Теоретичні і методичні основи навчання студентів методів аналізу і синтезу механізмів і машин

Багаторічний досвід аналізу процесу навчання ТРТЗ дав змогу дійти до висновку щодо низького рівня психологічної підготовки студента, який, у свою чергу, істотно знижує ефективність навчання, зменшує можливості використання реального потенціалу теорії та заснованого на ній методу розв'язку завдань. Найбільш виразно цей недолік проявляється на п'ятому курсі, коли студенти на основі одержаних знань самостійно приступають до розв'язку таких завдань. Наприклад, створити (синтезувати) механічний редуктор з кутовою швидкістю вихідного вала в два рази меншою, ніж на вхідному. Міркування студента зводиться передусім до необхідності вибору двигуна. Але для цього треба підключити знання конструктивних особливостей механічних передач (особливості передачі зусиль, розрахунки співвідношень передаткового числа, кутових швидкостей, діаметрів зубчастих коліс, підбір підшипників, товщини валів та ін.). Це - чисто технічні аспекти підбору та знання конструктивних особливостей статичних, кінематичних і динамічних умов передачі зусиль.

У роботі також досліджено проблеми логіко-психологічного характеру, зокрема, синтез механізму за умовами довговічності (підбір матеріалу деталей, їхні розміри, шум передачі, габарити, естетичність, компоновка, форма і фарбування та ін.). Зазначається, що для розв'язання цієї проблеми доцільно вибирати методи оптимального пошуку розв'язку такого завдання. Метод спроб і помилок (зубчасті, пасові, фрикційні, ланцюгові чи хвильові передачі) дозволить, мабуть, через певний час підібрати правильний варіант передачі. Краще застосовувати метод морфологічного аналізу. За схемою (передача - безшумність - габарити) психологічно легше підібрати оптимальні кроки розв'язку такого завдання.

При істотному ускладненні навчальних завдань, наприклад, сконструювати обертально-поступальний двоступеневий механічний редуктор чи редуктор з одним обертальним входом і трьома обертальними виходами, метод спроб і помилок є ненадійним. У психологічному плані краще звернутися до уніфікованого методу АРТЗ, до його аналітичної, оперативної і синтетичної стадій.

У освіченого студента логіко-психологічна частина творчого процесу складає чітку послідовність міркувань, початковою точкою яких є історичні, статистичні, технічні, економічні та інші фактори. Разом з тим, аналітична стадія - надзвичайно важлива частина творчого розв'язку. В багатьох випадках правильно проведений студентом аналіз дозволяє йому чітко усунути причину технічного протиріччя або гранично полегшує наступну оперативну стадію розв'язку.

Зазначено, що нині вже з успіхом застосовуються методи технічної творчості, оптимального проектування і пошукового конструювання. Сформувалась певна галузь ефективних напрямів роботи на шляху одержання розв'язку, але всі вони недостатньо орієнтовані на використання естетичної культури фахівців у виборі найкращих проектно-конструкторських розробок, особливо нових складних технічних систем. Такий недолік зумовлений недостатньо розвинутою методологією та методичними засобами розв'язку завдань на ідеально - кінцевий результат (ІКР) аналізу і синтезу пошукового конструювання.

Пошуки формуючого і результати констатуючого експериментів засвідчили доцільність використання в навчальному процесі найбільш досконалих, оптимально-творчих і оригінальних дидактичних засобів у вигляді кваліфіковано підібраних слайдів, плакатів, механічних моделей або об'ємних макетів. Така демонстрація еталонів краси з відповідними супровідними коментарями, безумовно, буде формувати і розвивати у студентів смак і відчуття прекрасного в процесі створення технічних об'єктів.

У процесі дослідження розроблено методику впровадження екстремальних властивостей різних кривих і тіл, які містять практичний технічний зміст завдання. Наприклад, евольвента, крива лінія Архімеда, за якою в оптимальному режимі працюють усі зубчасті передачі механічних зусиль, або куля, в якої існує мінімальне відношення об'єму до площі поверхні і необмежена кількість основних ліній симетрії та ін. Студенти творчо застосовують чудові властивості таких ліній на практичних заняттях з теоретичної механіки, теорії механізмів і машин, теорії і методики технічної творчості тощо. Наприклад, шестерня зубчастої передачі є дивовижна за досконалістю деталь, коли врахувати, що при невеликих розмірах і масі, завдяки специфічній формі зубців, вона може сприймати і передавати надто великі статичні й динамічні навантаження.

У третьому розділі - "Системно-структурний підхід до побудови змісту і процесу вивчення методів аналізу та синтезу механічних пристроїв" (с.194-240) - розкрито і впроваджено в практику формально-логічні і змістові логіко-психологічні елементи структури і методів креативного аналізу та синтезу простих важільних механізмів. Доведено, що формалізація розв'язку вимагає, щоб одна і та ж думка завжди висловлювалася за допомогою одних і тих же термінів, рядів слів, які розташовані одним і тим же способом. Міркування, подані подібним чином, є більш зручними для аналізу, вони суттєво полегшують процес виявлення і пояснення закономірностей засвоєння студентами методів, прийомів оптимального розв'язку технічних завдань. Не випадково метод формалізації все ширше застосовується в моделюванні уявних процесів. При цьому формалізація виступає не тільки як результат розв'язку чи пошуку такого розв'язку, але й як один з основних засобів, що забезпечує можливість його проведення.

