CC BY
79
УДК 378.147.88
И. В. БАБИЧЕВА А. С. ЛАВРОВ Т. Е. БОЛДОВСКАЯ
Омский автобронетанковый инженерный институт Сибирская автомобильно-дорожная академия, г. Омск
ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИМЕРЫ ОРГАНИЗАЦИИ МНОГОУРОВНЕВОЙ НИРС НА КАФЕДРЕ МАТЕМАТИКИ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ
Данная статья посвящена вопросам организации научно-исследовательской работы студентов в рамках дисциплины «Высшая математика». В статье рассмотрена реализация многоуровневого подхода к организации НИРС. Авторами обосновывается выбор данного способа организации учебного процесса. Подробно рассмотрена реализация трех уровней организации НИРС на практических примерах из раздела «Вариационное исчисление и методы оптимизации».
Ключевые слова: научно-исследовательская работа студентов, высшая математика, многоуровневая НИРС, технический вуз, оптимизация, вариационное исчисление.
Введение. Модернизация современного российского образования требует от высших учебных заведений готовить специалистов, обладающих профессиональными компетенциями в соответствии с требованиями научно-технического прогресса. Одним из средств повышения качества подготовки высококвалифицированных специалистов является привлечение студентов к активной научно-исследовательской работе. Важность организации данного вида работы в вузе отражена в федеральных государственных стандартах высшего профессионального образования [1].
Проблеме организации НИРС посвящены работы многих ученых. Максимова Е. В. и Бабинцева Т. В. рассматривают НИРС как одну из форм формирования молодого специалиста [2]. Данный вид деятельности ими используется как эффективный и увлекательный метод обучения. Шубаро О. В. подходит к организации НИРС с позиции системного подхода [3]. Реализацию данного подхода автор предлагает осуществлять через интеграцию учебно-воспитательного и научно-исследовательского процессов, обеспечение последовательного освоения методологии научных исследований в соответствии с этапами обучения в вузе. И. М. Лагун, Е. А. Хвалина, Н. С. Чарина рассматривают НИРС неотъемлемой частью самостоятельной работы. В работах А. А. Червовой и И. А. Янюк подчеркивается, что успешное формирование исследовательских умений и навыков, высокого уровня самоорганизации во многом зависит от того, насколько грамотно со стороны преподавателя будет организован процесс сочетания самостоятельной и научно-исследовательской работы студента. Баженов Р. И. и Чу-прова Л. В. в своих исследованиях [4, 5] связывают
формирование у обучаемых профессиональных компетенций с формированием исследовательских качеств. Проведенный ими анализ профессиональных компетенций специалистов инженерных направлений (умение формулировать и решать профессиональные задачи, применять математический и системный анализ, моделирование, и др.) подтвердил важность проблемы формирования исследовательских умений у студента. Вопросам формирования исследовательских компетенций посвящены работы Д. Б. Богоявленской, Е. Г. Бушканец, Н. Е. Варламовой, В. П. Кваша, И. Ю. Даниловой, А. И. Цесник и др. В частности, И. Ю. Данилова в диссертационном исследовании [6] для формирования исследовательских умений, творческих способностей у студентов предлагает использовать многоуровневую модель организации НИРС. В данной работе «многоуровневая модель — система взаимосвязанных разноуровневых этапов научно-исследовательской деятельности студентов, последовательно взаимодополняющих и развивающих результаты каждого» [6]. Т.е. автор предлагает использовать систему разноуровневых взаимосвязанных исследовательских проектов. От начальных проектов, выполнение которых предполагает от студента реализацию лишь уровня эмпирического познания, затем студенту постепенно предлагаются проекты, выполнение которых требует все большего теоретического обобщения.
Работа преподавателя со студентом, в рамках модели И. Ю. Даниловой, должна проходить в три этапа:
1) этап научно-обоснованного проектирования, на котором со стороны преподавателя осуществляется входная диагностика, определение мотивации
студента к научно-исследовательскои деятельности, создание проекта;
2) этап планирования научно-исследовательской работы, на котором определяются ее основные этапы, формируются ключевые компетенции;
3) этап создания структурно-функциональной модели совместной деятельности студента и преподавателя.
В настоящей статье рассматривается практическая реализация данной многоуровневой модели организации НИРС на кафедре высшей математики в технических вузах (Сибирская автомобильно-дорожная академия и Омский автобронетанковый инженерный институт).
Основная часть. Реализацию многоуровневой модели организации НИРС рассмотрим на примере практических заданий из раздела «Вариационное исчисление и методы оптимизации». Данный класс задач нами выбран в связи с тем, что каждую из них, как правило, несложно переформулировать в задачу с прикладной направленностью. Решение задач требует от студента продумать постановку, проработать теоретическую часть, провести обзор исследований по данной теме, выбрать метод решения, решить данным методом поставленную задачу, разработать программную реализацию.
