Mgdc6V1DZU

тельных операций. К этой категории относятся все задачи, в которых учащиеся должны перевести что-то с одного «языка» на другой.

Четвертая категория – это задачи, предусматривающие при их решении помимо мыслительных операций еще какой-нибудь речевой акт (устный или письменный). К ним относят задачи, требующие не только проведения определенных операций, но и высказывания о них.

Пятая категория – это задачи, предполагающие самостоятельность при их решении.

Использование данной таксономии больше подходит для создания учебных задач по заранее заданным параметрам: целям занятия, сложности технических задач, их направленности на определенные компоненты и т.д.

Проведя анализ типологий задач, предлагаемых различными авторами, мы установили, что они органично связаны с целью, на достижение которой направлено использование системы заданий. Поэтому при разработке методики обучения основам методологии исследовательской деятельности нами использовались в большей или меньшей степени элементы всех приведенных подходов. Созданная нами в качестве элемента методики обучения система заданий и задач, основанная на системном подходе и рациональных методах технического творчества, направленная на развитие научноисследовательской деятельности должна соответствовать определенным принципам.

Чаще всего систему заданий [81, 132] строят по принципу постепенного повышения сложности входящих в них задач.

При определении составных компонентов основ методологии исследовательской деятельности (см. 2.2), нами были выделены те

61

из них, овладеть которыми студенты должны в процессе обучения. К ним относятся построение и организация исследовательской деятельности, средства и методы исследовательской деятельности, временная структура деятельности, самоанализ процесса исследовательской деятельности и полученных в ходе ее результатов. Поэтому система задач и заданий должна быть ориентирована на формирование всех этих компонентов. При этом система заданий должна быть ориентирована на практику, т.е. желательно, чтобы решаемые задачи являлись реальными и ориентированными на современные технические проблемы.

Наиболее часто процесс обучения выстраивается по принципу от простого к сложному. Для нашей работы данная логика построения также приемлема, но реализуется она в несколько иной форме. На каждом этапе обучения типы задач и их сложность меняются. Причем это происходит при переходе от одного предмета к другому.

Использование разноуровневых заданий позволяет повысить технологичность учебного процесса. Реализация данного подхода способствует использованию заданий творческого характера с учетом индивидуальных особенностей каждого обучающегося, а также более четко оценить уровень усвоения изучаемой дисциплины и эффективность используемой системы обучения.

Рассмотрим задания, используемые в разных предметах и позволяющие студентам овладеть выбранными основами методологии и технологиями, способствующими повышению уровня освоения исследовательской деятельности.

Обучение исследовательской деятельности было начато с изучения курса по выбору «Техническое творчество» (приложение 1). В процессе обучения студенты должны овладеть функциональ-

62

ным и системным анализом и изучить классификацию и назначение ме-

тодов и средств научноисследовательской деятельности.

Программа курса построена по традиционной схеме, включающей в себя лекционные и практические занятия. На лекциях студенты знакомятся с теорией функционального анализа, а затем на практических занятиях закрепляют полученные теоретические сведения с помощью разнообразных задач и заданий по системному анализу и прогнозу развития технических систем.

Рассмотрим несколько используемых задач в качестве примера. Анализ технических систем в используемых задачах мы будем проводить при помощи системного оператора, используемого в ТРИЗе и основанного на многоэкранном анализе объекта. Системное изучение объекта начинается с построения его иерархической модели. Данная задача будет являться наиболее простой из всех или задачей первого уровня.

Вкачестве задачи первого уровня рассмотрим задачу со следующим условием: представить «молоток» как техническую систему.

Эта задача для формирования системного восприятия объектов окружающего мира. В процессе исследовательской деятельности нам приходится иметь дело с различными системами, и для успешной работы нам необходимо уметь четко структурировать исследуемый объект. Это упрощает процесс исследования и позволяет вычленять отдельные элементы. В данном случае молоток будет являться системой, состоящей в свою очередь из ряда подсистем, каждая из которых является системой для подсистем более низкого уровня. В то же время молоток сам является подсистемой системы более высокого уровня. Эти выводы, обучающиеся должны сделать в процессе анализа. Иерархия систем и системный оператор рассмотрены в приложении 2.

Задача второго уровня при изучении системного анализа направлена на использование многоэкранного системного оператора и требует рассмотрения технических систем в определенной исторической перспективе.

