CC BY
29
УДК [531:378.141.4]: [378.02:629.5]
ББК 22.2Р 30-2:39.42
В. И. Локтев, А. Ю. Кукарина
ПРОЕКТ КОМПЛЕКСА ЗАДАЧ ПО МЕХАНИКЕ В ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММАХ В ОБЛАСТИ КОРАБЛЕСТРОЕНИЯ И ОКЕАНОТЕХНИКИ НА ОСНОВЕ КОМПЕТЕНТНОСТНОГО ПОДХОДА
V. I. Loktev, A. Yu. Kukarina
DEVELOPMENT OF A SET OF TASKS IN MECHANICS IN EDUCATIONAL PROGRAMS IN SHIPBUILDING AND OCEAN ENGINEERING USING COMPETENCY-BASED APPROACH
Обоснована необходимость неформального применения в учебном процессе наборов задач. Предлагается формировать комплекс задач по механике на основе компетентностного подхода.
Под комплексом задач понимаются связанные друг с другом, методически и хронологически последовательно расположенные дифференцированные задания различной сложности с различными целевыми установками, решение которых направлено на формирование соответствующих компетенций.
Ключевые слова: комплекс задач, компетентностный подход.
The necessity of informal application of a set of tasks in the educational process is justified. The set of tasks in mechanics based on the competence approach is offered to be formed. The set of tasks is understood as co-related, methodically and chronologically logically placed differentiated tasks of different complexity with various goals, the achievement of which is aimed at development of the corresponding competences.
Key words: set of tasks, competence approach.
Признаком настоящего времени является повышенная профессиональная мобильность. Современный человек в течение жизни должен быть готов при необходимости менять сферу занятости и осваивать новые профессии. Появление перемен времени вынуждает отвечать на них изменением образования на всех уровнях - начиная с дошкольного вплоть до послевузовского. Эти перемены привели к новым требованиям к образованию, его результатам и поэтому потребовали разработки нового поколения образовательных стандартов. В соответствии с Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования нового поколения (ФГОС) основным результатом деятельности современной высшей школы должна стать не сама по себе система знаний, умений, навыков, а комплекс компетентностей.
Компетентность - это круг вопросов, в которых выпускник вуза (бакалавр, специалист, магистр) должен быть осведомлен, должен разбираться профессионально, со знанием дела. Компетентный - это знающий, осведомленный, авторитетный работник. Компетентности формируются в процессе обучения и в результате взаимодействия с социальным окружением.
Выпускники вузов по направлению подготовки 180100 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», согласно ФГОС [1], должны обладать различными профессиональными компетенциями в разных видах деятельности:
— проектная;
— производственно-технологическая;
— организационно-управленческая;
— научно-исследовательская;
— сервисно-эксплуатационная.
Из ФГОС (табл. 1) следует, что многие из направлений будущей профессиональной деятельности (ПД) бакалавров техники и технологий требуют фундаментальных знаний в области механики, в том числе и прежде всего - базовых курсов теоретической механики и сопротивления материалов.
Таблица 1
Некоторые характеристики профессиональной деятельности и компетенции бакалавра в области кораблестроения
Область ПД Создание судов, энергетических машин и механизмов, морских инженерных сооружений
Объекты ПД Суда, энергетические комплексы и машины, механизмы и оборудование
Виды ПД Проектная, научно-исследовательская, сервисно-эксплуатационная
Задачи ПД Участие в проектировании и расчете, в монтаже, наладке, испытаниях опытных образцов узлов, систем, деталей объектов морской техники, участие в выполнении экспериментов, анализе результатов
Компетенции Готов участвовать в разработке проектов судов, судовых систем и устройств, в экспериментальных исследованиях, в научных исследованиях основных объектов, явлений и процессов, готов изучать научно-техническую информацию
Действительно, все, что окружает нас, подчиняется законам механики, а открытие новых материалов с новыми структурными состояниями и уникальными свойствами, новые задачи в технике, технологии, других областях знаний требуют фундаментальных исследований и создания методов описания их механического поведения. Механика как наука без всякого преувеличения является научной базой современной техники. Без нее невозможны полеты в космос, современные транспортные средства, мощные грузоподъемные машины, автоматизированные складские помещения, удобная бытовая техника, красивые здания. Поэтому и как учебная дисциплина механика, наряду с математикой, физикой, имеет большое общеобразовательное и профессиональное значение [2], ее основы необходимо знать инженеру любой квалификации, направления, специальности.
