CC BY
48
НОВЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И КАЧЕСТВО ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ
ББК 74.580.252.4:30.3
Е. И. Щербакова Астраханский государственный технический университет
МОДЕЛЬ ИСПЫТАНИЯ - МЕТОДИЧЕСКИЙ ПРИЕМ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА
Одной из центральных дидактических задач в процессе обучения выступает развитие интеллекта будущего специалиста. Вербальный интеллект характеризуется эрудицией, концентрированностью внимания, обобщенностью мышления, развитой памятью и обширным словарным запасом обучаемого. Невербальный интеллект выражается в адаптивности и наблюдательности, логичности и эвристичности мыслительных процессов. Развитие вербальных и невербальных интеллектуальных умений и навыков стимулирует метод свернутых информационных структур. Поясним, что под действием «свертывания» знаний понимается процесс, реализуемый той или иной комбинацией методов, в результате которого происходит обобщение объектов (процессов, отношений и т. п.) в некоторую целостную мыслительную конструкцию на весьма ограниченном в количественном отношении множестве (вплоть до единичных элементов) сходных объектов [1, с. 125].
Технологическое «свертывание» учебной информации может быть достигнуто различными методическими приемами, описание которых содержится не только в теории инженерии знаний, но и в исследованиях по формированию системности знаний учащихся, а также в работах педаго-гов-практиков. Наиболее действенными зарекомендовали себя следующие методические приемы: моделирование в предметной, графической и знаковой форме, укрупненное упражнение и сверхсимвол, структурная блок-схема темы, опорный конспект, генеалогическое древо и т. д.
Рассмотрим процесс свертки/развертки учебной информации на примере моделирования. Моделирование в данном случае используется как средство познания действительности путем создания моделей.
Понятие «модель» - (от франц. modele, от лат. modulus - мера, образец) имеет множество смысловых значений и широко используется в различных сферах человеческой деятельности:
— любой образ, аналог (мысленный или условный: изображение, описание, схема, чертеж, график, план, карта и т. п.) какого-либо объекта, процесса или явления (оригинала данной модели), используемый в качестве его «заместителя», «представителя» [2, с. 96];
— «материальный или мысленно представляемый объект, который в процессе исследования замещает объект-оригинал так, что его непосредственное изучение дает новые знания об объекте-оригинале» [3, с. 63];
— «искусственно созданный образец в виде схемы, физических конструкций, знаковых форм или формул, который, будучи подобен исследуемому объекту (явлению), отражает и производит в более простом и огрубленном виде структуру, свойства, взаимосвязи и отношения между элементами этого объекта» [4, с. 22];
— мысленно или практически созданная структура, воспроизводящая часть действительности в упрощенной и наглядной форме; «конкретный образ изучаемого объекта, в котором отражаются реальные или предполагаемые свойства, строение и т. д.» [5, с. 16].
Мы понятие «модель» интерпретируем и используем в следующем смысле: модель - это условная схема процесса проведения испытания материалов, представленная в упрощенной и наглядной форме со всеми необходимыми структурными элементами в их функциональной взаимосвязи.
Анализ передового педагогического опыта, собственные размышления и исследования привели автора статьи к идее разработки системы методического обеспечения лабораторного практикума с использованием информационно-логических моделей испытания (ИЛМИ). Разработанный методический комплекс для проведения лабораторного практикума по общепрофессиональной дисциплине «Материаловедение» содержит:
1) ИЛМИ согласно темам исследования с методическими указаниями по 30 лабораторнопрактическим работам;
2) журнал для оформления лабораторно-практических работ, выполненный в соответствии с системой технической документации производственного контроля качества строительных материалов;
3) компьютерное обеспечение для подсчета величин показателей результатов испытаний и их анализа с учетом требований ГОСТ (гистограммы со значениями по ГОСТ);
4) варианты индивидуальных заданий исследований для самостоятельной работы студентов;
5) контрольные задания по входному контролю знаний для каждого занятия.
Информационно-логические модели испытаний предназначены для подготовки, проведения и обработки результатов испытаний лабораторного практикума по дисциплине «Материаловедение» для специальностей строительного профиля.
