CC BY
140
УДК 378.147.13 ГРЯДУНОВА Е.Н.
кандидат технических наук, доцент, кафедра мехатро-ники, механики и робототехники, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] САВИН Л.А.
доктор технических наук, профессор, кафедры меха-троники, механики и робототехники, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ГОРИН А.В.
кандидат технических наук, доцент, кафедра мехатро-ники, механики и робототехники, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ТОКМАКОВА М.А.
аспирант, Орловский государственный университет имени И.С. Тургенева E-mail: [email protected] ТОКМАКОВ Н.В.
студент, Орловский государственный университет
имени И.С. Тургенева
E-mail: [email protected]
UDC 378.147.13 GRYADUNOVA E.N.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Mechatronics, Mechanics and Robotics, Orel
State University E-mail: [email protected] SAVIN L.A.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Mechatronics, Mechanics and Robotics, Orel
State University E-mail: [email protected] GORIN A.V.
Doctor of Technical Sciences, Associate Professor, Department of Mechatronics, Mechanics and Robotics, Orel
State University E-mail: [email protected] TOKMAKOVA M.A. Graduate Student, Orel State University E-mail: [email protected] TOKMAKOV N.V. Student, Orel State University E-mail: [email protected]
ПРОГРАММИРОВАННОЕ ОБУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ И ОГРАНИЧЕНИЯ* PROGRAMMED LEARNING CAPABILITIES AND LIMITATIONS
В статье рассматривается краткий анализ программного обучения, выявлены его недостатки.Предложены методы улучшения качества образования студентов по общетехническим дисциплинам с помощью компьютерных технологий.
Ключевые слова: программированное обучение,обучающие программы, педагогическая система, образование, общетехнические дисциплины, компьютерные технологии.
The article discusses a brief analysis of program training, its shortcomings are identified. Methods are proposed for improving the quality of students' education in general technical disciplines using computer technology.
Keywords: programmed training, training programs, pedagogical system, education, general technical disciplines, computer technology.
Введение
В современной России так же, как и во всех высокоразвитых странах мира формируется единая глобальная техногенная среда. Материалистическое мировоззрение верит только в научно-технический прогресс - этот идол современного человечества [1]. При этом главным источником знаний молодого человек становится сеть Интернет. Это ставит новые задачи обучения и образования. Поэтому в настоящее время преподавание всех дисциплин включает в себя методы и средства электронного обучения. Широко разрекламированные в литературе методы программированного обучения [2, 3, 4] основаны на идеях бихевиоризма, согласно кото-
рым поведение человека - это психологическая категория, подлежащие научному исследованию, как и любое физическое явление, не дали ожидаемого положительного результата обучения. Это связано с недостаточно обоснованным выборам технологий и средств обучения, то есть разработкой е-дидактики (компьютерной дидактики).
Советский ученый и кибернетик Аксель Иванович Берг еще в 1966 году ввел в педагогику термин «кибернетическая педагогика». Он исходил из того, что «для эффективного и оперативного управления обучением нужны специальные устройства, которые должны автоматизировать важнейшею функцию педагога - функ-
Представленный материал выполнен в рамках проекта №9.2952.2017/4.6. государственного задания.
© Грядунова Е.Н., Савин Л.А., Горин А.В., Токмакова М.А., Токмаков Н.В. © Gryadunova E.N., Savin L.A., Gorin A.V., Tokmakova M.A., Tokmakov N.V.
*
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
цию взаимодействия каждого обучающего в процессе его обучения» [5].
Основная часть
Компьютерную дидактику нельзя рассматривать в разрыве с традиционной дидактикой: они не просто пресекаются друг с другом, они взаимно влияют друг на друга. Практически любая педагогическая задача решается сегодня с применением в той или иной мере компьютерных технологий [6]. Классическая модель обучения в виде дидактического треугольника (Рис.1), включающего ученика, учителя и учебное содержание, на сегодняшнее время считается не то, что устаревшей, а просто не соответствующей используемым в педагогике новым дидактическим принципам. Так как главным элементом, реализующего методику обучения в дидактическом треугольнике, является преподаватель.
Рис. 1. Дидактический треугольник.