Як показало наше дослідження, навіть у випадку розв'язку окремого навчального завдання студент має справу з певною системою знань як явного, так і невизначеного характеру процесу дій, в яких він бере безпосередню участь. У цьому випадку ми диференційовано-інтегровано досліджували процес пояснення і засвоєння будь-якої теми з циклу загальнотехнічних дисциплін методом блочного аналізу і синтезу завдання, яке розглядається у навчальному процесі.

Початкове завдання. Здійснити структурний аналіз шестиланкового плоского механізму.

Опорною умовою цього завдання є структурний аналіз механізму, суть якого складається у визначеному поділі (групуванні) ланок механізму для певної мети. Квазіопорна умова - використання методу групи Ассура. Латентні умови - ступінь вільності руху механізму, формалізований вираз П. Чебишева, умовні зв'язки ланок і кінематичних пар тощо.

Формально-емоційні умови зберігають у собі красу виділення груп Ассура, вдалу їх компоновку, чіткість і своєчасність виконання завдання і ступінь розуміння пошуку розв'язку такого завдання.

Суть змістового питання зберігає чимало складових, які закладені явно чи приховано в умові завдання. Це - визначення, властивість, теоретична обґрунтованість, доказ, новизна та ін. У нашому завданні такі питання, як змістове, формальне чи уявне несуть технічну, фізичну і логіко-психологічну суть його аналізу. Наприклад, у чому полягає необхідність поділу кінематичної схеми на групи Ассура? Як поділити схему даного механізму на групи Ассура? Тут виникає наступне питання як фізичної, так і технічної груп Ассура тощо. Іншими словами, на цій стадії розв'язку виникають протиріччя - основні і побічні, головні і другорядні, внутрішні і зовнішні та ін. Функціональний зв'язок між ними, способи і методи їх розкриття надає об'єктивної закономірності повноті аналізу такого завдання.

Зворотне завдання: Схематично побудувати шестиланковий кулісний плоский механізм.

Це - завдання синтезу плоского механізму. В цьому випадку на перший план висуваються проблеми теоретичного змісту структурного аналізу і синтезу механізмів.

Підзавдання 1. Схематично побудувати шестиланковий плоский важільний механізм з групою Ассура ІІ класу 3 порядку.

Особливістю такої побудови є усунення протиріччя можливих умовних зв'язків у кінематичних парах такого механізму з існуючим законом його плоского руху. Міні-завдання можна розв'язати завдяки розумінню структурного аналізу і синтезу.

Підзавдання 2. Схематично побудувати плоский важільний механізм, до складу якого входило б 2 куліси і 1 шатун?

Розв'язок цього підзавдання полягає в особливостях знань ознак ланок і кінематичних пар, їх взаємозв'язку і ступеня руху.

Підзавдання 3. Скласти структурну схему механізму, побудовану за умовою міні-завдання 2. Реформатор (студент) обов'язково залучає до розв'язку такого завдання метод структурного аналізу завдання (групи Ассура), його особливості поділу на частини і логічний зв'язок між ними.

Складання завдання за аналогією початкового завдання згідно з ситуацією, яка виникла. Схематично побудуйте структурну схему сінокосарки, модель якої перед Вами. Завдання такого типу вимагає від студента, крім теоретичного підґрунтя, розуміння особливостей конструкції, масштабування, реального принципу руху і зіставлення даної моделі з тими загальними знаннями про техніку, які є у власному досвіді.

Узагальнююче завдання. За кінематичною схемою (рис.4) провести структурний аналіз і побудувати структурну схему механізму.

У цьому випадку має місце комплексний аналіз на основі підзавдань 1, 2, 3, з урахуванням особливостей змісту і структури технічного навчального завдання.

Педагогічний експеримент показав, що навчання творчого розв'язку завдання згідно з структурованою його основою наштовхує студента на підбір інструменту (прийомів, методів, методик і засобів), на подолання природних чи штучно створених в умові завдання, фізичних і технічних протиріч. Такий пошук розв'язку автоматично переходить у ранг квазідослідницького (Альтшуллер Г.С., Єсаулов А.Ф.).

Розроблені нами методичні рекомендації щодо такої організації навчального процесу доповнюють і підсилюють орієнтовну частину аналізу і синтезу творчих навчальних завдань не тільки на допоміжних етапах розв'язку, але, завдяки впровадженням ТРТЗ і АРТЗ, вони спонукають традиційне спрямування розв'язку на виконавчу і творчу частини дій студента.

Досліджено, що використання понять про ідеально-кінцевий результат розв'язку творчого завдання, технічних і фізичних протиріч істотно упорядковує процес розв'язку. Ідеальний розв'язок (механізм, машина) допомагає визначити спрямування пошуків, а технічні протиріччя, притаманні даному завданню, вказують на перешкоди, які необхідно подолати.

Здійснюючи науковий пошук, ми враховували і той факт, що протиріччя інколи бувають досить глибоко заховані в умовах технічного завдання. До того ж виявлене протиріччя не зникає саме собою, необхідно шукати шляхи його подолання.