При проектировании ИЛМИ особое внимание уделялось управленческому аспекту в исследовательском процессе познания от восприятия к осмыслению и воссозданию связей элементов знания о конкретном испытании с общей структурой профессиональных знаний по дисциплине «Материаловедение». Информационно-логические модели испытания рассматриваются как организационный компонент метода исследования, основанного на установлении связей между основными элементами ранее приобретенных знаний, получаемых обучающимися на занятиях по естественнонаучным дисциплинам и общепрофессиональным дисциплинам, и дающего им возможность глубже вникнуть в логические и функциональные связи между элементами учебной и профессиональной информации. У студентов, овладевших методикой использования ИЛМИ, происходит не столько количественный, сколько качественный рост усваиваемой ими информации. Информационно-логические модели, суть которых заключается в пошаговом формировании умения содержательно обобщать знания и способы действия, являясь средством наглядности, позволяют решить проблему усвоения достаточно большого объёма необходимой информации по каждому испытанию посредством «образного представления информации, которое уменьшает необходимость волевых усилий со стороны студентов, приводящего к облегчению и ускорению процесса восприятия, осмысления, внимания, повторения и запоминания учебной информации» [6, с. 169].
Учебная деятельность студентов при проведении лабораторных занятий по определению качества строительных материалов, кроме специального оборудования, приспособлений и инструментов в лаборатории, требует изучения большого объема нормативной и технической литературы:
— ГОСТ на технические свойства и показатели качества материала;
— ГОСТ на методы испытания этого материала;
— правила и приемы лабораторных испытаний;
— технические паспорта на оборудование, приспособления, инструменты и т. д.
Как правило, эта информация имеет лаконичный и сугубо профессиональный характер.
Информационно-логическая модель испытания (ИЛМИ) - это специально созданная графическая и информационная модель проведения эксперимента, где с помощью символов и терминов в логической последовательности вводятся технические требования стандартов, обеспечивающие определение качества строительного материала при практической работе студентов [7, с. 366].
Информационно-логическая модель испытания включает в себя четыре основных компонента (рис. 1).
1. Цель испытания - определение исследуемого показателя качества строительного материала.
2. Предмет испытания - средняя проба или образцы испытываемых строительных материалов.
3. Средства испытания - оборудование, инструмент, приборы и т. д.
4. Способы проведения подсчета результатов испытания - электронные таблицы М8 Ехсе1, гистограммы и программное обеспечение.
Цель - определение показателя качества строительного материала.
Рис. 1. Общая концепция построения ИЛМИ в лабораторном практикуме по дисциплине «Материаловедение» для специальностей строительного профиля
Рассмотрим пример ИЛМИ (рис. 2) по теме «Исследование свойств гипса строительного» для лабораторной работы № 19, где определяется предел прочности гипса (марка) при испытании образцов на изгиб и сжатие.
Как видно из рис. 2, ИЛМИ выделяет главное в эксперименте - четыре основных компонента ИЛМИ отражены как:
1. Цель испытания - определение марки гипса.
2. Предмет испытания - три специально изготовленных образца для испытания на изгиб и шесть образцов-половинок - для испытания на сжатие.
3. Средства испытания - универсальная машина, сменные приспособления.
4. Способ проведения подсчета результатов испытания:
— схемы испытания и формулы подсчета;
— расчет пределов прочности при сжатии и изгибе и нахождение среднеарифметических значений пределов прочности по каждому виду испытаний;
— вызов гистограммы для графической интерпретации результатов испытания для заключения о марке гипса строительного согласно ГОСТ.
Рис. 2. ИЛМИ «Определение марки гипса строительного»
Использование гиперссылок позволяет вызвать:
— необходимые справочные таблицы;
— методические указания;
— мультимедиа-иллюстрации характерного разрушения образцов при испытании;
— гистограммы к соответствующим таблицам.
Они помогают студенту получить дополнительную нормативную информацию и обеспечить определенный уровень усвоения знаний по данной теме.
Рассмотрим более подробно процесс получения аналитических результатов испытания с помощью компьютерного обеспечения. Учитывая необходимость наличия большого количества образцов для каждого студента, в одной учебной подгруппе проводят один натурный эксперимент. Далее каждый студент получает свой вариант задания (табл. - Исходные данные), согласно которому он проводит виртуальный эксперимент. Для этого используются мультимедиа-иллюстрации разрушения образцов при испытании.
Подсчет необходимых значений для определения марки гипса осуществляется при помощи электронной таблицы М8 Ехсе1 (табл. - Полученные данные).
Оформить и получить заключение о марке гипса согласно своему варианту задания студенту помогает график-гистограмма (рис. 3), где учтены стандартные требования к марке гипса строительного согласно ГОСТ.