Однако, мы не можем представить процесс обучения в современной не только высшей, но и средней школе без применения компьютерных технологий. Введение в дидактический треугольник четвертой точки дает уже объемную фигуру - тетраэдр, имеющую четыре одинаковые грани представленный на рисунке 2.
Ученик
Рис. 2. Дидактический тетраедр.
Теперь обучающий может получать знания без непосредственного присутствия Учителя с помощью обучающих программ. Основание тетраэдра - «Учитель»-«Содержание»-«Компьютерные технологии», говорит о том, что и тот, кто обучает большой объем знаний получает, используя информационные технологии и чем моложе преподаватель, тем больше это объем. При разработки любого программного продукта очередность этапов и последовательность разработки закреплена требованием ГОСТов [7, 8]. Эти этапы должны быть правильно распределены между педагогами и системотехниками [9].
К сожалению, большинство электронных обучающих программ ориентированы на репродукцию знаний, а не на развитие интеллектуальных способностей. На практике в большинстве ВУЗах страны программированное обучение осуществляется путем показа мультимедийных лекций и проведения рубежного и текущего тестирования студентов по конкретному пред-
мету. Учебный материал: лекции, практические занятия строятся так, чтобы знания были структурированы, дозированы и доступны для запоминания. Главная задача обучающего освоить необходимый объем информации по данной дисциплине и успешно сдать тестирование. Методика создания и проведения тестов хорошо разработаны и освещены в литературе [10, 11, 12]. Педагоги пошли по простой и удобной схеме внедрения информационных технологий: проведение уроков, лекций и практических занятий проводятся с мультимедийным сопровождением. Но несмотря на яркие информативные слайд, уникальные анимации, обучающие не показывают большую усвояемость предмета. Так после просмотра мультимедийной лекции по деталям машин на тему «резьбовые соединения», только 20% студентов смогли ответить на вопрос в каких соединениях используется прямоугольная и трапецеидальная резьба.
Таким образом, программированное обучение не лишено недостатков. Вспомним, что основа методики советского педагога А.С. Макаренко - это коллектив, в котором обучающие связаны одной общей целью, общими интересами. А ведь его методика признана одной и выдающихся методик мира наряду с Д. Дьюи, Г. Кершенетейноером и М. Монтессори. Программированное обучение не позволяет создать комфортную для русских студентов, имеющих исторически сложившийся опыт коллективного обучения, среду. Поэтому, при проведении промежуточного тестирования нужно разрешить студентам общаться друг с другом. И превратить тестирование из процесса контроля в процесс обучения. Студент дающий объяснение сокурснику, не только повторяет пройденный материал, но в процессе объяснение начинает глубже понимает смысл формул. А обучающий, получая информацию от ровесника, порой лучше и быстрее запоминает новые понятия.
Программированное обучение не способствует развитию самостоятельности в обучении. Обучающий осваивает только тот материал, который заложен в данной программе. Если мы коснемся таких фундаментальных общеинженерных дисциплин, как теоретическая механика и сопротивление материалов, то с помощью программированного обучения можно научить решать задачи простого и среднего уровня сложности. Чем сложнее задача, тем больше вариантов решения она имеет. Так определение ускорений точек системы, состоящей из нескольких тел (Рис. 3,) можно решить, как минимум тремя способами.
/О
Рис. 3. Задача по динамике системы тел.
Исходные данные: Механизм под действием пары сил с моментом Мвр=300 Н-м приходит в движение из состояния покоя.т1 = 25кг, т2 = 40 кг, т3=10 кг, R1=3 м, R2 = 6 м, г2=3 м.Звено1 - однородный диск, звено 2 -ступенчатый диск с радиусом инерции J2=3 м.Принять §=10 м/с2.
Требуется определить ускорение груза 3.
При решении этой задачи с помощью различных теорем динамики, кинематические зависимости между перемещениями, скоростями и ускорения будут одними и теме же:
S,
р = ■
3
P2R2
р = = S,
R
2
r2R1
V
ю = р = -
3 .
ю1 = Р1 =
w2R2 R1
Е2 =■
a3
r2
SjR2. r2Rl'
R2
R2
£1 = E2 — = a3 „ Rl Г2 Rl
При решении первым способом расчленяем систему на три тела, проставляем силы и составляем дифференциальные уравнения движения, как показано на рисунке 4.