В учебных планах по направлению 180100 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» в разных высших учебных заведениях механика занимает вполне достойное место - до 30 % общей трудоемкости базовой части профессионального цикла дисциплин (табл. 2) и структурно состоит из трех курсов: «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Детали машин и основы конструирования». При этом значительная часть времени (от 25 до 50 %, в Астраханском государственном техническом университете - до 65 %) отводится на самостоятельную работу студентов (СРС).
Таблица 2
Место механики в учебных планах по направлению 180100
Вуз Дисциплина Санкт-Петербургский государственный морской технический университет Новосибирская государственная академия водного транспорта Астраханский государственный технический университет
Механика. В том числе: Теоретическая механика Сопротивление материалов Детали машин и основы конструирования 26 % базовой части профессионального цикла 29 % базовой части профессионального цикла 40 % базовой части профессионального цикла
2-3 семестры. 5 зачетных единиц. 180 часов, из них 90 аудиторных, СРС 50 % 2-3 семестры. 4 зачетные единицы. 144 часа, из них 108 аудиторных, СРС 25 % 2-3 семестры. 7 зачетных единиц. 252 часа, из них 88 аудиторных, СРС 65 %
3—4 семестры. 5 зачетных единиц. 180 часов, СРС 50 % 3—4 семестры. 4 зачетные единицы. 144 часа, СРС 25 % 3-4 семестры. 6 зачетных единиц. 216 часов, из них 70 аудиторных, СРС 68 %
4 семестр. 4 зачетные единицы. 144 часа, СРС 50 % 4-5 семестр. 4 зачетные единицы. 144 часа, СРС 37 % 4-5 семестры. 7 зачетных единиц. 252 часа, из них 88 аудиторных, СРС 65 %
Механика и многие другие учебные дисциплины естественнонаучного и профессионального циклов предназначены и не мыслятся без решения практических задач. Не зря И. Ньютону приписывают высказывание, согласно которому «в механике примеры учат не меньше, чем правила». Понятно, что в зависимости от поставленных целей механика и в механике можно решать и на деле решается множество самых разных задач, начиная, например, от «расчетномонтажных» в практической деятельности до «глобально-переломных», когда решение может затрагивать мировоззренческие, нравственные проблемы.
В учебно-познавательной деятельности человека выделяется ограниченное, но достаточно большое число видов или типов задач (табл. 3).
Таблица 3
Классификация видов задач
Вид задач Вид учебных занятий, целевое назначение
Демонстрационные Лекции, практические занятия
Типовые Практические занятия
Короткие Лекции, контроль
Проектные Самостоятельная работа
Тестовые Контроль
Олимпиадные Состязательность
Экзаменационные Итоговый контроль
Исследовательские Студенческая научная работа
Сравнительные Лекции, консультации, практические занятия
Многов ариантны е Самостоятельная работа
Яркие примеры демонстрационных задач приводятся в статье М. М. Гернета «О наглядности в преподавании теоретической механики» [3]. Модели и макеты для таких задач прежде разрабатывались и выпускались централизованно (Одесса, Караганда). Теперь не в каждом техническом вузе можно найти хотя бы остатки таких моделей, как «Момент силы относительно точки в пространстве», «Скамейка Жуковского», «Углы Эйлера», «Гироскоп в кардановом подвесе» и др.
Но это не значит, что роль демонстрационных задач отошла на задний план. Многие преподаватели пользуются самыми простыми «подручными средствами», чтобы продемонстрировать метод Пуансо (линейка), положение мгновенного центра скоростей (катушка или обычный цилиндрик), математический маятник (грузило на леске), скольжение и качение тела по наклонной плоскости (тетрадке, книге). В нынешний век компьютерных технологий множество задач такого типа могут быть перенесены на экран монитора, слайды, видео (рис. 1).
Рис. 1. Демонстрация циклоид - траекторий точек катящегося диска
Наиболее распространенными при изучении курса механики являются учебные задачи. Это могут быть так называемые «короткие» задачи [4] и, в основном, типовые задачи [5], которые разбираются преподавателем или с его помощью студентами в группе на практических (семинарских) занятиях. Именно на таких задачах учат студентов вузов основным приемам, методам, алгоритмам решения. На основе учебных задач строятся в основном задачи экзаменационного типа.
На лекциях, в ходе тестирования, контрольных мероприятий разумно использовать так называемые сравнительные задачи [6, 7]. Вот один из примеров любопытных сравнительных задач (рис. 2).