На гистограмме, которая связана с таблицей подсчета предела прочности при изгибе, средний результат испытания представлен прямоугольным столбцом в масштабе согласно оси У. Кроме того, на поле графика нанесены линии, которые соответствуют предельным наименьшим значениям в соответствии с ГОСТ для каждой марки гипса.
Гистограмма в простой и наглядной форме позволяет студенту определить марку гипса с учетом сложного нормативного ряда (марки от Г-2 до Г-25) согласно требованиям ГОСТ.
Использование ИЛМИ и информационных технологий задаёт определенный темп в проведении испытаний и позволяет рационально использовать учебное время практических занятий.
Итак, ИЛМИ - это пошаговая, поэлементная последовательность приёмов в виде граф-схемы, при использовании которой каждый элементарный дискретный шаг может быть достаточно просто выполнен студентом, а переходы от одного шага к другому управляются методическими указаниями и советами преподавателя.
Определение предела прочности при изгибе гипса
Исходные данные Полученные данные Заключение о марке гипса
Размер образца, м Расчетная длина 1р, м Нагрузка Р, Н Предел прочности при изгибе, Яи, МПа Среднее значение из 2х наибольших, Яи. ср
МПа кгс/см2
Ь в н
0,16 0,04 0,04 0,1 1 500 3,52 3,63 36,33 Г-7
0,16 0,04 0,04 1 600 3,75
0,16 0,04 0,04 1 450 3,40
Аналогичная таблица рассчитывается при испытании 6 половинок балочек на сжатие.
Рис. 3. Графическая интерпретация результатов анализа для вывода о марке гипса:
Г-2-Г-25 - линии предельных значений предела прочности при изгибе для гипса марки
Далее, по мере усложнения лабораторных работ, которые должен выполнить студент, уменьшается степень внешней преподавательской детерминации студенческой деятельности и увеличивается доля самостоятельно выполняемых операций, вплоть до лабораторных работ полностью выполняемых без помощи преподавателя. Кроме того, ИЛМИ постоянно заставляет студента вспоминать ранее изученный материал и использовать уже приобретенные навыки.
Учебный и исследовательский материал в ИЛМИ увязан с будущей специальностью молодого специалиста, хорошо отобран, систематизирован и логически раскрыт.
На наш взгляд, в результате использования ИЛМИ приобретенные фундаментальные знания, умения, навыки закрепляются студентами через собственное понимание в ходе направленной, самостоятельной, познавательной и исследовательской деятельности [8, с. 235].
Натурные испытания выполняются небольшими группами, поэтому студенты могут распределить обязанности сообразно своим наклонностям и имеют возможность выбрать направление профессиональной деятельности:
— лаборант - проведение испытания;
— аналитик - анализ результатов исследования и заключение об использовании испытанных материалов;
— компьютерщик-администратор - работа с компьютером, обработка результатов испытания с использованием технической информации и ресурсов информационных технологий и Internet.
Профессионально-ориентированный подход в обучении при проведении лабораторного практикума с использованием ИЛМИ способствует:
— формированию личностно-профессионального роста студентов;
— развитию коммуникативных способностей, т. е. прививает навыки работы в команде;
— приобретению практических навыков работы с информацией с использованием информационных технологий и ресурсов Internet;
— адаптированию молодого специалиста к изменяющимся условиям деловой обстановки;
— поддержанию творческого интереса при проведении исследований в лабораторном практикуме.
Подводя итог вышесказанному, следует подчеркнуть особенности использования ИЛМИ при проведении лабораторного практикума по строительному материаловедению и сформулировать основные выводы.
1. При создании ИЛМИ использованы основные принципы «кибернетической» педагогики:
— построение модели будущего эксперимента с учётом конкретных требований современного строительного производства в области строительного материаловедения;
— проверка модели при проведении испытания с обязательным использованием аппарата измерения (в ИЛМИ это формулы и таблицы MS Excel);
— сопоставление полученных эмпирических результатов с требованиями теоретической модели (использование гистограммы с указанием требований ГОСТ к качеству материала);
— соответствующие выводы на основании сопоставления и получение заключения о качестве испытанного материала.
2. В ИЛМИ логически согласованы процессы передачи и усвоения учебной информации с управлением деятельностью студентов при проведении испытания на основе воспринятой информации, выполнении необходимых измерений и расчёт данных по результатам испытания. Благодаря обратной связи (наличию гистограмм в ИЛМИ), информация о результатах испытания позволяет студенту произвести контроль и сделать правильные выводы о качестве строительных материалов по окончании испытания.
