Опыт разработки общеинженерной дисциплины Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

■

X X X

•х х к и X о

- повышение уровня восприятия и запоминания за счет "пассивного" воздействия на мозг (применение методов суггестологии, создание эмоционального фона обучения за счет применения светозвуковых гамм с целью вызвать у обучаемого эффект частичной синестезии и

т.д.);

- повышение обучаемости за счет "активного" воздействия на мозг (например, стимуляция биоэлектрической активности мозга посредством применения технологии Нет^упсит.д.);

- использование активного обучения в процессе интенсивной аналитической умственной работы над информацией. Именно таким образом и формируются знания. Поэтому обучающая система должна не просто

отображать исходную информацию как данность, а предоставлять обучаемому возможность самому получить эту информацию, «выудить» ее из системы за счет подключения аналитического мышления.

Рассмотренная нами система компьютерной поддержки процесса обучения находится на стадии испытаний, по окончании которых планируется ее внедрение в сфере подготовки и переподготовки кадров.

ЕПИФАНЦЕВА Маргарита Ярополковна, кандидат технических наук, доцент кафедры информационной безопасности.

МИЩЕНКО Вячеслав Владимирович, аспирант кафедры информационной безопасности.

И.Л.КУЛИКОВ

Омский танковый инженерный институт

УДК 37В.147.2

ОБЩЕИНЖЕНЕРНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ

В СОВРЕМЕННЫХ УСЛОВИЯХ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКОГО РАЗВИТИЯ НАШЕГО ОБЩЕСТВА НЕОБХОДИМО ПРИ РАЗРАБОТКЕ УЧЕБНЫХ ДИСЦИПЛИН И МЕТОДОВ ПОДГОТОВКИ ИНЖЕНЕРНЫХ КАДРОВ ОБЕСПЕЧИТЬ ФОРМИРОВАНИЕ ИНЖЕНЕРНОГО МЫШЛЕНИЯ БУДУЩИХ СПЕЦИАЛИСТОВ НА ОСНОВЕ ОРГАНИЧНОГО СОЧЕТАНИЯ СОЦИАЛЬНОГО И ЛИЧНОСТНОГО АСПЕКТОВ В ПРОЦЕССЕ ОБУЧЕНИЯ.

Более полно это может быть достигнуто, например, при разработке второго образовательного стандарта, если при определении целей и разработке содержания отдельных учебных дисциплин технического профиля исходить из того обстоятельства, что они в конечном счете обусловлены целями и содержанием инженерной деятельности, а обучение в техническом вузе направлено на развитие умения будущего специалиста формировать инженерное мышление. Такой подход позволяет рассматривать степень сложности формируемых специалистом инженерных решений (общих, локальных или частных) [1] в качестве обобщенного показателя уровня его квалификации. Соответственно при определении целей отдельных учебных дисциплин необходимо разрабатывать перечень производственных задач, которые предстоит решить в будущем инженеру данной специальности. Затем выделить эту группу частных инженерных решений, которые могут быть сформулированы на основе научного и технического знания конкретной учебной дисциплины общеинженерного профиля [2].

Возможен и другой подход: от цели к средству, а именно от необходимости решать технические задачи нового класса, возникшие в результате качественного изменения технического уровня производства или функционального назначения специалиста, к разработке содержания новой учебной дисциплины, на основе которой и возможно их решение. Учитывая, что инженерное решение должно обеспечивать максимальную экономию ресурсов, при определении целей учебных дисциплин технического профиля может быть полезной постановка вопроса: что может выбрать, что оптимизировать будущий инженер, освоив ее содержание?

Так, материаловедение как наука изучает зависимости между химическим составом, структурой и свойствами ! материалов, закономерности их изменения под воздей-I ствием технологических и эксплуатационных факторов. I Поэтому на основе дисциплины «Материаловедение» I могут быть сформулированы решения таких технических 3 задач будущей деятельности инженеров-машиностро-

ителей, как проектирование технологических процессов, позволяющих получить требуемую структуру и свойства материалов, как обеспечение работоспособности изделий путем рационального выбора материалов и способов их упрочнения, и другие.

В соответствии с вторым образовательным стандартом на кафедре № 9 «Технология производства бронетанковой техники» разработана дисциплина «Материаловедение» (ОПД.Ф.03.01), содержание которой представлено в виде учебного пособия - конспекта лекций и групповых занятий. Фактически при его разработке были использованы оба подхода: содержание материаловедения как науки позволило вычислить группу задач, решаемых на его основе; уточнение специфики этих задач привело к изменению отдельных элементов содержания и разработке новой структуры учебной дисциплины.