Пример. К пристани причаливает лодка. Один конец троса выбирает матрос на берегу, другой конец троса с такой же скоростью выбирает лодочник. Кто из них - лодочник или матрос - прикладывает к тросу большую силу?
Решение. На основании третьего закона динамики действие и противодействие по модулю равны, лодочник и матрос прикладывают к тросу одинаковые силы.
Рис. 2. Иллюстрация к сравнительной задаче «Причалить лодку»
Учебные планы и графики учебного процесса всех направлений всё больше ориентируют кафедры на организацию самостоятельной работы студентов. Так появились расчетнографические, расчетно-проектировочные задания - задачи проектного вида для самостоятельной работы студентов. В традиционных сборниках по теоретической механике [8], сопротивлению материалов количество заданий и вариантов задач всегда ограничено, но поиск новых путей привел к появлению так называемых многовариантных задач [9, 10] (задания, студенческие проекты).
Особый тип задач - задачи олимпиадные. Широкое развитие студенческое олимпиадное движение получило в 1970- 1980-е гг. Сначала это были олимпиады внутри вузов, затем на уровне регионов, с начала 1980-х гг. стали проводиться всероссийские и всесоюзные олимпиады по теоретической механике.
Ежегодно с 1971 г. кафедра «Теоретическая и прикладная механика» Астраханского государственного технического университета проводит внутривузовские олимпиады по теоретической механике. Неоднократно команды вуза становились победителями и призерами зональных (Поволжье) и всероссийских олимпиад. В 1982 г. студент судомеханического факультета
А. Ф. Валлер стал победителем Всероссийской олимпиады по теоретической механике [11], в мае 1990 г. студент строительного факультета О. Л. Федотов занял третье место на Всероссийской студенческой олимпиаде по сопротивлению материалов.
Задачи олимпиадного типа, в свою очередь, делятся на разные виды. Мы твердо убеждены в том, что в любой олимпиадной задаче должна быть определенная «изюминка» и ее решение не обязательно должно быть громоздким, сложным. В последние годы в Астраханском государственном техническом университете на олимпиадах по теоретической механике всем студен-там-участникам предлагается набор одинаковых по постановке задач, но ответы на них, в силу разных исходных данных, тоже разные - это многовариантные задачи.
Постепенно видоизменяются и сами задачи. Если раньше использовались формулировки «Найти», «Вычислить», «Доказать», то теперь чаще встречаются формулировки «Обосновать», «Сравнить», «Выбрать из различных способов решения наиболее рациональный», «Исследовать». Даже если количество видов и самих задач вполне достаточно, а это так на самом деле, то как разобраться в этом многообразии? Как подобрать такие задачи, которые позволят в условиях дефицита времени сформировать нужные и требуемые компетенции у будущего бакалавра, магистра, специалиста?
Так появляется необходимость разработки комплекса задач на основе компетентностно-ориентированного подхода в обучении [12]. Под комплексом задач следует понимать связанные друг с другом, методически и хронологически последовательно расположенные дифференцированные задания различной сложности с различными целевыми установками, решение которых способствует формированию соответствующих компетенций.
Составляя комплекс задач, следует руководствоваться следующими соображениями:
— решение задач представляет собой метод обучения, который позволяет успешно формировать понятия механики;
— индивидуальное выполнение задач может обеспечить включение в мыслительную деятельность каждого учащегося на любом этапе обучения: актуализации знаний, изучении нового материала и его закреплении;
— существует возможность включать в познавательную деятельность учащихся решение задач на формирование умственных действий, лежащих в основе образования понятий, что обеспечивает развитие всех компонентов интеллектуальных способностей.
Дисциплина Раздел Тема Вид занятия Вид задачи Источники Компетенция
Теор. механика Статика Плоская статика Лекция Демонстрационные [3] ПК-14
Теор механика Статика Плоская статика Лекция Короткие ИЗ ОК-2
Теор. механика Статика Плоская статика Лекция Сравнительные и ПК-13
Теор. механика Статика Плоская статика Практика Типовые [5] ПК-13
Теор механика Статика Плоская статика Контроль Тестовые [10] ПК-14
Теор механика Статика Плоская статика Самостоятельная Проектные М ПК-1. ПК-16
Теор механика Статика Плоская статика Самостоятельная Многовариантные [9, 10] ПК-17
Теоа механика Статика Плоская статика Самостоятельная Исследовательские В оамках НИРС ПК-1. ПК-2
Рис. 3. Фрагмент формирования комплекса заданий по механике
Комплекс задач по механике для направления подготовки 180100 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», на наш взгляд, должен включать в себя следующее:
1. Название дисциплины.