3. Использование ИЛМИ позволяет сложную профессиональную информацию вводить в учебную деятельность студента постепенно и последовательно, усложняя задания от одного испытания к другому на доступном для студента первого курса уровне с повторением пройденного.
4. Использование ИЛМИ помогает сравнительно легко формировать технический язык будущего специалиста за счет четкой системы использованных терминов, наглядности символов, краткости изложения технической информации, т. е. обеспечивать взаимосвязь с фундаментальными знаниями по специальности.
5. Электронные таблицы ИЛМИ при выполнении индивидуальных исследовательских заданий позволяют студенту сосредоточить внимание на отработке профессиональных умений и практических навыков, а не на «сухом» математическом подсчете и переводе единиц измерения в ходе работы. Это помогает студенту приобрести навыки мастерства и профессиональной квалификации.
6. Использование ИЛМИ на лабораторных занятиях позволяет при проведении испытания приобрести навыки и умения, соответствующие производственной системе управления качеством материалов, и помогает студенту выработать привычку строго следовать нормативным требованиям. Постоянное проведение испытаний с использованием ИЛМИ заставляет студента понимать, что профессионализм - это не только знания и умения, но и обязательное четкое исполнение требований и норм ГОСТ и невозможность без них обходиться.
7. Навыки испытаний, приобретённые студентами при использовании ИЛМИ, помогают отработать последовательность исследований при проведении научно-исследовательских работ студентов (НИРС), а опыт оформления документации по испытанию позволяет составить зрелищный и наглядный отчет, включая презентацию по НИРС.
8. Методика проведения лабораторного практикума с использованием ИЛМИ, в которой сочетаются преимущества реального, натурного эксперимента с системностью учебной информации, возможностью наглядной оценки результатов эксперимента, самостоятельностью и доступностью обучения, используемая в течение трех лет, показала, что ИЛМИ формируют планируемый в соответствии с ГОС объём остаточных знаний у студентов не только по отдельным испытаниям, но и в целом по дисциплине «Материаловедение». Кроме того, разработанная методика усиливает мотивацию обучения студентов, обучающихся по специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство», за счет качественно иной логики подачи учебного материала, содержательности и системности необходимой учебной информации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Куприянов М., Околелов О. Дидактический инструментарий новых образовательных технологий // Высшее образование в России. - 2001. - № 2. - С. 124-126.
2. Морева Н. А. Технологии профессионального образовани: Учеб. пособие. - М.: Академия, 2005. - 432 с.
3. Давыдов В. П., Рахимов О. Х.-А. Теоретические и методические основы моделирования процесса профессиональной подготовки специалиста // Инновации в образовании. - 2002. - № 2. - С. 72-75.
4. Дахин А. Н. Педагогическое моделирование: сущность, эффективность и неопределенность // Педагогика. - 2003. - № 4. - С. 75-79.
5. Саранцев Г. И. Цель, объект и предмет педагогического исследования // Педагогика. - 2002. - № 7. -С. 34-38.
6. Зайнутдинова Л. Х. Создание и применение электронных учебников (на примере общетехнических дисциплин). - Астрахань: ЦНТЭП, 1999. - 364 с.
7. Щербакова Е. И. Совершенствование методики проведения лабораторного практикума по строительному материаловедению с использованием информационно-логических моделей испытания // Строительное материаловедение - теория и практика: Сб. науч. тр. Всерос. науч.-практ. конф. МИИТ (к 80-летию кафедры «Строительные материалы и технологии»). - М.: МИИТ-Пресс, 2006. - С. 366-368.
8. Щербакова Е. И. Учебно-исследовательская работа студентов с использованием информационнологических моделей испытания // Модульные технологии обучения в системе непрерывного профессионального образования (теория и практика): Сб. науч. тр. X Междунар. науч.-метод. конф. МГУТУ. - М., 2004. - Вып. 8, ч. 1. - С. 234-241.
Статья поступила в редакцию 30.11.2006
THE MODEL OF TEST - METHODICAL APPROACH AT LABORATORY WORK REALIZATION
Е. I. Shcherbakova
The necessity of perfection and modernization of training in laboratory work realization for discipline "Material Science" for specialists of building sphere by an example of practical application of the information and logical test models, developed by the author, is considered. The variant of the solution of the problem of the significant structure and scientific character of an educational material is offered in connection with the budget time change for studying of the given discipline (reduction of educational hours and increase of hours for student’s independent work). The methodical support is submitted, and also the features of use of information and logical models of test are opened in realization of a laboratory practical work on building material science.