Вкачестве примера приведем следующую задачу: рассмотрите при

помощи многоэкранного системного оператора структуру и развитие в исторической перспективе технической системы «отвертка». При сис-

темном анализе отвертки студенты должны определить, из каких подсистем состоит отвертка, в какую надсистему она входит, что ей предшествовало ранее, и предположить, чем она будет в будущем.

Задачи третьего уровня сложности требуют не только проведения полного структурного анализа объекта и взаимодействия его или составляющих элементов с пользователем, соседними системами, внешней средой, но и определения альтернативных систем и антисистем.

63

Рассмотрим одну из задач данного уровня: проведите полный

структурный анализ технической системы «Настольная лампа» и определите альтернативные ей системы.

Для решения этой учебной задачи необходимо провести полный системный анализ при помощи системного оператора. Выявить надсистему и определить точки ее взаимодействия с окружающим миром и пользователями. После этого нужно рассмотреть, чем была данная техническая система в прошлом и чем она может стать в будущем. Затем необходимо выявить главное назначение лампы и предложить альтернативные ей системы, несущие такую же функцию. Задачи этого уровня завершают формирование системного технического мышления, которое позволяет рассматривать все объекты в разноуровневой взаимосвязи.

Следующим компонентом предварительной подготовки к исследовательской деятельности является освоение функционально-стоимостного анализа. Рассмотрим задачи, используемые при его изучении.

Задача первого уровня сложности:

Рассмотрите техническую систему «Игла швейная» и определите носителей главной, вспомогательной, основной функций.

Эта задача направлена на развитие аналитических способностей и развития умений по функциональному анализу исследуемого объекта. При ее решении необходимо рассмотреть швейную иглу как техническую систему, определить основные подсистемы, из которых состоит игла. Затем необходимо определить назначение или главную функцию иглы и функции всех подсистем. Определить «лишний» элемент, не несущий основную и главную функции. Использование подобных задач способствует развитию аналитических способностей и критического отношения ко всем рассматриваемым объектам.

Задача второго уровня сложности при изучении ФА подразумевает под собой не только системный и функциональный анализ рассматриваемой технической системы, но и выявление «узких» мест объекта.

В качестве примера приведем следующее условие задачи: рассмот-

рим техническую систему «Электрический чайник» и построим ее функциональноидеальную модель. Для этого необходимо не только определить носителей функций, но и главные параметры, характеризующие выполнение данной функции. Наиболее эффективны удельные показатели, например, плотность тока, давление, удельное сопротивление, производительность, скорость и т.д. Затем необходимо установить фактический ресурс функции, т.е. те значения выбранных параметров, которые присущи объекту анализа. Параметры определяются количественно, а при невозможности – качественно. Для нашей задачи это будет скорость нагрева воды и потребляемая мощность. Следующим шагом является установление требуемого ресурса функции, т.е. тех значений параметров, которые соответствуют требованиям реальности условий функционирования

64

объекта, и определение ресурса функции путем сравнения фактического и требуемого ресурса. Студенты определяют максимальное и минимальное допустимое время нагрева, а также минимальное и максимальное количество энергии, расходуемое на нагрев. После чего строится матрица взаимосвязи функций и их носителей. Матрица строится в виде таблицы следующим образом: на одной из осей размещаются элементы одного иерархического уровня, а на другой – функции этих элементов. На пересечении столбцов и строк функций со своими носителями фиксируется ранг функции. В других клетках матрицы отмечается участие данного носителя в выполнении данной функции и ресурс по этой функции. Использование матрицы позволяет выявить дополнительные функции элементов объекта. Эта информация в дальнейшем используется для проведения функцио- нально-идеального моделирования (свертывания). Матрица позволяет также оценить функциональную значимость элементов экспертным путем.

На следующем этапе студенты должны построить функциональную модель электрического чайника, отражающую иерархию функций объекта, связанных принципом действия, но абстрагированных от конкретного вещественного воплощения. Это способствует формированию объективного восприятия технической системы. Затем строится функциональноидеальная модель, представляющая собой структурную модель, построенную при помощи системного оператора, но без элементов-носителей нежелательных и вспомогательных функций. «Идеальное» теоретическое воплощение чайника.