Освоение содержания таких общеинженерных дисциплин, как «Технология конструкционных материалов», «Основы взаимозаменяемости, стандартизации и технических измерений», изучаемых на младших курсах, позволяет будущему специалисту формировать частные инженерные решения технических задач обеспечения либо функционирования, либо надежности, либо технологичности механизмов и машин. Соответственно этому при разработке содержания общеинженерных дисциплин необходимо выделить свойственные только данной учебной дисциплине специфические законы и принципы проектирования техники и технологии [3]. (Этому требованию должны удовлетворять все учебные дисциплины технического профиля, а не только общеинженерные [4]). Отсутствие четко сформулированных принципов проектирования, осуществляемого на базе знаний, получаемых в процессе обучения, зачастую приводит к тому, что обучающийся может решать только те технические задачи, ход решения и результат которых предопределен соответствующими частными указаниями преподавателя или учебного пособия.

Следует также иметь в виду, что свойства технических объектов, изучаемых во всех учебных дисциплинах

общеинженерного цикла, за исключением «Сопротивление материалов», принципиально несводимы к сумме свойств образующих их частей. Системный характер исследования и проектирования объектов проявляется при разработке и выборе технологических процессов, выборе материалов, кинетической структуры механизмов [5, 6] и т.д. Это означает, что преподаватель должен сформировать содержание соответствующей учебной дисциплины, чтобы представление об исследуемом объекте, как правило, предшествовало исследованию и проектированию отдельных его частей.

Чтобы результат проектирования можно было считать отвечающим цели проектирования, его необходимо представить в такой форме, при которой возможно количественное сопоставление цели и достигнутого результата. Поэтому в содержании каждой учебной дисциплины технологического профиля должны быть в явной форме представлены критерии достижения цели - надежности, технологичности, качество функционирования т.д. [7]. Кроме того, постановка задачи выбора технических средств означает необходимость включения в содержание учебных дисциплин (наряду с критериями достижения цели) критериев оптимальности принимаемых решений. Однако возможны некоторые методологические трудности, связанные с тем, что в соответствии с существующими учебными планами экономика отраслей изучается на более старших курсах. Вместе с тем наш опыт использования показателей экономической эффективности в первом семестре в дисциплине «Введение в специальность» и в пятом семестре в дисциплине «Материаловедение и термическая обработка» для машиностроительных специальностей в целом оказался положительным. Общеобразовательный уровень обучающихся в этот период достаточен для осознания или возможности использования экономических показателей как средства выбора оптимального варианта решения.

Осознание обучающимися целей и освоение ими средств их достижения еще недостаточны для успешного овладения основами инженерной деятельности. В процесс обучения должен быть включен еще один компонент: структура деятельности специалиста при формировании инженерных решений в виде системы действий и операций, выполнение которых в определенной последовательности существенно повышает вероятность достижения желаемого результата при наименьших затратах труда и времени. Опираясь на классификацию, предложенную Талызиной Н. Ф. [8], в качестве одного из компонентов обобщенной ориентировочной основы деятельности педагога при разработке содержания учебных дисциплин технического профиля, с одной стороны, и обучающегося при освоении им умений формировать инженерные решения, с другой стороны, можно рассматривать последовательность этапов создания новой техники и технологий. Как известно, такой процесс состоит из следующих этапов:

- научно-технического прогнозирования, предполагающего анализ ситуации, прогнозирование наличия объекта, усмотрение проблемы, укрупненную постановку задачи;

- научно-технического исследования (поискового и прикладного), включающего сбор недостающей информации и выявление ограничений временных, ресурсных, технических, технологических, организационных, экологических, уточнение на этой основе формулировки задачи, определение критериев достижения цели, критериев оптимальности, а также разработку технического задания на проектирование;

- разработки проекта, которая характеризуется несколькими стадиями и содержит обоснование возможных вариантов инженерных решений (сначала на уровне технического предложения, затем эскизного и технического проектов, создание рабочей документации, сравнение и выбор вариантов с помощью критериев оптимальности и, наконец, принятие решения на каждой стадии;

- изготовление, испытание и доводки опытных образцов.