Далеко не завжди вдається одним кроком подолати шлях від постановки завдання до його розв'язку. Треба створювати раціональну тактику, яка дозволяє крок за кроком просуватися до розв'язку завдання. Таку тактику дає алгоритм розв'язку творчих завдань(

Досліджено, що використання понять про ідеально-кінцевий результат розв'язку творчого завдання, технічних і фізичних протиріч істотно упорядковує процес розв'язку. Ідеальний розв'язок (механізм, машина) допомагає визначити спрямування пошуків, а технічні протиріччя, притаманні даному завданню, вказують на перешкоди, які необхідно подолати.

Здійснюючи науковий пошук, ми враховували і той факт, що протиріччя інколи бувають досить глибоко заховані в умовах технічного завдання. До того ж виявлене протиріччя не зникає саме собою, необхідно шукати шляхи його подолання.

У розділі показано, що основна мета постановки завдання АРТЗ - перехід від розпливчастої творчої ситуації до чітко побудованої і гранично простої схеми (моделі) завдання. Однак необхідно завжди пам'ятати, що правильна постановка творчого завдання - це половина його розв'язку. Нерідкісні випадки, коли розв'язок завдання знаходять у процесі його постановки. Тому не потрібно економити час на аналіз і постановку завдання. Треба чітко і коротко описати характеристику технічної системи. Сформулювати міні-завдання, вказати не лише на технічні ознаки системи, але і природні, які взаємодіють з технічними. Скласти технічне протиріччя (ТП) з поясненням того, що при цьому позитивне, а що негативне, записати формулювання моделі завдання тощо.

На прикладі розробленого нами навчального технічно-творчого завдання - синтез відбійного електромолота - показано евристичний підхід креативного синтезу механічного пристрою. В аналізі моделі завдання зазначена ефективність використання ресурсів простору, часу, речовин і полів. Зрештою, крок за кроком від аналізу моделі завдання, визначення ідеально-кінцевого результату, фізичного протиріччя, мобілізації і застосування речовинно-польових ресурсів і використання отриманого результату у студента розвивається нетривіальне мислення, формується готовність і вміння поєднати несумісне, здійснити неможливе - в цьому суть АРТЗ.

Експериментально доведено, що за умов правильної організації роботи з АРТЗ кожний крок логічно випливає із попереднього. Логічність аж ніяк не заважає появі принципово нових (творчих) ідей. Нове виникає як результат застосування незвичайних операторів АРТЗ: відбувається переорієнтація завдання на ІКР, вимоги загострюються і доводяться до ФП, макро-ФП, трансформуються в мікро-ФП тощо. Неупорядкована (вільна думка) при розв'язку завдання методом спроб і помилок АРТЗ спирається на високу організованість мислення в поєднанні з нетривіальністю уявних операцій і свідомим використанням знань про закономірності розвитку техніки.

У четвертому розділі - “Система методичного забезпечення навчання студентів креативного аналізу і синтезу механізмів та машин” (с. 240-315) - обгрунтовано основні методичні принципи добору навчального матеріалу з питань аналізу і синтезу важільних механічних пристроїв.

Встановлено, що в практиці нинішньої освіти переважаючим залишається вивчення уже сформованого і звичного. До того ж не система, а часткове стає її основою. В такому випадку більшість студентів володіють деякими системами і окремими їхніми частинами і лише одиниці з них бачать всю систему предметної галузі діяльності та здатні свідомо і результативно в ній працювати. Зокрема, доведено, що професійні навички, отримані в процесі навчання, не відповідають рівню сучасних знань і раціональним методам їх реалізації. В розв'язку більшості практичних завдань переважає метод спроб і помилок. А він неминуче пов'язаний з ризиком помилок на рівні уже прийняття рішень.

На прикладах курсового і дипломного проектування (аналіз і синтез творчих технічних ідей) розроблено методику синтезу. Синтезуюча діяльність тут спрямована на матеріалізацію знань і ґрунтується на мисленні образно - логічного типу, на технічних асоціаціях, формування яких залишається без достатньої уваги.

Слід зазначити, що в змістовому характері традиційних завдань курсового проектування (КП) відображено давно минулий етап розвитку машинобудування, коли до нової техніки і технічних систем пред'являлися лише вимоги функціонування і довговічності. Саме таке проектне завдання не містить вимог до уніфікації, надійності, компактності, маси механічного пристрою, не вимагає ніяких змін щодо ступеня точності передачі конструктивних елементів, розташування приводу в просторі і його монтажу, технології виготовлення, безпеки, естетики, взаємодії з навколишнім середовищем тощо. Тому такі традиційні завдання, як правило, формують лише ремісницькі навички (засвоєння типових розрахунків, техніки компонування, креслення, оформлення конструкторської документації та ін.).

Нами розроблено дидактичні принципи творчого підходу до курсового проектування і його методичне забезпечення. Суть методики полягає в тому, що в ній поєднані елементи проблемного і програмованого навчання. На основі системного підходу змодельована реальна творча проектно-конструкторська діяльність студента з використанням евристичних прийомів і ЕОМ на етапі пошуку розв'язку. Основна увага студента спрямована на логічну операцію і на обґрунтування рішень, які приймаються: більша частина формальних операцій виконується на ЕОМ за спеціально розробленими програмами. В завданні за допомогою певної кількості умов і обмежень моделюється проблемна ситуація творчого рівня. Програмування міні - завдань і хід їх розв'язку досягається за допомогою врахування взаємозв'язків і можливих протиріч між компонентами цієї множини.