Наиболее трудные задачи, решаемые при помощи функциональностоимостного анализа, требуют выявления сверхэффекта, получаемого в результате «свертывания» технической системы или технологического процесса. При использовании этой процедуры ставится цель ликвидации элементов объекта, причем вспомогательные функции сворачиваемых элементов также ликвидируется. В отношении основных функций ставится цель их ликвидации, а при свертывании технологии – передаются оставшимся элементам [9].

Условия свертывания представляют собой требования к оставшимся в модели объекта элементам, либо к внешней среде.

Рассмотрим задачу третьего уровня сложности: проведите ФА тех-

нической системы «Слесарная ножовка» постройте функциональноидеальную модель, выявите все технические противоречия и сверхэффект.

При решении этой задачи студентам необходимо будет проявить умения по системному анализу объекта, его функциональному анализу. Построить матрицу взаимосвязи функций и их носителей и представить его в виде сначала элементной, а затем и функциональной абстрактной модели. После чего обучающимся будет необходимо выбрать условия свертывания, построить функционально-идеальную модель и сформулировать

65

требования к элементам функционально-идеальной модели объекта. На заключительном этапе анализа необходимо выявить положительные и отрицательные сверхэффекты и на их основании сформулировать имеющиеся технические противоречия. Решение задач подобного уровня способствуют развитию навыков анализа и абстрагирования, а также овладение способами и методами теоретического познания технических объектов [9].

Следующей дисциплиной, в рамках которой мы реализуем свою методику обучения исследовательской деятельности, стал «Технологический практикум». На занятиях по этой дисциплине студенты овладевают таким важным аспектом исследовательской подготовки, как организация и планирование своей деятельности в ходе работы над проектом. При разработке своих работ на каждом из этапов изучения дисциплины студенты должны будут решать различные технические технологические и творческие задачи, направленные на поиск и разработку конкретной конструкции изделия или совершенствования процесса его изготовления. Методически, обучение организовано через систему проблемных заданий для студентов, при выполнении которых необходимо не только найти верное решение, но и уложиться в отведенный для этого срок.

Изучая «Основы конструкции автомобиля», студенты начинают свое знакомство с законами развития технических систем, которые при некотором приближении являются общими для всех объектов окружающего мира [6]. Знакомство с законами развития технических систем начинается с построения в ходе системного анализа структурной модели. Затем рассматривается, как развивалась техническая система «автомобиль» в исторической перспективе согласно S-образной кривой [97]. Следующим этапом обучения является изучение сущности законов развития технических систем (ЗРТС), в ходе которого обучающиеся решают ряд задач по их применению к различным системам автомобиля. В качестве примера можно привести следующие проблемные задачи:

1.Объясните, почему в сильный мороз затруднен пуск двигателя и предложите способы устранения этой проблемы.

2.Каким образом можно плавно регулировать частоту вращения и мощность на входе из коробки передач. Предложите несколько способов.

3.Объясните, почему в дифференциале используют четыре конических шестерни, а не две.

4.Предложите альтернативный существующим способ передачи крутящего момента от коленчатого вала двигателя к ведущим колесам.

66

В ходе изучения законов развития технических систем закрепляются знания по ФСА. Таким образом, у студентов должны быть образованы но-

вые связи между теоретическими знаниями, которые они имеют, и теми, которые будут использовать для конструирования новых изделий с использованием технических данных о совершенствуемой системе. Задания этого уровня завершают элементарное усвоение законов развития технических систем. На этом этапе параллельно происходит более полное овладение языком техники и различными методами исследовательской деятельности.

Дальнейшее обучение исследовательской деятельности в рамках нашей методической системы происходит в ходе изучения следующих дисциплин: «Детали машин (основы конструирования)», «Теплотехника и тепловые машины», «Гидравлика гидравлические машины и гидропривод». Учитывая большое количество часов, отводимых на их изучение, обучению основам методологии исследовательской деятельности при его освоении отводится значительное место. В процессе обучения студенты овладевают основными методами исследования в технических науках через практические и лабораторные работы. При разработке системы технических задач, решаемых в ходе изучения курса «Детали машин» и направленных на развитие исследовательской деятельности, необходимо учитывать ряд обязательных факторов:

1.Задания должны быть сформулированы в доступной форме технически грамотным языком.

2.Задания должны способствовать применению эвристических приемов разрешения технических противоречий.

