Формирование у студентов строительных техникумов прикладных знаний в процессе изучения технической механики

Среднее профессиональное образование является важной составной частью Российской образовательной системы. В соответствии с повышением востребованности в специалистах среднего профессионального образования предполагается его опережающее развитие. На общегосударственном уровне заявлено о приоритетности и значимости данного образовательного уровня в обеспечении развития экономики и общества в целом.

Наша задача по исследованию эффективности формирования прикладных знаний у студентов среднего профессионального образования состоит в обеспечении развития содержания среднего профессионального образования. Федеральным законом «Об образовании» установлено, что «.государственные образовательные стандарты являются основой объективной оценки уровня образования и квалификации выпускников независимо от формы получения образования».

Содержание образования, безусловно, выступает «душой» и «ядром» образования. Оно должно иметь исторический характер, поскольку определяется его целями и задачами на том или ином этапе развития общества. Это означает, что образование изменяется под влиянием требований жизни, производства и уровня развития научного знания.

Образование должно адаптироваться к настоящему, но оно еще в большей степени должно предвосхищать будущее.

На каждой ступени образования необходимо так перестраивать образовательный процесс, чтобы у обучающихся не только формировались конкретные знания и умения, но и развивались такие качества личности, которые позволят им в процессе дальнейшей жизни достаточно быстро осваивать новые знания, новую технику, технологии и др., а в случае необходимости — и новые профессии, т. е. образование должно закладывать основу для дальнейшего саморазвития личности.

Важнейшей тенденцией в развитии содержания среднего профессионального образования последних лет является его стандартизация, которая создает основу для обеспечения необходимого качества подготовки специалистов среднего звена.

Очевидно, что для решения задач подготовки и выпуска конкурентоспособных специалистов необходимо изменение содержания и методик конкретных учебных предметов, в том числе механики.

Среднее профессиональное образование является практико-ориентированным, т. е. направленным на подготовку к профессиональной практической деятельности. Поэтому в основу нашего исследования положено решение задачи формирования прикладных знаний у студентов строительных техникумов. Именно на базе фактического материала в сознание студентов должно проникать ясное представление о научном методе познания, характерном для технической механики.

Получение прикладных знаний в курсе «Техническая механика» позволит приобщить студентов к самостоятельному познанию, используя исследовательские методы и тем самым стимулировать их творческую активность.

Согласно положениям деятельностного подхода к обучению (Л.С. Выготский, С. Л. Рубинштейн, А. Н. Леонтьев, П. Я. Гальперин, Н. Ф. Талызина, И. И. Ильясов и др.) усвоение знаний, овладение умениями и формирование мышления составляют единый процесс.

В работах С. И. Архангельского, Н. Ф. Талызиной, В. П. Беспалько и др. исследуются вопросы управления учебно-познавательной деятельностью учащихся с целью организации учебного процесса.

Однако задача формирования у студентов среднего профессионального образования прикладных знаний на сегодняшний день при обучении технической механике исследована недостаточно (О.Т. Черней, Н. И. Мокрицкая и др.), что и обусловило актуальность и тему нашего диссертационного исследования «Формирование у студентов строительных техникумов прикладных знаний в процессе изучения технической механики».

Диссертационное исследование выявило основные противоречия:

• между принципиальной готовностью современного многопрофильного техникума осуществить вариативность обучения механике на основе генеральной интегрирующей идеи — формирования у студентов прикладных знаний и отсутствием конкретных методик обеспечения образовательного процесса будущим специалистам;

• между готовностью студентов воспринимать качественно новый субъективно-значимый для них с учетом профиля специальности учебный материал, имеющий прикладную окраску, и отсутствием специальных программ, пособий, дидактических материалов и учебного оборудования у преподавателя.

Целью исследования является решение проблемы формирования прикладных знаний у студентов среднего профессионального образования в процессе изучения курса «Техническая механика».

Объектом исследования является процесс обучения дисциплине «Техническая механика» студентов строительных техникумов.

Предметом исследования является методика формирования прикладных знаний у студентов строительных техникумов.

Гипотеза исследования в соответствии с объектом и предметом исследования формулируется следующим образом: если выстроить методическую систему обучения студентов строительных техникумов в цикле технических дисциплин как последовательность этапов спецкурс «Прикладная механика» —> курс «Техническая механика», то это будет способствовать:

• формированию у студентов прикладных знаний;

• развитию мышления студентов;

• формированию и развитию у них профессиональной мотивации.