У розділі викладено методичні основи формування системи технічних понять та науково-технічної термінології в процесі аналізу і синтезу механізмів та машин. У минулому було здійснено багато спроб встановити правильну термінологію в тих чи інших галузях науки і техніки (Лавуазьє і Бертолле, Лінней, Альберті Франческо, Лука Пачіолі, Леонардо да Вінчі, Галілей та ін.). В усіх спробах спостерігається прагнення знайти і встановити чіткі правила впорядкування термінології.

Кожний предмет творчого мислення має багато ознак. При визначенні технічних понять слід визначати ті ознаки, які є необхідними і разом з тим достатніми для ефективного функціонування. З одного боку, вони мають забезпечувати рівність даного поняття з іншими, а з іншого - вказувати на специфічність, тобто виділяти дані поняття з класу споріднених. Наприклад, ланка - система твердих тіл, нерухомо пов'язаних між собою. В соціальній уяві, ланка -- це окрема група людей, що виконує певні соціальні функції і об'єднані однією ідеєю і задумами. Крім того, ланку в технічних системах часто підміняють деталлю, елементом чи твердим тілом. Зокрема, студентам достатньо відома тема з курсу “Деталі машин” - механічні передачі, де коробку зміни швидкостей можна визначити так: стальна відливка, яка передає обертальний рух; фасонна або складна механічна станина, яка передає рух; механічний пустотілий корпус (станина), в якому розміщені вали з вмонтованими на них шестернями для передачі обертального моменту механічного руху та ін.

Досліджено, що навіть така велика кількість ознак не повністю характеризує такий механічний пристрій, як коробка зміни швидкостей. Крім того, кожна з них є обмеженою: коробка зміни швидкостей може бути не стальною, а дюралюмінієвою, або одно -, дво - чи триступеневою та ін. Таким чином, у цій сукупності ознак немає необхідних і достатніх умов. Істотна ознака -- це призначення коробки зміни швидкостей змінювати число обертів вихідного валу відносно вхідного.

Цей приклад стверджує, що немає самодостатніх визначень і не можна уявити собі визначення творчо-технічного поняття, яке б знаходилося поза системою даної галузі знань. Таке визначення коробки зміни швидкостей для металообробних верстатів повинно будуватися на іншій основі. Але інше формулювання, інша інтерпретація поняття не повинні порушувати граничні умови і перекручувати його зміст.

Аналіз існуючих технічних визначень засвідчить, що використання технічних термінів повинно бути розумним, творчим, щоб зберегти суть передачі знань студенту, але, з іншого боку не громіздким, пізнавальним у засвоєнні тих чи інших суттєвих ознак і критеріїв матеріалу, який йому подається.

У п'ятому розділі - “Організація, методика проведення і результати педагогічного експерименту” (с.315-374) - викладено результати експериментальної роботи, на основі яких сформульовано висновки стосовно ефективності створеної системи експерименту. Розкриваються особливості організації пошукового і формуючого експериментів, формулюються робочі гіпотези та наводяться дані їх статистичної перевірки, представлено результати експертної оцінки запропонованої методики навчання студентів методів аналізу і синтезу механізмів та машин.

Констатуючим педагогічним експериментом (на першому етапі 1989-1993рр.) було охоплено 324 студенти. Встановлено, що:

а) вивчення циклу загальнотехнічних дисциплін на 3-4 курсах (особливо “Теорія механізмів і машин”, “Деталі машин”, “Технічна творчість учнів”) спирається на сучасні методи розвитку нетрадиційних технічних завдань і закони розвитку технічних систем;

б) узагальнене вміння навчання студентів процесів аналізу і синтезу простих технічних завдань потребує суттєвого вдосконалення;

в) аналіз і синтез навчальних технічних завдань розглядаються відірвано від законів розвитку техніки, застосування речовинно - польових ресурсів, сучасних методів творчого пошуку розв'язку завдання, визначення оперативних зон простору і часу, розкриття теорії і алгоритму творчих (винахідницьких) навчальних завдань, їхніх особливостей і закономірностей.

Для вирішення цих проблем засобами впровадження сучасної методики розв'язування нетрадиційних навчальних технічних завдань були визначені шляхи вдосконалення експерименту і запропонована відповідна система.

Формуючий педагогічний експеримент проводився на 1-5 курсах педагогічно-індустріального, фізико-математичного факультетів, на курсах підвищення кваліфікації вчителів фізики і трудового навчання Вінницького державного педагогічного університету, машинобудівному факультеті Вінницького державного технічного університету та Вінницького державного сільськогосподарського інституту.

Поелементний аналіз успішності 284 студентів експериментальних та 312 студентів контрольних груп довів ефективність впровадження методів творчого аналізу і синтезу в процес роз'язування нетрадиційних технічних завдань. Найбільша якість успішності студентів виявлена саме під час їхніх практичних занять, які за традиційною методикою засвоюються ними на низькому рівні: студенти експериментальних груп (ЕГ) на 67% краще застосовують закономірності законів розвитку технічних систем; на 76% - вищий коефіцієнт засвоєння прийомів подолання технічних і фізичних протиріч; на 56% краще володіють правилами побудови речовинно-польових ресурсів і використовують конкретні механізми розв'язку навчальних завдань тощо. Більша частина студентів ЕГ добре розуміє фізичну суть і правильно виділяє головну ознаку умови завдання (64% проти 24% в КГ), конфліктну пару “інструмент - виріб” (на 44% краще) тощо.