Рис. 4. Схема решения задачи первым способом с помощью дифференциальных уравнений движения тел.
Решение задачи первым способом будет иметь вид:
-тъ g
R
(i)
2 у
+ -Г + m3
Для второго способа записываем теорему об изменении кинетической энергии:
т - т0 = ¿4 + ¿4 ■
к=1 к=1
Обозначаем на схеме скорости тел и внешние силы, действующие на тело, как показано на рисунке 5.
Рис. 5. Схема решения задачи вторым способом с помощью теоремы об изменении кинетической энергии.
Определяем кинетический момент системы в начале и конце движения Т0и Т. Так как в начальный момент система находилась в покое, то Т0 = 0. Величина Травна сумме энергий всех тел системы:
1
1
T = Ti + T- + T3 = Ti = T- = - /X + 2 Л-®-2 + 2 mV • Учитывая кинематические зависимости, кинемати-
ческая энергия системы тел равна:
T =
Jx1 I R 2
Rr
2
J
V32 V32 m3V32
2r2 2
Согласно теореме, об изменении кинетической энергии системы, можно записать:
( о Л2
J
М
J
V32 + V32 +-m3V32 = М—^S3 - m3gS3.
2 у
2r
2
R Г2
Выразим требуемое ускорение
a =
m3 g
f
R
\2
v V2 у
Jr
(2)
+ -2Г + m3 r2
Третий способ решения задачи характеризуется заданием системе возможного перемещения. Обозначим внешние силы и силы инерции, как показано на рисунке 6.
im\S
м Л V2
VjZ/ a J
] m->g
\ Дз г
Рис. 6. Схема решения задачи вторым способом с помощью общего уравнения динамики механической системы.
г
2
г
2
a3 =
2
13.00.02 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ОБУЧЕНИЯ И ВОСПИТАНИЯ (ПО ОБЛАСТЯМ И УРОВНЯМ ОБРАЗОВАНИЯ) (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ), 13.00.08 - ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ (ПЕДАГОГИЧЕСКИЕ НАУКИ) 13.00.02 - THEORY AND METHODS OF TRAINING AND EDUCATION (BY AREAS AND LEVELS OF EDUCATION) (PEDAGOGICAL SCIENCES), 13.00.08 - THEORY AND METHODOLOGY OF VOCATIONAL EDUCATION (PEDAGOGICAL SCIENCES)
Составляем общее уравнение динамики для данной
механической системы:
Мвр • 8ф -Ми1 • 8фг -Мм2 •8ф2 - Риъ -8Б3 - шъя = 0.
Сила инерции третьего тела и моменты сил инерции колес рассчитываются по формулам:
j—и
F3 = m3a3;
Ми 2 = Jx2S2-; Mu1 = JxlSl;
Тогда уравнение примет вид:
R i R 1 1
mbp - Jxi I I аз - Jx2—а -тзаз-mg =
R1r2 ^ R1r2 I r
Выразим из полученного уравнения требуемое ускорение. Оно запишется следующим образом:
-m g
(
J
A
Y
A Г
J,
(3)
X2
"2" + m3
2 У
Проанализировав выражения (1), (2) и (3) видим, что результат получен одинаковым, при различных способах решения.
Обычно, в тесте нужен только правильный ответ и преподаватель не знает каким способом студент к нему пришел. Если же в программе предусмотрена пошаговая инструкции, то есть сначала определяем кинетическую энергию первого тела, затем второго и т.д., то мы лишаем обучающего самостоятельного выбора способа решения. Такое обучение игнорирует учет психологии человека, так как одному студенту легче решить систему из трех простых уравнений, а другому продифференцировать одно сложное. Поэтому в программе должны быть предусмотрены вопросы по конкретизации используемой теоретической базы обучающего.
