
Попов А.И. Духовно-нравственное воспитание в олимпиадном движении студентов // Образование и наука. 2014. №3 (112). С. 92-106.
Попов А. И. История становления и тенденции развития олимпиадного движения по теоретической механике / под науч. ред. д-ра пед. наук Н.П. Пучкова. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2010. 136 с.
Попов А.И. Механика. Решение творческих профессиональных задач. Тамбов, 2007. 108 с.
Попов А.И., Пучков Н.П. Методологические основы и практические аспекты организации олимпиадного движения по учебным дисциплинам в вузе. Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. 212 с.
Попов А.И. Творческие задачи динамики: учеб. пособие. Тамбов: Изд-во ФГБОУ ВПО «ТГТУ», 2012. 80 с.
Попов А. И. Теоретическая механика: Сборник задач для творческого саморазвития личности студента: учеб. пособие. Тамбов: Изд-во ГОУ ВПО ТГТУ, 2010. 188 с.