Узагальнені результати засвоєння навчального матеріалу з розв'язку творчих навчально-технічних завдань з циклу загальнотехнічних дисциплін у дисертації представлені у вигляді таблиць та діаграм. Довірчі інтервали ЕГ і КГ не перекриваються, що свідчить про істотні відмінності у рівнях знань цих двох груп студентів.

Головним результатом порівняльного педагогічного експерименту можна вважати той факт, що ефективність і результативність навчання студентів методів аналізу і синтезу механізмів і машин у ЕГ у порівнянні з КГ стало вищою, а за підсумками окремих розділів (“статика”, “кінематика”) - істотно вищою. Крім того, близько 84% студентів ЕГ указували на існування та називали альтернативні способи розв'язку навчальних технічних завдань, які його допускали, в той час як серед студентів КГ цей показник становив лише 14%.

На другому етапі (1993-1999рр.) вивчалися можливості вдосконалення навчального процесу з циклу загальнотехнічних дисциплін і технічної творчості студентів, аналізувалися тенденції розвитку фізичної і технічної освіти та методики творчого пошуку розв'язку нетрадиційних навчально-технічних завдань. У результаті цього було визначено зміст загальнотехнічних основ методики навчання студентів методів аналізу і синтезу механізмів та машин для спеціальностей “Трудове навчання”, “Організація технічної творчості”, “Інженер-механік”, “Інженер-технолог”, “Інженер-фізик” тощо. Підготовлено спецкурс “Сучасна методика розв'язування нетрадиційних технічних завдань”, розроблено і видано методичні рекомендації для студентів.

На основі узагальнення результатів дослідження в дисертації сформульовані загальні висновки.

ВИСНОВКИ

1. У структурі змісту вищої технічної освіти значна роль належить аналізу і синтезу навчальних творчо-технічних завдань. Створено значний емпіричний базис, але існує потреба в теоретичному узагальненні та розробці теоретичних основ методики навчання студентів, складовими якої є:

а) класична методика розглядає знання теорій та методів активізації процесу навчання під час аналізу і синтезу механічних систем лише у пояснювально-ілюстративному плані;

б) традиційні методи навчання пошуку розв'язку технічних завдань ґрунтуються не на аналітично-синтезуючих аспектах творчого мислення, а на використанні виключно готових моделей діяльності студента. Це, фактично, обмежує застосування суб'єктно-особистісного, розвиваючого, інноваційного і творчого підходів у традиційному навчанні розв'язку нетрадиційних технічних завдань.

в) існуюча методика навчання студентів методів аналізу та синтезу механічних систем орієнтована на роботу студента лише з окремо підібраним аналітичним чи конструктивно синтезуючим навчальним технічним завданням у дискретній відірваності від інших типових завдань. Як носій творчого оператора головної функції отримання ідеально-кінцевого результату, вона і розрахована лише на лінійну залежність функції розгляду навчальних творчих завдань;

г) теоретичні знання і практичні дії пошуку розв'язку творчих навчальних технічних завдань, їх змістовної структури, умови виникнення, генезису і функціонування ще недостатньо досліджені на теоретичному рівні і не враховані в практичній діяльності навчання студентів методів аналізу та синтезу механізмів і машин у вищій школі;

д) традиційна методика навчання студентів методів аналізу та синтезу механізмів і машин не враховує навичок (поетапного набуття досвіду) з творчого пошуку розв'язку технічних завдань студентом, використання отриманого досвіду під час розв'язування нових технічних завдань. Навчальна дія студента в процесі розв'язку технічного завдання не достатньо спрямовується на досягнення оптимального результату відповіді;

е) недостатньо впроваджуються і використовуються як на теоретичному, так і на практичному рівнях результати досліджень у суміжних дисциплінах і їх міжпредметних зв'язках, які в останні роки активно розвиваються в філософії, психології, проблемології, раціології, педагогічній психології, дидактиці, фізиці тощо.

2. Переорієнтація навчання студентів методів аналізу та синтезу механізмів і машин із ілюстративно-пояснювального аспекту на шлях застосування законів розвитку технічних систем і онтогенетичного розвитку особистості студента відповідає концептуальній засаді методологічної переорієнтації навчальних програм вищих закладів освіти (ВЗО) з інформативних аспектів вивчення загальнотехнічних дисциплін на формування, розвиток, засвоєння і передачу знань на основі особистісних якостей студента, здійснення принципу гуманізації та гуманітаризації навчання.

Завдання, викладені в існуючих збірниках і навчально-методичних посібниках з теоретичної і прикладної механіки у ВЗО, енциклопедично насичені розрізненими фактами, описом механічних явищ на застарілому політехнічному матеріалі. Традиційна методика навчання студентів методів аналізу та синтезу механічних систем розрахована здебільшого на лінійний характер пошуку розв'язку технічних завдань, що є за змістом емпіричною ілюстрацією підручника. При розв'язку навчальних технічних завдань у такому ракурсі досягається мета практичної ілюстрації, пояснення лише окремих елементів знання у циклі загальнотехнічних дисциплін, що інколи надмірно завантажує пам'ять студента і не спонукає його до творчого мислення. Відповідно до цих потреб сучасна методика навчання студентів методів аналізу та синтезу механізмів і машин у вищій школі повинна враховувати і доповнювати зміст навчання творчими методами формування, розвитку, засвоєння і передачі технічних знань.