Однако между формированием инженерного решения в учебном процессе и в условиях инженерной практики имеется принципиальное различие. Оно, в частности, обусловлено несоответствием степени сложности реальных технических задач уровню освоения обучающимися основ инженерной деятельности. Это обстоятельство необходимо учитывать при определении последовательности общеинженерных дисциплин, планируемой степени сложности учебных задач и степени самостоятельности обучающихся при их решении. Как забегание, так и отставание требований от уровня развития профессиональных качеств будущих инженеров на каждом этапе их обучения одинаково опасны. В одном случае это делает невозможным освоения нового знания и способов деятельности на его основе, в другом - приводит к задержке формирования соответствующих способностей. Так как уровень подготовки обучающихся к началу их обучения в вузе достаточен для выполнения процедур сравнения и выбора с помощью критериев оптимальности среди различных вариантов предложенных преподавателем, то есть все основания начинать решать технические задачи с обучающимися с первых дней обучения их в вузе. Включение в учебный процесс способов деятельности инженера при решении технических задач создаст более благоприятные условия не только для формирования инженерного подхода, но и для освоения обучающимися нового знания [9].

При исследовании и проектировании сложных объектов необходимо обеспечить реализацию принципа целостности системы, в нашем случае - системы формирования профессиональных качеств будущего специалиста. Принцип целостности означает не только несводимость свойств объекта к сумме свойств его частей -элементов, но и согласованное, взаимосвязанное развитие всех этих элементов как необходимое условие целенаправленного развития объекта. Следовательно, система подготовки будущего инженера должна обеспечивать взаимосвязанное развитие научного и технического знаний специалиста, освоение им способов инженерной деятельности, осознание преобразовательной, созидательной роли инженерного труда в развитии производительных сил общества и становление активной жизненной позиции. При этом систематизированный запас знаний является важным, но далеко не единственным условием успешной инженерной деятельности.

Как один из вариантов можно предложить концепцию построения учебных дисциплин технического профиля на основе формирования инженерных решений технической задачи, постепенно усложняющейся в соответствии с освоением обучающимися технических и научных знаний, а также способов инженерной деятельности. Именно в процессе постановки и формирования инженерного решения технической задачи в наиболее концентрированном, обобщенном виде проявляется взаимодействие и, следовательно, развитие всех социально значимых качеств будущего специалиста.

Практическая задача становится для инженера технической только в том случае, когда сформулированы требования к качеству продукции и определены условия производства или потребления. Наиболее простой задачей является разработка технологического процесса механообработки какой-либо типовой детали машин, например вала, оси. В этом случае показатели качества изделия определены конструктором. После анализа чертежа будущей детали и показателей ее качества можно приступить к разработке, описанию финишных операций, исходя из получаемого качества и на основе укрупненных показателей экономичности. Усложнение задачи может идти по пути усложнения формы детали, повышения требований к ее качеству. Однако постановка технической задачи в учебном процессе - не самоцель, а средство освоения

научного знания и способов проецирования. Поэтому усложнение задачи должно обеспечивать прежде всего осознание специфических законов данной области знаний. Таким является закон технологической наследственности в дисциплине «Технология конструкционных материалов», в соответствии с которым качество детали зависит от совокупности и последовательности всех технологических операций, а не только финишной.

Итак, усложнение задачи должно идти в направлении поиска технологических операций, совокупность которых и позволит обеспечить требуемое качество деталей при минимуме затрат.

Соответственно следующим этапом будет разработка технологии получения заготовки, поступающей на финишную операцию. При этом число возможных вариантов получения заготовок одной и той же детали существенно возрастает. Становится очевидным, что оптимальность по отдельным операциям не означает оптимальности всего технологического процесса. Далее, можно обеспечить изучение не только механических, но и других способов обработки материалов. Причем каждая технологическая операция может быть рассмотрена в такой последовательности: сущность процесса-технологическая схема -достижимый и экономически целесообразный уровень качества - технические средства реализации. Степень детализации должна быть достаточной для понимания сущности процесса и возможностей его использования при изготовлении деталей машин в зависимости от требований к их качеству.