Поэтапное тестирование изучаемого материала, облегчает обучающему процесс запоминания и сдачи данного предмет, но не дает целостной картины об изучаем предмете, как науки неразрывно связанной с математикой, физикой. И тем более не обеспечивает развитие обще культурной составляющий, а ведь, изучение «теоретической механике» должно развивать способность к самоорганизации и самообразованию. Поток новой информации, который обрушивается на сегодняшнего студента несоизмеримо больший, чем несколько десятилетий назад. И есть опасность, что в определенный момент человеческий мозг просто заблокируемся и откажется принимать, кажущие ему ненужными сведения. Программированное обучение, в этом случае, может только констатировать факт об отсутствие усвояемости знаний, но ни о причинах.
Введение гуманитарного контекстного содержания в программированное обучение обеспечивает смягчение информационного потока. При живом чтении лекции талантливы педагог чувствует аудиторию и дает возможность ей отдохнуть. Вспомним рассказ А.П. Чехова «Скучная история», его герой старый профессор в таких случаях действует следующим образом: «....Это значит, что внимание утомлено. Нужно принять меры. Пользуясь первым удобным случаем, я говорю какой-нибудь каламбур. Все полтораста лиц широко улыбаются, глаза весело блестят, слышится недолгий гул моря... Я тоже смеюсь. Внимание освежилось, и я могу продолжать» [13]. И это не прихоть Учителя, это особенности физиологии головного мозга: общеизвестно, что при изучении технических дисциплин работу запоминания, логического мышления и анализа выполняет левое полушарие, а обращение к эмоциям, переключает работу мозга на правое полушарие. Это ведет к уменьшению утомляемости обучаемого, а значит к лучшей усвояемости нового материала. Как же в электронный учебник по механике включать гуманитарные составляющие. Но ведь и Паскаль, и Декарт были прежде всего философами, их взгляды на мир различны. Р. Декарт, обосновал ведущую роль разума в познании, выдвинул учение о субстанции и модусусах, он утверждал: «для того, чтобы усовершенствовать ум, надо больше размышлять, чем заучивать [14]». Паскаль развил это положения: «Мы познаем истину не только разумом, но и сердцем. Именно сердцем мы познаем начальные понятия, и тщетно рассудок, к этому непричастный, пытается их оспорить [15]». Можно дать краткий экскурс в историю, привести высказывания и афоризмы ученых-механиков. Это не только повышает интерес к изучаемому предмету, но способствует формированию общекультурной компетентности бедующего специалиста. Для защиты от информационной перегрузки необходимо обеспечить быстрый доступ обучаемого к знаниям предшествующего уровня: должны быть ссылки на тригонометрические зависимости, элементы векторной алгебры и т.д.
Заключение
Программированное обучение должно обеспечить не только пакет знаний по конкретному предмету, но и стать основой для дальнейшей творческой деятельности обучающего. Даже изучение общетехническим дисциплинам может содержать гуманитарную составляющую, способствующую развитию разносторонней личности. Обучающие, работающие в коллективе объединённым одной познавательной целью, быстрее и надежнее добиваются результата.
a3 =
+
Библиографический список
1. Сергеев С.Ф. Глобальные техногенные среды в эволюции человеческой цивилизации //Журнал вестник Московского университета имени С.Ю. Витте. Серия 1: Экономика и управление. 2013. С. 113.
2. СертаковаИ.Н. Новые технологии в сфере образования и образовательных услуг /Аналитика культурологии. 2010. №6. С.79-81.
3. ТалызинаН. Ф. Педагогическая психология: учеб. пособие для студ. сред. пед. учеб. заведений / Н.Ф.Талызина. М.: Издательский центр «Академия», 1998. 288 с.
4. ПрокофьеваН.О. Модели и методы компьютерной оценки знаний обучаемых // Материалы Международной научно-практической конференции Информационные технологии в многоуровневой системе образования. Казань: ЗАО «Новое знание», 2005. С.139-143.
5. Маркова Е.В. Кибернетический период творчества академика А.И Берга // Аксель Иванович Берг/ Сборник: Информатика. Неограниченные возможности и возможные ограничения. М.: Наука. 2007. С. 52-89.
6. Башмаков А.И. Интеллектуализация как средство повышения доступности технологий разработки компьютерных средств обучения // Всероссийская науч.- прак. Конференция Образовательная среда: сегодня и завтра. (Москва ВВЦ, 2004) Тезисы докладов С. 204-205.