3.Задания должны содержать потенциально большое количество возможных решений.

67

4.Задания должны строиться на наглядном материале (чертежи, макеты, схемы и т.д.) и ориентировать студентов на высказывание критических замечаний.

5.Задания должны использовать как можно большее количество разнообразных проблемных ситуаций, которые требовали бы от студента определения конечной цели и выявления причин, мешающих достижению желаемого результата.

6.При решении следующего задания необходимо использование результатов решения предыдущих задач.

7.При распределении заданий необходимо учитывать индивидуальные возможности студентов.

Система контрольных заданий по дисциплине «Детали машин» предполагает при решении проведение мини-исследования, в ходе которого обучающиеся должны будут выдвинуть гипотезу, доказать или опровергнуть ее, сделать вывод и высказать свое решение

[140].

В качестве примера рассмотрим задание для расчетнографической работы по дисциплине «Детали машин»:

68

Проверочный расчет валов. Алгоритм выполнения работы:

1.По предварительной эскизной компоновке составить расчётные схемы валов в виде балок на опорах.

2.Определить объект и предмет расчета. Сформулировать цель расчета.

3.Определить схему установки вала.

4.Определить величины внутренних напряжений, крутящих и изгибающих моментов. Построить эпюры крутящего и изгибающих моментов.

5.Произвести расчет запаса прочности по опасным сечениям.

6.Проанализировать полученные результаты и оценить результаты компоновки по технико-экономическим показателям.

7.Записать процесс проверочного расчета валов в виде блок-схемы

[141, с. 64].

Как можно увидеть, студентам предлагается не просто выполнить расчетно-графическую работу, а сформулировать цель, определить предмет и объект расчета, построить блок-схему.

При проведении лабораторных работ студентам также предлагается система заданий, направленных на овладение методами исследования технических систем. Например, при проведении лабораторной работы по изучению муфт студентам предлагается исследовательская задача для самостоятельной работы, решая которую им необходимо определить, для чего нужна муфте демпфирующая способность [141, с. 47].

В ходе решения предлагаемых заданий студенты учатся не только проводить мини-исследования, но и критически оценивать процесс и результаты своей деятельности. Рефлексия процесса поиска путей решения проблемы или технического противоречия позволяет студентам корректировать свои действия, уменьшая число «тупиковых» умозаключений и совершенствуя свои научноисследовательские навыки.

Использование этих заданий способствует усвоению правил формулирования и отбора очень важных во всей исследовательской подготовке компонентов, а именно методов деятельности или

69

методов действий и познавательных моделей (гипотез). Другим важным результатом данных задач является освоение студентами такой важной составляющей основ методологии исследовательской деятельности, влияющей на ее развитие, как самоанализ или рефлексия. Ведь этот элемент способствует саморазвитию исследователя в процессе своей деятельности.

При разработке методики использования системы заданий основное внимание было сосредоточено на лабораторных и практических занятиях. Однако разработанная система заданий была включена в учебный процесс не только на практических, лабораторных занятиях, но и других формах организации обучения. При этом мы соблюдали логику структуры занятия. По дисциплинам, в рамках которых проводилось исследование, учебным планом предусматривается проведение лабораторно-практических занятий. Лабораторные и практические занятия обеспечивают один из важнейших принципов дидактики – принцип связи теории с практикой. На них, как правило, изучаются модели, которые являются некоторым подобием реально существующих установок, процессов, явлений. Основными задачами лабораторных занятий, как формы учебной работы в высшей школе, являются:

формирование у студентов прочных профессиональных знаний;

помощь при изучении и освоении теоретического материала;

применение студентами в научных исследованиях теоретических знаний, которые необходимы для их будущей профессиональной деятельности;

развитие у будущего учителя познавательных и конструкторских способностей, наблюдательности, внимания, выдержки;

формирование навыков самостоятельной работы и развития мышле-

ния [100].

Отбор, содержание и структурное построение лабораторных работ по общетехническим дисциплинам и методы их выполнения зависят от специализации студентов, принципов, на основе которых строятся лабораторные практикумы, наличия лабораторного оборудования и его возможностей, квалификации и энтузиазма работни-

ков кафедр [15, 105, 122].

Разработанная нами система задач и заданий пронизывает все лабораторные и практические работы данных предметов и в

70