Одной из отличных особенностей формирования инженерных решений является то, что большинство вариантов рассматривается и оговаривается еще на уровне технических предложений, лишь отдельные разрабатываются до уровня технического проекта и только 1,5-2 % всех предложений реализуется в рабочем проекте и опытном образце. Своевременный отказ от детальной обработки отдельных предложений экономит время и уменьшает затраты на создание новой техники и технологии, но требует от инженера развитой способности принимать эффективные решения в условиях жесткого дефицита информации. Профессиональный опыт, направленность мотивов и интересов, сознание ответственности перед обществом и коллективом - все так или иначе определяет, какое именно решение будет принято и реализовано. Поэтому включение способов инженерной деятельности в учебный процесс и проектирование содержания обучения на основе формирования инженерных решений можно рассматривать только как одно из средств, создающих более благоприятные условия становления профессиональных и личностных качеств будущего инженера.

Использование концепции проектирования состава и структуры содержания учебных дисциплин технического профиля на основе формирования инженерного решения технической задачи, постепенно усложняющейся в соответствии с достигнутым уровнем освоения новых знаний и способов деятельности, требует выполнения некоторых дополнительных условий:

- основным принципом отбора и постановки технических задач в программе учебной дисциплины должна быть ориентация на перспективы развития техники и технологий;

- необходимо четко определить специфические законы и принципы проектирования той отрасли науки, которая является основой общеинженерной и специальной учебной дисциплины;

- включение в учебный предмет научной и технической информации должно определяться прежде всего возможностью продуктивной деятельности на ее основе;

- объективно новые знания, как правило, должны выступать в учебном процессе в качестве средства выявления и разрешения противоречий развития производства, техники, технологий и исследования;

- постановка и процесс решения технических задач должны создавать условия для формирования инженерного подхода и стиля мышления, для самостоятельного творческого поиска;

- должны повыситься требования к организации учебного процесса, в частности к планомерности и качеству усвоения учебного материала, к организации контроля результатов учебной деятельности обучающихся в течение всего семестра.

Безусловно, разработка перечня технических задач, решаемых на базе учебной дисциплины, достаточно трудоемка. Но, как показал наш опыт проектирования дисциплин «Металловедение и термическая обработка», а также «Материаловедение» в Омском техническом университете в 70 - 80-х годах на основе формирования инженерных решений, существенно более сложным и трудоемким оказывается обеспечение системной организации всех компонентов учебной дисциплины: научного знания, технического знания и способов решений. Это обусловлено прежде всего тем, что проектируемое содержание должно удовлетворять основным системным принципам: целостности и структурности, взаимозависимости объекта и среды, иерархичности структуры. Целостность достигается ориентацией при проектировании на единое системообразующее свойство учебной дисциплины общеинженерного цикла - обеспечение непрерывного развития профессиональных качеств будущего инженера, его способности решать задачи инженерной практики. Средством организации целостной структуры содержания дисциплины является в нашем случае процесс формирования инженерного решения, ему подчинены состав и структура всех компонентов содержания и их взаимосвязь.

Перечень технических задач, решаемых при изучении и на основе знаний в области материаловедения, формировался длительное время с помощью экспертов -ведущих преподавателей выпускающих кафедр машиностроительного, механико-технологических факультетов Омского государственного технического университета, выпускников этих кафедр, имеющих значительный опыт практической деятельности по специальности в качестве технологов и разработчиков нового оборудования, а также на основе опыта, накопленного сотрудниками кафедры «Металловедение и термическая обработка металлов», а затем кафедры «Материаловедение» при исследовании ими в качестве экспертов причин отказов технологического и других видов оборудования. В этот перечень вошли следующие технические задачи:

- выбор материалов и способов упрочнения для повышения надежности деталей машин, входящих в состав технологического оборудования машиностроительного производства и электронной промышленности, подъемно-транспортных и дорожно-строительных машин, а также инструментов;

- обеспечение надежности деталей машин и оборудования, работающих в условиях износа, коррозии, в условиях низких, нормальных и высоких температур, при длительном действии постоянных и переменных факторов нагружен ия и условий эксплуатации.

Каждая из названных задач слишком сложна для осознанного восприятия и формирования ее решения на основе тех знаний, которые обучающиеся освоили в первые два года обучения в вузе. Необходимо было выявить наиболее простую задачу, которая входила бы в состав' перечисленных, вместе с тем такую, научное содержание которой могло бы стать основой формирования решений других, более сложных задач. Такой, по нашему мнению, является задача обеспечения надежности деталей машин, работающих в условиях однократного нагружения в области климатических температур. Фактически это только часть задачи выбора материала детали. Но ее постановка позволяет существенно упростить формирование решения, так как в первом приближении можно учитывать

изменение структуры конструкционных материалов только под воздействием напряжений и не учитывать ее изменение во времени. Знания, накопленные при решении этой упрощенной задачи, обеспечивают переход к более сложным, например к выбору конструктивных и технологических способов повышения долговечности при переменных напряжениях, при износе деталей и т.д.