7. ГОСТ 24.602-86 Единая система стандартов автоматизированных систем управления. Автоматизированные системы управления. Состав и содержание работ по стадиям создания.
8. ГОСТ 34.601-90 Информационная технология (ИТ). Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания.https://files.stroyinf.ru/Index/10/10698.htm
9. Печников А.Н. Е-дидактика: кому, зачем и каком виде она нужна / Андрей Николаевич Печников // Народное образование. Педагогика №5 С.157.
10. Челышкова М.Б. Теория и практика конструирования педагогических тестов: учебное пособие / М.Б.Челышкова. М.: Логос. 2003. 363с.
11. Сосновский В.И., Тесленко В.И. Вопросы управления в обучении. Часть 1 (Педагогическое тестирование) / В.И.Сосновский, В.И. М.: Высшая школа. 1995. 273с.
12. ЗайцеваЛ.В., ПрокофьеваН.О. Модели и методы адаптивного контроля знаний // Educational Technology & Society. Nr.7(4), 2004 ISSN 1436-4522 (Международный электронный журнал). / Интернет. - http://ifets.ieee.org/russian/periodical/joumal.html
13. ЧеховА.П. Собрание сочинений в 8-ми томах. Том 5. С. 287
14. РенеДекарт. Сочинения / Рене Декарт: Наука. Ленинградское отделение. 2015. 656с.
15. Блез Паскаль. Мысли. Афоризмы. https://iknigi.net/avtor-blez-paskal/64055-
References
1. Sergeev S.F. Global technogenic environments in the evolution of human civilization // Journal of Bulletin of Moscow University named after S.Yu. Witte. Series 1: Economics and Management. 2013. Pp.113.
2. SertakovaI.N. New technologies in the field of education and educational services / Analytics of cultural studies. 2010. No.6. Pp.79 - 81.
3. Talyzina N. F. Pedagogical psychology: textbook. allowance for students. Wednesday ped textbook. institutions / N.F. Talyzina. M.: Publishing Center "Academy", 1998. 288 p.
4. Prokofiev N.O. Models and methods of computer assessment of student knowledge // Materials of the International scientific-practical conference Information technology in a multi-level education system. Kazan: CJSC "New Knowledge", 2005. Pp. 139 - 143.
5. Markova E.V. The Cybernetic Period of the Work of Academician A.I. Berg // Axel Ivanovich Berg / Collection: Computer Science. Unlimited possibilities and possible limitations. M .: Science. 2007. Pp 52-89.
6. BashmakovA.I. Intellectualization as a means of increasing the availability of technology for the development of computer training tools // All-Russian scientific and practical. Conference Educational environment: today and tomorrow. (Moscow All-Russian Exhibition Center, 2004) Abstracts pp. 204-205.
7. GOST 24.602-86 Unified system of standards for automated control systems. Automated control systems. The composition and content of work at the stages of creation.
8. GOST 34.601-90 Information Technology (IT). Set of standards for automated systems. Automated systems. Stages of creation. https:// files.stroyinf.ru/Index/10/10698.htm
9. PechnikovA.N. E-didactics: to whom, why, and in what form it is needed / Andrei Nikolaevich Pechnikov // Public Education. Pedagogy No. 5 P.157.
10. ChelyshkovaM.B. Theory and practice of constructing pedagogical tests: a training manual / M.B. Chelyshkova. M .: Logos. 2003.363s.
11. Sosnovsky V.I., Teslenko V.I. Management issues in training. Part 1 (Pedagogical testing) / V.I. Sosnovsky, V.I. M .: Higher school. 1995.273 s.
12. ZaitsevaL.V., ProkofievaN.O. Models and methods of adaptive knowledge control // Educational Technology & Society. Nr. 7 (4), 2004 ISSN 1436-4522 (International Electronic Journal). / The Internet. - http://ifets.ieee.org/russian/periodical/journal.html
13. ChekhovA.P. Collected works in 8 volumes. Volume 5. Pp. 287
14. Rene Descartes. Works / Rene Descartes: Science. Leningrad branch. 2015.656s.
15. Blaise Pascal. Thoughts Aphorisms. https://iknigi.net/avtor-blez-paskal/64055