Первый уровень организации НИРС предлагаем реализовывать на первом курсе обучения. В рамках выполнения научно-исследовательской работы на кафедре высшей математики предложить студентам познакомиться с теорией оптимального управления (основные понятия, классификация задач, методы решения). В помощь студентам для этих целей нами разработано пособие [7].Одним студентам предложить разобрать различные аналитические и численные методы оптимизации и их применение для решения практических задач. Другим студентам предложить познакомиться с основными понятиями вариационного исчисления, его историческими задачами (задача о катеноиде, задача Дидоны (изо-периметрическая задача), задача о брахистохроне). Дополнительно предложить исследовать области применения свойств циклоиды (решение задачи о брахистохроне) в практической жизни. В рамках другого исследования предложить рассмотреть применение свойств циклоиды в механике через понятия эволюты и эвольвенты плоской кривой. Выделить преимущества зубчатых колес с эвольвентным профилем над другими кривыми [8].
Несмотря на то что данные работы носят зачастую реферативный характер, опыт работы в техническом вузе показывает большой интерес со стороны студентов к таким задачам. Происходит обмен знаниями, опытом работы. Выступая с докладами перед своими товарищами, студенты получают целостное представление о новом для них разделе высшей математики «Вариационное исчисление и методы оптимизации», знакомятся со свойствами плоских кривых и их приложениями. Кроме того, выявляются студенты, желающие продолжить начатые исследования на следующем курсе.
На втором курсе обучения, когда уже пройдены основные разделы математического анализа, изучены основные программные продукты, целесообразно реализовывать второй уровень организации НИРС. Студентам предлагается решить самостоятельно практические задачи с использованием изученных ранее методов оптимизации. По возможности использовать для решения программные продукты. К примеру, по пособию [9] предложить
разобрать постановку и решение методами классического вариационного исчисления следующей практической задачи — оптимизировать сроки проведения профилактических работ некоторого технического узла.
Исходные данные задачи:
— об отказах системы становится известно только в результате специальных проверок;
— проверки не изменяют собственных характеристик системы;
— система не может отказать во время проведения проверок;
— каждая проверка характеризуется затратами
а1;
— время пребывания аппаратуры в состоянии необнаруженного отказа до его обнаружения связано со штрафом а2 на каждую единицу времени;
— проверка прекращается сразу после обнаружения отказа.
Требуется найти моменты времени проверок системы t, t2,..., t.,..., при которых обеспечивается минимум расходов а1 на проверки и штрафы а2 у, где У — время между моментом возникновения отказа и моментом его обнаружения.
В пособии [9] показано получение функционала, задающего среднее значение функции суммарных расходов:
1 ff a Ш) +1] + |dt
rj ^ a u J 2N,(t) j
2N '(t) ,
Так как данный функционал соответствует простейшей задаче вариационного исчисления, то ее решение сводится к дифференциальному уравнению Эйлера:
N"(f) - «-(NV))3 = 0 .
«2
Само решение и построение искомой экстремали в пособии не приводится. Исследовательскую работу на данном этапе предлагаем организовать следующим образом. Предложить одному студенту выбрать самостоятельно краевые условия и решить полученную краевую задачу аналитическими методами. В работе [10] студент, используя замену N'(t) = m , понижает порядок дифференциального уравнения. Упрощая модель, полагая а1= а2, общее решение получает вид: N(t) = C2 -J2C 1 — 2i . Выбирая краевые условия N(T) = N(350) = 15, уравнение экстремали получает вид: N(t) = 31 ->/948 - 2.
Другому студенту предлагалось решить краевую задачу численными методами. Метод решения и информационную среду предложить выбрать самостоятельно. Курсантом была выбрана среда MachCAD [11]. Определена последовательность действий, необходимая для решения поставленной краевой задачи. Вначале задача была сведена к задаче Коши. Для этого была использована встроенная функция sbval в среде MathCAD. После того как стало известно недостающее начальное условие в задаче Коши, была использована функция rkfixed (y, x1, x2, n, D), которая возвратила матрицу. Результаты решения, полученные аналитическими и численными методами, совпали.
Таким образом, в процессе решения задач второго уровня студенты досконально разбираются
о
от
Е
Т
с готовой математической моделью рассматриваемого технического процесса, получают «вектор» для дальнейшей своей работы.