Ведущими компонентами научного знания дисциплин «Металловедение и термическая обработка металлов» и «Материаловедение», по нашему мнению, являются знания строения электронных орбит, которые изучаются в дисциплинах «Физика» и «Химия»; кристаллического строения металлов, в частности дислокационных структур; фазовых превращений в твердом состоянии. Техническое знание включает в себя сведения о способах определения свойств материалов, влияние различных условий испытаний на их свойства; о технологических процессах, обеспечивающих требуемое изменение свойств; о свойствах конструкционных и инструментальных материалов, об их применении.

Так как данное сообщение рассчитано на преподавателей, то автор ставил перед собой цель показать, как можно представить учебный материал в соответствии с постановкой и решением задачи выбора материалов и в какой последовательности. Естественно, что при этом каждый преподаватель в соответствии с конкретным уровнем освоения обучающимися учебного материала должен будет вносить дополнения, варьировать степень сложности изложения этого материала.

Предлагая преподавателям свой вариант разработки и инженерных дисциплин, автор основывался на многолетнем опыте преподавания дисциплин «Металловедение и термическая обработка металлов» (МИТОМ) и «Материаловедение». Этот опыт позволяет утверждать, что эффективность учебной работы обучающихся повысилась. Анонимное анкетирование после экзамена по этим дисциплинам показало, что 86 % обучающихся отчетливо представляют значение полученных знаний для будущей практической деятельности. Заметно возрос уровень сложности решаемых ими задач выбора материалов, повысилась степень обоснованности принимаемых решений. Причем часть обучающихся (20 - 24 %) была способна решать задачи, в которых постановка и тем бо-

лее возможные направления поиска решения в дисциплинах «МИТОМ» и «Материаловедение» не рассматривались.

Литература

1. Гамрат-КурекЛ.И. Экономика инженерных решений в машиностроении.-М., 1986.

2. Ломов С.М., Решетников А.К. Формы и методы оптимальной организации учебного процесса по общетехническим дисциплинам со студентами технических специальностей // Совершенствование форм и методов управления качеством учебного процесса; Сб. мат. науч.-метод, конф. - Омск: ОмГТУ, 2001. - С. 193.

3. Суржикова Б.Б. Системно-технологический подход к организации учебного процесса // Современное образование: управление и новые технологии: Тез. докл. науч -метод. конф. - Кн 2. - Омск: ОмГТУ, 2000.-С. 13.

4. Махова Н.П. Философия образования и педагогическая технология // Современное образование: управление и новые технологии: Тез. докл. науч.- метод, конф. -Кн 2. - Омск: ОмГТУ, 2000. - С. 36.

5. Жуков В.А. Применение системного подхода при формировании курса общетехнической дисциплины: Факторы, влияющие на успеваемость студентов. - Псков, 1980.

6. Жуков В.А. Формирование курса металловедения с помощью показателя экономической эффективности // Методика и практика преподавания в техническом вузе. -Л., 1985.

7. Бельков В.Н., Захаров Н.В. Роль общетехнических дисциплин в подготовке студентов аэрокосмической специальностей в новых социально-экономических условиях // Современное образование: управление и новые технологии: Тез. докл. науч.- метод. конф.-Кн 2. - Омск: ОмГТУ, 2000.-С. 14.

8. Талызина Н.Ф. Управление процессом усвоения знаний (психологические основы). -М., 1984.

9. Харрис Уайт. Многолетний опыт обучения по программе с ориентацией на решение проблем / Кибернетика и педагогика / Под ред. Дж. Уиннекери. - М., 1972.

КУЛИКОВ Игорь Леонидович, кандидат технических наук, доцент.

Информация

В Омском танковом инженерном институте вышел очередной научно-методический сборник. Данный, 50-й выпуск, необычен тем, что содержит материалы Российской конференции «Естественные науки в военном деле», проводившейся в рамках 1\/-й Международной выставки вооружения и военной техники (ВТТВ-2001).

В сборник включены статьи, посвященные вопросам совершенствования образовательного процесса и методики преподавания в военных вузах, основным направлениям информатизации и компьютеризации военного образования, внедрению в образовательный процесс новых технологий обучения и распространению передового педагогического опыта.