Цель и гипотеза исследования позволили сформулировать следующие задачи исследования:

• изучить состояние проблемы формирования прикладных знаний у студентов строительных техникумов при обучении технической механике;

• проанализировать содержание существующих программ физики, технической механики, психолого-педагогической литературы, методической литературы, специальной литературы в техникумах в части включения в их состав изучаемых прикладных вопросов;

• разработать модель процесса формирования и развития прикладных знаний у студентов строительных техникумов при обучении спецкурсу «Прикладная механика» и курсу «Техническая механика»;

• разработать методическую систему способов формирования у студентов строительных техникумов прикладных знаний в процессе изучения цикла общетехнических дисциплин (на примере курсов «Прикладная механика» и «Техническая механика»);

• обосновать необходимость и актуальность внедрения в практику преподавания спецкурса «Прикладная механика» для формирования прикладных знаний студентов;

• разработать учебно-методический комплекс, содержащий программу спецкурса и технической механики, учебно-методические пособия для изучения прикладных вопросов и внедрить этот комплекс в практику преподавания механики студентам среднего профессионального образования как основу для изучения специальных дисциплин;

• экспериментально исследовать эффективность формирования прикладных знаний и умений студентов, повышение мотивационного уровня в процессе изучения спецкурса «Прикладная механика» и курса «Техническая механика».

Для решения поставленных задач нами использовались следующие теоретические и экспериментальные методы исследования:

• изучение Государственного образовательного стандарта среднего профессионального образования, педагогической, философской, методической литературы и диссертационных исследований, имеющих отношение к теме работы;

• педагогический эксперимент по внедрению в практику обучения технической механике через спецкурс, разработанных программно-методических материалов по прикладным вопросам механики;

• тестирование, анкетирование, интервьюирование преподавателей и студентов, наблюдение за учебным процессом;

• элементы системного анализа при разработке методики и проверке эффективности ее результатов;

• беседы с преподавателями, личный опыт преподавания;

• математические методы обработки и анализа результатов эксперимента.

Теоретической основой исследования в области:

• возрастной психологии, связи познания и личности, мотивации и профессионального самоопределения учащихся — работы Д. И. Фельдштейна, JI.C. Выготского, A.B. Захаровой, P.C. Немова, И. С. Кона и др.;

• методологии научного познания — работы Ю. И. Дика, В. Г. Разумовского, Г. М. Голина, В. Ф. Ефименко, В. В. Майера, JI.B. Тарасова, Н. В. Шароновой, Э. Г. Юдина и др.;

• формирования мышления и мировоззрения учащихся и их развития в процессе обучения — работы В. В Давыдова, Н. М. Зверевой, А. Н. Малинина, В. Н. Мощанского и др.;

• изучения вопросов механики — работы Ю. А. Саурова, A.A. Пинского, С. Е. Каменецкого, В. И. Сеткова, А. И. Аркуши и др.;

• исследования особенностей содержания образования, в том числе содержания спецкурсов и факультативных курсов — работы Ц. Б. Каца, В. А. Кондакова, JI.B. Тарасова, Н. С. Пурышевой, В. Р. Ильченко, С. В. Киктева, М. М. Мирбабаева и др.;

• использования учебного эксперимента для формирования знаний учащихся — работы A.A. Червовой, A.B. Усовой, С. А. Хорошавина и др—.

• формирования познавательного интереса и познавательной активности учащихся в процессе обучения — работы В. С Данюшенкова, И. Я. Ланиной, Г. И. Щукиной и др.;

• методов научных исследований в педагогике — работы А. К. Марковой, Л. М. Фридмана, М. И. Грабаря, И. И. Краснянской, A.A. Кыверялга и др.

Различным аспектам формирования знаний и умений учащихся и методологической культуры учителей посвящены диссертационные исследования Н. В. Шароновой (1997г.), А. Н. Ходуса (1997г.), К. А. Колесникова (1998г.).

Некоторым вопросам, касающимся формирования прикладных знаний, посвящены диссертационные исследования И. М. Низамова (1994г.), Л. Д. Шабашова (1997г.), Р. В. Майера (1999г.).

Формированию методологических и прикладных знаний учащихся в процессе изучения электродинамики посвящено диссертационное исследование Ю. Б. Альтшулера (2003г.).