3. Доведено, що головним дидактичним змістом методики навчання студентів методів аналізу і синтезу механізмів і машин при вивченні загальнотехнічних дисциплін у вищій школі стає не тільки і не стільки ілюстрація практичного застосування розглянутого технічного знання в процесі аналізу та синтезу механічних систем, а усвідомлене навчання творчої технології пізнання явищ, котрі відбуваються у технічних системах, де роль головної функції (змістовного "ядра") виконує висока організованість мислення в поєднанні з нетривіальністю мисленнєвих операцій і свідомим використанням знань про закономірності розвитку діалектико-технічного стилю мислення. Поряд з цим психолого-педагогічним змістом процесу пошуку розв'язку навчальних технічних завдань є моделювання - гранично спрощена схема розв'язку конфлікту (протиріччя), котре складає суть навчального завдання.

Як показав змістовий аналіз навчальних технічних завдань, виділення оперативної зони, тобто області, зміна якої є необхідною і достатньою умовою для отримання відповіді у поєднанні з іншими науковими методами пізнання (гіпотеза, аналогія, ідеалізація, сходження від абстрактного до конкретного, зведення конкретного чуттєвого до абстрактного тощо) дало можливості для реалізації алгоритмічного уявлення "багатоекранного мислення". Безперечно, розвиток цього спрямування у майбутньому дозволить реалізувати програмне забезпечення на багатопроцесорних ЕОМ.

4. На основі узагальнення результатів проведеного дослідження установлено, що навчально-пізнавальна діяльність студентів у процесі творчого аналізу та синтезу механічних систем усвідомлено відтворює певний цикл (цілісність системи) наукового пізнання. А саме: аналіз технічного завдання (перехід від розпливчатої технічної ситуації до чітко побудованої і гранично простої схеми (моделі) завдання); аналіз моделі завдання (залучення до розв'язку фізефектів, які зв'язані з простором, часом, речовиною, силовим полем); застосування інформаційного фонду (використання досвіду, який сконцентрований в інформаційному фонді теорії розв'язку творчих технічних завдань); зміна або заміна навчального технічного завдання (зміна смислу технічного завдання - зняття початкових обмежень, які зумовлені психологічною інерцією); аналіз способу усунення фізичних протиріч; перевірка якості отриманої відповіді; застосування отриманої відповіді; максимальне використання ресурсів знайденої ідеї; аналіз ходу розв'язку - завершальна частина алгоритмічного розв'язування творчих технічних завдань.

Алгоритмічний підхід передбачає творчу діяльність студента у процесі аналізу і синтезу розв'язку навчального технічного завдання, однак його можна успішно застосувати в інших творчих видах навчання; економічних, політичних, психологічних, біологічних тощо.

5. Проведений нами алгоритмічний і модульно-логічний аналіз творчих навчальних технічних завдань та їх розв'язків дав змогу обгрунтувати багатоаспектність і складність взаємопов'язаних структур. Досліджено, що більшість навчальних технічних завдань латентно існує у формально-логічному аспекті розв'язку завдання на рівні лінійних зв'язків і змістовному та логіко-психологічному - на рівні допоміжних "кроків", фізичних і технічних моделей, що потребують психолого-педагогічного обґрунтування оптимального пошуку відповіді.

Встановлено, що синтез навчальних технічних завдань, з боку формально-логічного підходу, може бути проведений класично-алгоритмічними способами, а водночас, з боку логіко-психологічного, - евристично-алгоритмічними способами.

Алгоритмічний (класичний і евристичний) підхід і методи пошуку розв'язку навчальних технічних завдань не створюють творчих протиріч, а доповнюють один одного і є формою діалектичної взаємодії теоретичної надбудови емпіричного базису в процесі пошуку ІКР завдання.

6. Створена нами креативна методика навчання студентів методів аналізу і синтезу механізмів і машин обгрунтовує алгоритмічний (класичний і евристичний) підхід до пошуку розв'язків з виділенням модельних гіпотез, аналогій, фізичних і технічних протиріч, застосування ідеально-кінцевого результату, речовинно-польових ресурсів, інформаційного фонду тощо.

Співвідношення класичних і евристичних компонентів у АРТЗ у онтогенезі особистості студента динамічно змінюється, а також залежить від різних змістовних типів навчальних технічних дисциплін.

7. Узагальнення результатів дослідження дало змогу дійти висновку, що назріла психолого-педагогічна проблема навчання студентів вмінь і навичок відділяти ідею аналізу і синтезу від її "носія" (системи) і переносити на інші "носії" (надсистему чи підсистему). Це тонка і складна мисленнєва операція: вміння одночасно бачити систему, надсистему чи підсистему творчих операцій розв'язку навчального завдання, оскільки в багатьох випадках ідея, одержана під час розгляду системної дії розв'язку навчального завдання, корисна не для самої механічної чи технічної системи, а для підсистеми або надсистеми.

8. Системний підхід навчання студентів методів аналізу і синтезу механічних систем має певну змістову ієрархічну структуру і відтворює як формалізовані, так і логіко-психологічні функціональні дії на процес оптимального розв'язку, актуалізує креативні й евристичні умови подолання протиріч та реалізує оптимальну відповідь технічного завдання.