Следует заметить, что на данном этапе очень важно дать студентам возможность выступить с результатами своих исследований перед широкой аудиторией. Можно предложить принять участие с результатами своих исследований во внутри-вузовских студенческих конференциях [8], [11]. Такие конференции проводятся во всех вузах в апреле каждый год. В случае, если доклад победил в конкурсе студенческих работ, можно предложить с ним выступить на межвузовских, всероссийских и международных конференциях [10]. Через участие в таких конференциях студент получает бесценный опыт публичных выступлений, возможность раскрыть свои возможности, получить уверенность в своих достижениях. Кроме того, представляя свой доклад, студент может сравнить, как его работа выглядит на фоне других работ, и сделать правильные для себя выводы. Как отмечает Е. А. Гараева, опыт участия в конференциях «является полезным результатом научной конференции, так как на раннем этапе многие студенты считают собственные суждения непогрешимыми, а свою работу — самой глубокой и самой ценной в научном плане» [12]. Очень хорошо, если в рамках таких конференций запланировано обсуждение докладов. Тогда вопросы коллег могут «подкинуть» докладчику новые идеи. Таким образом, появляется возможность не только выступить докладчику с результатами своих исследований, но и возможность обсудить с коллегами возможные пути решения поставленных задач.
Третий уровень организации НИРС предлагаем реализовать на старших курсах обучения. Данный уровень предполагает от студента хорошую подготовку по предметам естественнонаучного и общепрофессионального циклов дисциплин, а также активное участие в НИРС на младших курсах. На этом этапе преподаватель осуществляет контроль и, по необходимости, помощь студенту в постановке и решении технической проблемы, в проведении системного анализа, абстрагировании, формализации задачи.
Для решения задач третьего уровня студент использует багаж знаний, полученный ранее и, по возможности, самостоятельно проводит оптимизацию технического процесса. К примеру, можно вернуться к задаче нахождения оптимальных сроков проведения профилактических работ технической системы, только оптимизацию провести по другим критериям. Постановка одной из таких задач может выглядеть следующим образом [13].
Исходные данные:
— обслуживаемый объект — узел машины, заменяемый после отказа или планово;
— /(т) — плотность вероятности отказа узла, т.е. плотность вероятности продолжительности безотказной работы узла после замены,
> 0;
— — стоимость плановой замены узла;
— 52 — стоимость замены узла после отказа.
Стратегия обслуживания узла — узел заменяется после отказа или планово — через время т1 после очередной плановой замены или после очередного отказа; Ха < X) < Хь , Ха > 0 .
В качестве критерия оптимальности предлагается выбрать среднюю интенсивность затрат на обслуживание узла, т.е. отношение стоимости
обслуживания узла к длине временного интервала обслуживания. Требуется решить задачу выбора способа определения оптимального т1 е [та, ть] , обеспечивающего при данных , s2l / (т) минимум интенсивности затрат. Нахождение функции плотности поступления отказов по имеющейся статистике предложить студенту найти с помощью программного обеспечения.
Выводы. В статье на примерах задач оптимального управления показана реализация многоуровневой организации НИРС на кафедре высшей математики. За основу взята модель И. Ю. Даниловой, согласно которой исследовательские задания разбиты на три взаимосвязанных блока. Задания первого блока предназначены для студентов первого курса. По результатам их выполнения преподаватель диагностирует способности студента к исследовательской деятельности, желание заниматься ею в будущем.
В процессе решения заданий второго блока через знакомство с готовыми математическими моделями технических процессов, самостоятельное решение отдельных блоков исследуемых задач студент переходит от уровня эмпирического познания к уровню теоретического обобщения. Задачи третьего блока предполагают поиск студентом новых путей решения рассматриваемой технической задачи.
Данная система задач может быть использована в качестве основы для организации многоуровневой НИРС в других технических вузах. При этом, безусловно, требуется определенная их адаптация к особенностям вуза.
Библиографический список
1. Российское образование [Электронный ресурс] : федер. портал. — Режим доступа : http://www.edu.ru. — Заглавие с экрана (дата обращения: 06.05.2015).
2. Максимова, Е. В. НИРС — как одна из форм формирования молодого специалиста / Е. В. Максимова, Т. В. Бабинце-ва // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. - 2012. - № 2 (31). - С. 83-84.
3. Шубаро, О. В. Системный подход к организации НИРС / О. В. Шубаро // Проблемы организации учебных практик и научно-исследовательской работы студентов : материалы VII науч.-метод. конф. - Минск : БГУ, 2010. - С. 18-23.
4. Чупрова, Л. В. Научно-исследовательская работа студентов в образовательном процессе вуза / Л. В. Чупрова // Теория и практика образования в современном мире : материалы Междунар. науч. конф. - СПб., 2012. - С. 380-383.
5. Баженов, Р. И. Организация научно-исследовательской работы студентов по дисциплине «Теория автоматов» [Электронный ресурс] / Р. И. Баженов // Современная педагогика. -2014. - № 5. - Режим доступа : http://pedagogika/snauka. ги/2014/05/2399 (дата обращения: 06.05.2015).