Вопросам, касающимся формирования прикладных знаний у студентов технических вузов в процессе изучения материаловедения, посвящено диссертационное исследование О. Т. Черней (2004г.).

Формированию исследовательских умений у студентов технических специальностей при обучении общетехническим дисциплинам посвящено диссертационное исследование Н. И. Мокрицкой (2006г.).

Вопросам проектирования и реализации курса «Физика для дизайнеров» в процесс обучения в вузе посвящено диссертационное исследование A.A. Абрамова (2006г.).

Однако вопросы формирования прикладных знаний студентов строительных техникумов в процессе изучения спецкурса «Прикладная механика» и курса «Техническая механика», остаются недостаточно разработанными.

Организация исследования осуществлялась поэтапно.

На первом этапе 1993 — 2000 гг. (констатирующий) была скорректирована программа курса физики для студентов первого курса Нижегородского строительного техникума с целью включения в нее прикладных вопросов механики и проведена ее практическая проверка в течение двух лет.

На втором этапе 2000 — 2002 гг. (поисковый) была сформулирована теоретическая идея, выраженная в данной работе в форме гипотезы, теоретически осмыслена существующая научная проблема, изучена и проанализирована специальная литература методического характера, в том числе авторефераты кандидатских и докторских диссертаций, разработана авторская программа спецкурса «Прикладная механика» и рабочая программа «Техническая механика» на основе примерной программы. На основе этих программ в Нижегородском строительном техникуме была организована экспериментальная площадка по их внедрению в образовательный процесс.

Третий этап 2002 — 2006 гг. (формирующий) был посвящен разработке содержания и методики обучения спецкурса «Прикладная механика», методики обучения курса «Техническая механика», их экспериментальной проверке и внедрение идей, заложенных в данном исследовании, в практику преподавания механики в строительном техникуме.

Были опубликованы учебное пособие для студентов среднего профессионального образования по спецкурсу «Прикладная механика» и методические указания по его обучению. Проведен мониторинг формирования у студентов прикладных знаний и поставлен заключительный педагогический эксперимент на базе Нижегородского строительного техникума. Также подвергались сравнительному анализу результаты внедрения элементов учебно-методических материалов спецкурса в дизелестроительном техникуме и в Борском стекольном техникуме Нижегородской области.

Были обобщены материалы исследования и завершено оформление диссертации.

Экспериментальная база исследования. Педагогический эксперимент проводился в Нижегородском строительном техникуме в ходе обучения студентов по специальностям 2901 — «Архитектура», 2902 — «Строительство и эксплуатация зданий и сооружений», 2914 — «Монтаж и эксплуатация внутренних санитарно-технических узлов и вентиляции».

Научная новизна исследования состоит в следующем:

1. Разработаны основные положения построения спецкурса «Прикладная механика» и курса «Техническая механика», включающие следующее:

• ведущей идеей является обучение прикладным вопросам механики на основе моделей механики, методам общенаучных исследований;

• основным объектом усвоения при изучении механики является логика научного познания — от физического явления через методы исследования к построению модели, ее математическому описанию и анализу, характеристике результата изучения явления;

• организация учебного процесса включает выполнение студентами самостоятельных творческих заданий исследовательского характера с применением методов наблюдения и эксперимента и использованием компьютерных технологий;

• разработка методики изучения спецкурса и курса технической механики является эффективным фактором формирования у студентов прикладных знаний.

2. Разработана система методических средств по организации изучения спецкурса и технической механики, включающая в себя:

• программу спецкурса, рабочую программу курса технической механики;

• учебное пособие «Прикладная механика» для студентов среднего профессионального образования;

• пособие для преподавателей среднего профессионального образования «Методические указания по изучению спецкурса»;

• банк индивидуальных заданий для текущей и итоговой проверки знаний, в том числе расчетно-графических, лабораторных работ, творческих заданий с использованием современных информационных технологий — презентаций, публикаций и т. д.

Теоретическая значимость исследования заключается:

• в конкретизации и уточнении роли прикладных знаний при изучении механики;

• в разработке содержания спецкурса «Прикладная механика» и курса «Техническая механика» с формированием у студентов прикладных знаний;

• в разработке и обосновании модели методики изучения спецкурса и технической механики.