9. Розроблена нами теоретична і методична система навчання студентів методів аналізу і синтезу механізмів і машин у вищій школі створює нові можливості для розвитку, засвоєння і передачі технічних знань, дозволяє краще враховувати індивідуальні здібності і нахили особистості студента.

Отримані результати дисертаційного дослідження можуть бути використані викладачами на лекційних, практичних і лабораторних заняттях зі студентами з курсів загальнотехнічних, спеціальних технічних дисциплін та дисциплін, де необхідно проявити творчий підхід до висвітлення чи розкриття економічних, психолого-педагогічних, фізичних навчальних та виробничих проблем; авторами підручників та збірників завдань і задач, дидактичних матеріалів; методистами - при вдосконаленні навчальних і методичних посібників та рекомендацій; студентами педагогічних, політехнічних, технологічних, машинобудівних та інших закладів освіти, де вивчаються проблеми формування, розвитку, засвоєння та передачі технічних знань.

Здійснене дослідження не вичерпує всіх аспектів проблеми навчання методів аналізу і синтезу механізмів і машин. Подальшого дослідження потребують такі аспекти досліджуваної проблеми:

- розробка методики навчання студентів методів творчого пошуку розв'язку навчальних технічних завдань у окремих загальнотехнічних курсах (“Теоретична механіка”, “Теорія механізмів і машин”, “Опір матеріалів”, “Деталі машин”, “Гідравліка”, “Теплотехніка”, “Технологія конструкційних матеріалів”, “Металорізальні верстати та інструменти” тощо);

- впровадження логіко-психологічних, психолого-педагогічних та психолого-дидактичних інновацій у творчо-алгоритмічне навчання студентів аналізу та синтезу технічних систем у сучасній вищій школі;

- застосування методичних основ теорії і алгоритму розв'язку творчих завдань, поряд із загальнотехнічними дисциплінами, у спеціальних технічних дисциплінах (“Автомобіль і трактор”, “Сільськогосподарські машини”, “Робото-технічні системи” тощо);

створення ефективних комп'ютерних програм для забезпечення студентів інформацією про відомі людству фізичні явища, оператори часу і простору, речовинно-польові ресурси, прийоми і методи подолання фізичних і технічних протиріч тощо;

створення навчально-популярних кінофільмів, мультимедійних мереж з проблем методичного впровадження системи евристико-алгоритмічних принципів розв'язку навчальних технічно-творчих завдань.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДОСЛІДЖЕННЯ

Яковишин П.А. Методика навчання студентів методам аналізу і синтезу механізмів та машин у вищій школі: Монографія. - Вінниця: ВДПУ,1999. - 287с. - 16,74 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Методи аналізу і синтезу механізмів та машин: Навчально-методичний посібник. - Вінниця: ВДПУ, 1999. - 289с. - 17,26 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Структурний аналіз і синтез механізмів: Навчальний посібник. - Вінниця: ВДПУ, 1995. - 79с. - 3,5 авт. аркушів.

Гончаренко С.У., Яковишин П.А. Методичні проблеми побудови технічного наукового знання у змісті циклу дисциплін "Технічна механіка" //Педагогіка і психологія професійної освіти. - 1999. - № 4. - С. 10-16. -0,4 авт. аркушів /автора - 0,2 авт. аркушів/.

Гончаренко С.У., Яковишин П.А. Проблеми формування мислення і розвитку творчої уяви в процесі самостійного розв'язування навчальних технічно-творчих завдань //Наукові записки Вінницького державного педагогічного університету імені Михайла Коцюбинського. Серія: Педагогіка і психологія. -Вінниця: ВДПУ. - 1999. -№ 2. -С.83-89. - 0,4 авт. аркушів /автора - 0,2 авт. аркушів/.

Гончаренко С.У., Яковишин П.А. Змістовна логіко-психологічна структура процесу креативного аналізу і синтезу навчальних механізмів та машин //Наукові записки Кіровоградського державного педагогічного університету імені Володимира Винниченка. Серія: педагогічні науки. -Кіровоград: КДПУ. - 2000. - С.4-9. - 0,4 авт. аркушів /автора - 0,2 авт. аркушів/.