6. Данилова, И. Ю. Многоуровневая модель организации научно-исследовательской работы студентов как средство обеспечения качества образования в вузе : дис. ... канд. пед. наук : 13.00.08 / Данилова Ирина Юрьевна ; Ин-т развития проф. образования. - М., 2010. - 172 с.
7. Бабичева, И. В. Военно-инженерные задачи исследования операций : метод. указания / И. В. Бабичева. - Омск : ОТИИ, 2000. - 128 с.
8. Тимофеева, К. В. Эволюта и эвольвента плоской кривой и их применение в механике / К. В. Тимофеева, Т. Е. Болдов-ская // Информационные технологии: актуальные проблемы подготовки специалистов с учетом реализации требований ФГОС : материалы II Всерос. научн.-практ. конф. - Омск : ОАБИИ, 2015. - С. 253-257.
9. Бабичева, И. В. Задачи оптимального управления на транспорте : учеб. пособие к курсу лекций «Исследование операций» / И. В. Бабичева, В. Ф. Гавловская. — Омск : СибАДИ, 2006. - 120 с.
10. Бабичева, И. В. Применение вариационного исчисления при решении задачи минимизации средних затрат до обнаружения отказа / И. В. Бабичева, Е. С. Денисов // Архитектура. Строительство. Транспорт. Технологии. Инновации : материалы Междунар. конгр. — Омск : СибАДИ, 2013. — № 1, кн. I. — С. 44 — 48.
11. Жуковский, А. Н. Использование среды МаШСАБ при расчете оптимальных сроков проведения профилактических проверок технической системы / А. Н. Жуковский, А. С. Лавров // Информационные технологии: актуальные проблемы подготовки специалистов с учетом реализации требований ФГОС : материалы II Всерос. науч.-практ. конф. — Омск : ОАБИИ, 2015. — С. 249 — 253.
12. Гараева, Е. А. Организация научно-исследовательской работы студентов в образовательном процессе университета / Е. А. Гараева // Университетское образование. Культура и наука : материалы Междунар. молодеж. форума. — Ульяновск, 2012. — Ч. I. — С. 75 — 81.
13. Бабичева, И. В. К методике преподавания прикладной математики в военно-инженерном вузе / И. В. Бабичева, Б. К. Нартов // Вестник Омского университета. — 1999. — № 3. — С. 136 — 139.
БАБИЧЕВА Ирина Владимировна, кандидат педагогических наук, доцент (Россия), доцент кафедры физико-математических дисциплин Омского автобронетанкового инженерного института (ОАБИИ). Адрес для переписки: ivbabicheva@mail.ru ЛАВРОВ Александр Сергеевич, курсант гр. Т-322 факультета № 3 ОАБИИ. Адрес для переписки: ivbabicheva@mail.ru БОЛДОВСКАЯ Татьяна Ерофеевна, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры высшей математики Сибирской автомобильно-дорожной академии. Адрес для переписки: teb73@mail.ru
Статья поступила в редакцию 12.05.2015 г. © И. В. Бабичева, А. С. Лавров, Т. Е. Болдовская
УДК 37.042
С. Е. БЕБИНОВ А. П. ЖИГАДЛО Л. В. ЗУЕВА С. В. УГРЮМОВ
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия,
г. Омс к
Омский колледж профессиональных технологий
ОЦЕНКА ЗНАЧИМОСТИ ПРОФЕССИОНАЛЬНО ВАЖНЫХ КАЧЕСТВ ТЕХНИКАМИ АВТОТРАНСПОРТА НА РАЗЛИЧНЫХ ЭТАПАХ ТРУДОВОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Представлены результаты изучения оценки значимости профессионально важных качеств техниками автотранспорта в зависимости от трудового стажа. Выявлено, что эксперты с малым профессиональным стажем отдают предпочтение развитию физических качеств и свойств внимания. Как важные опытные специалисты рассматривают качества, позволяющие улучшить прогноз и оценку структуры дорожного движения.
Ключевые слова: профессионально важные качества, техник автотранспорта, надежность водителя, профессиональный отбор.
При всем многообразии научных исследований существующих профессий определенный интерес вызывает трудовая деятельность, связанная с обслуживанием и эксплуатацией автотранспорта. По мнению ряда авторов [1, с. 53; 2, с. 189; 3, с. 206], режим осуществления трудовых операций позволяет отнести эту группу профессий к первому типу. Условия труда при реализации такой профессиональной деятельности имеют свои специфические
особенности и требуют развития определенных не-компенсируемых профессионально важных качеств (ПВК) у специалистов.
ФГОС СПО специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» [4] предполагает получение профессии «Техник автотранспорта». В круг трудовых обязанностей этих специалистов входят как умения по эксплуатации автотранспорта (вождение
о
от
Е
Т