Практическая значимость исследования заключается в следующем:

• разработана программа спецкурса «Прикладная механика» и рабочая программа курса технической механики, включающие все необходимые компоненты — пояснительную записку, содержание, тематическое планирование и т. п.;

• разработано учебное пособие «Прикладная механика» для студентов среднего профессионального образования, которое включает в себя структурно-логические схемы всех тем и всего предмета в целом, изложение содержания дисциплины, вопросы для самоконтроля;

• разработано методическое пособие «Методические указания по изучению курса «Прикладная механика» для использования преподавателями среднего профессионального образования, обучающих студентов второго курса строительных, монтажных и машиностроительных специальностей. Оно включает в себя программу изучения курса, его структурно-логическую схему, методику преподавания (общие рекомендации по организации занятий и конкретные методические средства по учебной деятельности студентов). В нем содержатся качественные задачи и упражнения, по основным темам (кинематика, динамика и статика) предлагаются алгоритмы решения задач и на их основе приводятся примеры решения типичных задач, варианты тестовых заданий, самостоятельных и контрольных работ;

• создан банк заданий для текущей и итоговой проверки знаний, в том числе расчетно-графических работ и творческих заданий с использованием современных информационных технологийпрезентаций, публикаций и т. д.;

• разработана и применена методика определения степени сформированности прикладных знаний в процессе исследовательской деятельности.

Применение разработанных в ходе исследования учебно-методических материалов способствует совершенствованию обучения механике студентов среднего профессионального образования как основе для дальнейшего изучения специальных дисциплин и подготовки преподавателей среднего профессионального образования в системе повышения квалификации педагогических работников.

Обоснованность и достоверность научных результатов обеспечена:

• опорой на фундаментальные положения теории и методики обучения, дидактики, философии, психологии;

• анализом существующей проблемы как с точки зрения теории, так и практики преподавания механики в средних профессиональных учебных заведениях;

• личным опытом преподавания в Нижегородском строительном техникуме (более 6 лет);

• комплексом методик исследования;

• многократной экспертизой основных результатов.

Апробация и внедрение результатов исследования осуществлялась в ходе неоднократных выступлений соискателем:

• на заседаниях педагогического совета и Совета техникума при.

Нижегородском строительном техникуме (2000;2006 гг);

• на семинарах научно-исследовательской лаборатории «Проблемы общетехнического образования в инженерных вузах» Волжского государственного инженерно-педагогического университета;

• на Всероссийских конференциях:

— «Обучение физике в школе и вузе в условиях модернизации системы образования» в Нижнем Новгороде (2004 г.);

— «Модели и моделирование в методике обучения физике» в г. Кирове (2004 г.);

— «Формирование учебных умений в процессе реализации стандартов образования» в г. Ульяновске (2004 г.);

— «Результаты исследования мотивации к будущей профессии студентов СПО при обучении физике» «Девятые столетовские чтения» в г. Владимире (2005 г.).

Автором опубликовано по теме исследования 13 печатных работ, в том числе программа спецкурса «Прикладная механика», учебное пособие для студентов среднего профессионального образования «Прикладная механика», «Методические указания по изучению спецкурса «Прикладная механика».

На 22-й Московской Международной выставке «Образование и карьераXXI век» в 2005 г. учебно-методический комплекс отмечен благодарственным письмом. Также на 23-й Московской Международной выставке «Образование и карьера — XXI век» в 2006 г. группа студентов вместе с научным руководителем (автором диссертационного исследования) за творческую научную разработку по прикладной механике с использованием компьютерных технологий награждены благо-дарственными письмами.

В настоящее время спецкурс «Прикладная механика» является составной частью учебного плана Нижегородского строительного техникума и Борского стекольного техникума.

На защиту выносятся следующие положения;

1. Обоснование необходимости и возможности формирования и развития прикладных знаний у студентов строительных техникумов при обучении циклу общетехнических дисциплин (на примере курсов «Прикладная механика» и «Техническая механика»).

2. Модель процесса формирования прикладных знаний у студентов среднего профессионального образования при обучении технической механике, включающая целевой, содержательный, процессуально-управленческий, оценочно-результативный компоненты.

3. Методическая система формирования у студентов строительных техникумов прикладных знаний в процессе изучения цикла общетехнических дисциплин (на примере курсов «Прикладная механика» и «Техническая механика»).

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и приложений.

ВЫВОДЫ следствия/ 1.

Законы сохранения в механике.

Решение различных задач кинематики, динамики, статики.