2. Раздел дисциплины.
3. Т ема из данного раздела.
4. Вид учебного занятия (см. табл. 3; кроме видов, включаемых в учебную нагрузку преподавателя, сюда же следует отнести олимпиады, самостоятельную, научно-исследовательскую, другие виды учебной работы студентов).
5. Используемые виды задач (см. табл. 3).
6. Источники.
7. Формируемые компетенции [1].
Все эти позиции удобно расположить в оболочке Excel в виде списка (рис. 3). Список заполняется построчно или с помощью формы (рис. 4). Такой подход дает возможность выделить любую из семи позиций и связать между собой учебные дисциплины, вид учебных занятий, вид задач и формируемые компетенции.
Рис. 4. Форма списка для комплекса задач по механике
На рис. 5 приведена более общая и развернутая форма списка для формирования комплекса задач.
Рис. 5. Развернутая форма списка для формирования комплекса задач
С помощью такой формы можно создать комплекс задач (заданий, студенческих проектов, исследований) не только по механике, но и по всему комплексу учебных дисциплин
для разных направлений подготовки на основе компетентностно-ориентированного подхода.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Федеральный государственный образовательный стандарт ВПО по направлению подготовки 180100 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры» (утв. приказом Минобрнауки РФ № 102 от 4.02.2010).
2. Локтев В. И. Теоретическая механика в образовательных программах в области кораблестроения и океанотехники: ретроспектива и состояние // Вестн. Астрахан. гос. техн. ун-та. Сер.: Морская техника и технология. - 2010. - № 1. - С. 178-184.
3. Теоретическая механика во втузах: сб. ст. под ред. А. А. Яблонского. - М.: Высш. шк., 1971. - 352 с.
4. Сборник коротких задач по теоретической механике / под ред. О. Э. Кепе. - М.: Высш. шк., 1989. - 368 с.
5. Мещерский И. В. Сборник задач по теоретической механике. - М.: Наука, 1986. - 448 с.
6. Локтев В. И. Сравнение как метод познания основ теоретической механики // Теоретическая механика: сб. науч.-метод. ст. - Вып. 26. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 2006.
7. Локтев В. И., Михайлова М. А. Сравнительные задачи по сопротивлению материалов // Новые образовательные технологии в вузе: сб. тез. докл. 3-й Междунар. науч.-метод. конф. - Екатеринбург, УГТУ-УПИ, 2005.
8. Сборник заданий для курсовых работ по теоретической механике: учеб. пособие для техн. вузов / под ред. А. А. Яблонского. - М.: Высш. шк., 1985. - 368 с.
9. Локтев В. И. Многовариантные задания для самостоятельной работы и контроля знаний студентов по теоретической механике: сб. докл. на IY Всерос. совещ.-семинаре зав. кафедрами и ведущих пре-под. кафедр теоретической механики вузов России. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2010.
10. Локтев В. И. Теоретическая механика. Конспект-справочник с примерами, сравнительные и многовариантные задачи / Lambert Academic Publishing (Междунар. науч. изд-во). - Saarbruchen, Germany, 2011. - 408 с.
11. Сборник олимпиадных задач по теоретической механике: в 3 ч. Ч. 1. Статика / А. И. Попов,
В. И. Попов, В. А. Тышкевич, М. П. Шумский. - Тамбов: Изд-во ТГТУ, 2006. - 96 с.
12. Шингарева М. В. Проектирование компетентностно-ориентированных задач по учебным дисциплинам вуза: автореф. дис. ... канд. пед. наук. - М.: МГАУ им. В. П. Горячкина, 2012. - 20 с.
Статья поступила в редакцию 12.07.2012
ИНФОРМАЦИЯ ОБ АВТОРАХ
Локтев Владимир Иванович - Астраханский государственный технический университет; канд. техн. наук, доцент; доцент кафедры «Теоретическая и прикладная механика»; vilokt@rambler.ru.
Loktev Vladimir Ivanovich - Astrakhan State Technical University; Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor; Assistant Professor of the Department 'Theoretical and Applied Mechanics"; vilokt@rambler.ru.
Кукарина Алла Юрьевна - Астраханский государственный технический университет; соискатель кафедры «Теоретическая и прикладная механика»; kukarina@rambler.ru.
Kukarina Alla Yurievna - Astrakhan State Technical University; Candidate of the Department "Theoretical and Applied Mechanics"; kukarina@rambler.ru.