Объяснение явлений природы и техники: равновесие тел, действие простых механизмов, деформации тел и др. I.

Кинематика.

Основная задача-изучение законов различного вида механических движений материальных точек без учета причин, вызывающих эти движения.

Динамика.

Основная задача-изучение законов движения материальных точек с учетом причин, вызывающих эти движения.

Статика.

Основная задача-изучение законов равновесия материальных точек и абсолютно твердых тел.

Деформации тел.

Основная задача-изучение видов деформации тел и их учет при исследовании материалов па прочность.

Рис. 3. Блочная структура спецкурса «Прикладная механика».

Из рис. 3,4 видно:

• что изучает данная дисциплина (назначение);

• из каких разделов она состоит;

• каковы цели и основные задачи каждого раздела и курса в целом;

• какие основные понятия и величины по мере изучения спецкурса рассматриваются;

• на каких принципах (идеях) и закономерностях базируется предмет;

• где конкретно используются полученные знания.

В качестве примера рассмотрено содержание раздела «Статика».

В статике рассматриваются общие законы равновесия материальных точек и абсолютно твердых тел, виды равновесия и устойчивость тел, центр тяжести и способы его определения. На следующей странице приводится ее структурно-логическая схема (рис. 5.) [143, с. 22]. Из данной схемы видно, что здесь также как и в предыдущих разделах достаточно четко прослеживается логика научного познания, согласно схемы на рис. 2.

Как уже упоминалось выше, что в основе всех расчетов лежат основные положения и понятия статики (определение реакций связей, внутренних силовых факторов, возникающих в сечениях конструкций от действия внешних нагрузок и др.). Таким образом, в содержание статики включено достаточное количество прикладных знаний. Они обеспечивают формирование положительной профессиональной мотивации, а также усиление познавательной мотивации студентов в целом.

После рассмотрения основных понятий и характеристик, изучаемых в статике (абсолютно твердое тело, сложение и разложение сил на составляющие, момент силы, пара сил и ее вращающий момент), переходят к выяснению условий равновесия тела [143, с. 24−25].

Невращающееся тело находится в равновесии, если геометрическая сумма сил, действующих на тело, равна нулю, то есть если равнодействующая системы сил равна нулю.

СТАТИКА.

ЯВЛЕНИЯ.

ВИДЫ РАВНОВЕСИЯ.

Равновесие тела, т. е. состояние покоя в данной системе отсчета.

СРЕДСТВА ОПИСАНИЯ.

Понятия I. Реакция связи — сила, действующая на тело со стороны связи (гладкая поверхность, гибкая связь):

МтЬ К Я.

2. момент силы: М = Рс1, где с! — плечо силы 1.

ЗНАЧЕНИЕ СТАТИКИ.

Законы.

Первое условие равновесия: + Д + Д + + Д =б или.

Второе условие равновесия;

ЕМ =0 или.

1. Расчет зданий, мостов, различных устройств.

2. Объяснение формы и размеров объектов природы.

Рис. 5. Структурно-логическая схема темы «Статика».

Геометрическое условие равновесия системы сил заключается в замкнутости силового многоугольника (конец последнего вектора совпадает.

Аналитически для определения равнодействующей — все силы проектируются на две взаимно перпендикулярные оси координат, а затем находится алгебраическая сумма проекций всех сил на ось х и ось у. Если алгебраическая сумма проекций всех сил равна нулю, данная система сил находится в равновесии. И так, аналитическое условие равновесия тела имеет вид:

1^=0, 1У[у=0. (1).

Следует отметить, что равновесие твердого тела зависит не только от величины и направления действующих сил, но и от точки приложения сил.

Тела с неподвижной осью вращения находятся в равновесии, если алгебраическая сумма моментов всех сил, действующих на тело, равна нулю:

ЕМ, =0 (2).

Общее условие равновесия тела заключается в следующем: тело находится в равновесии, если равна нулю геометрическая сумма векторов всех приложенных к нему сил и равна нулю алгебраическая сумма моментов этих сил относительно любой оси вращения:

3).

1 М, =0 (4).

Одна из важных задач статики — это определение реакций связей. Необходимо обратить особое внимание на рассмотрение видов опор и способов определения реакций связей. С этими понятиями студентам часто придется сталкиваться при выполнении расчетно-графических заданий, курсовых работ. Разновидности связей и определения их реакций показаны ниже в таблице 5. [143, с. 25].