Яковишин П. А. Діалектичні і феноменологічні проблеми формування і передачі знань технічно-творчого мислення у ВЗО //Творча особистість учителя: проблеми теорії і практики. - К.: НПУ. - 1999.- Вип. 2. - С 88-92. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Методичні проблеми трансформації процесу красоти в пошуках розв'язку творчо-технічних навчальних завдань //Наука і сучасність. 4.2. - К.: НПУ. - 1999. - С. 169-173. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Елементи синтезу та інтеграції в курсовому проектуванні //Педагогіка і психологія професійної освіти. - 1999. - №1. - С. 82-86. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Психолого-педагогічні основи методики навчання креативного аналізу і синтезу механізмів та машин //Творча особистість учителя: проблеми теорії і практики. - К.: НПУ. - 1999. - Вип.2. - С. 284-289. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Логіко-психологічні основи діяльності студентів у процесі аналізу і синтезу пізнавальних технічних завдань //Корнієнко В. О. Філософсько-антропологічні принципи як основа розбудови українського суспільного ідеалу: Звіт про державну фундаментальну науково-дослідну роботу 90 -Д. - 190. - 1998. РК № 0197 V 013141. - С. 69-76. - 0,6 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Алгоритмічний і евристичний підходи до діяльності креативного аналізу і синтезу механічних пристроїв та машин //Вибрации в технике и технологиях. - 1998. - №2. - С. 92-98. - 0,6 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Аналіз і синтез простих важільних механізмів у навчальному процесі як елемент знання їх побудови і руху в уяві тих, хто навчається // Збірник наукових праць. Оновлення змісту, форм та методів навчання і виховання в закладах освіти: Наукові записки Рівненського державного гуманітарного університету. - Рівне: РДГУ. - 2000. -Вип. 11. - С. 53-57. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Технічні пізнавальні завдання аналізу і синтезу і методи їх наукового пізнання фізичного та технічного знання //Оновлення та зміст становлення професійної освіти підготовки в умовах національної системи освіти: Збір. наук. пр. - Харків. - 1999. - С. 105-110. - 0,5 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Генез поняття "технічна система" у логіко-психологічних і психолого-педагогічних дослідженнях //Соціалізація особистості: Збір. наук. пр. - К.: НПУ. - 1999. - С. 188-194. - 0.4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Формально-логічна структура методів та синтезу механізмів і машин // Науковий вісник Південноукраїнського державного педагогічного університету ім. К.Д.Ушинського. - Одеса. - 1999. - С. 122-126. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Основні методичні принципи добору навчального матеріалу з питань аналізу і синтезу пізнавальних механічних пристроїв //Творча особистість учителя: проблеми теорії і практики: Збір. наук. пр. - К.: НПУ.- 1999. -Вип.З. - С. 313-318. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Деякі особливості формування системи технічних понять та науково-технічної інформації в процесі аналізу та синтезу механізмів і машин //Наука і сучасність: Збір. наук. пр. -К.: НПУ. -1999.- Вип.2. - Ч.І. - С. 151-159. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Деякі аспекти аналізу та синтезу навчальних технічно-творчих завдань з курсу "Технічна механіка" //Збір. наук. пр. - Херсон: Айлант. - 1999. -С. 118-122. - 0,45 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Про шляхи формування понять "метод" і "методика" в психолого-педагогічній системі технічних знань //Науковий вісник Ізмаїльського державного педагогічного інституту. - Ізмаїл: ІДПІ. - 1999. - С. 192-195. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Фрагмент блочного методу розкриття теми "Структурний аналіз і синтез простих важільних механізмів //Проблеми загальної і професійної педагогіки: Збірник наукових праць. - Харків: ХДПУ. - 2000. - С. 243-248. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Про ефективність використання психолого-педагогічного механізму творчості в процесі розв'язуванні навчально-технічних завдань //Теорія і практика педагогічного процесу: Збірник наукових праць. - Харків: ХДПУ. - 2000. - С. 154-165. - 0,5 авт. аркушів.

Черкунов І.С., Яковишин П.А. Про передумови успішного оволодіння студентами знаннями з дисциплін циклу "Машинознавство" //Сучасні педагогічні технології у вищій школі: Науково-методичний збірник. - Вінниця-Київ. - 1995. - С. 80-83. - 0,15 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Психологічні основи краси процесу творчого аналізу і синтезу навчальних технічних завдань // Наукові записки: Збірник наукових праць.. - К.: НПУ. - 1999. - Ч.4 - С. 120-126. - 0,4 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Підходи до впровадження теорії творчого розв'язування нетрадиційних технічних завдань //Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання в підготовці фахівців: Методологія, теорія, досвід, проблеми. - Київ-Вінниця. - 2000. -С. 467-468. - 0,2 авт. аркушів.

Яковишин П.А. Гуманізація і формалізація принципів розвитку технічної творчості особистості //Наукові записки Вінницького державного педагогічного університету імені Михайла Коцюбинського. Серія: Педагогіка і психологія. -Вінниця: ВДПУ. - 2000. -№ 3. -С.125-128. - 0,4 авт. аркушів.

АНОТАЦІЇ

Яковишин П.А. Теоретичні і методичні основи навчання студентів методів аналізу і синтезу механізмів і машин. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора педагогічних наук за спеціальністю 13. 00. 04 - теорія і методика професійної освіти. -Інститут педагогіки і психології професійної освіти АПН України, Київ, 2001.

Дисертація присвячена теоретико-методичному обгрунтуванню та практичній реалізації творчих навчальних технічних завдань як динамічно ефективної діючої педагогічної системи. Розкриваються основні тенденції розвитку, засвоєння і передачі технічних знань в умовах переорієнтації освіти від пояснювально-ілюстративних аспектів у навчанні на розвиток творчої особистості студента. Створено оригінальну психолого-педагогічна систему творчого аналізу і синтезу навчальних технічних завдань та раціональна методика впровадження цієї системи в навчальний процес. Запропонована методика орієнтує студентів на складові елементи будь-якої технічної системи в нерозривній єдності з логіко-психологічними та індивідуальними здібностями студента.

Ключові слова: навчання загальнотехнічних дисциплін, алгоритм навчальних творчих завдань, дидактична система, технічна система, аналіз, синтез, метод.

Yakovyshyn P.A.. Theoretical and Methodical Basis of Teaching students Analysis and Synthesis of Mechanisms and Machines. - Manuscript.

Thesis for thedegree of Doctor Pedagogic sciences. Specialty - 13.00.04. - The and Methods of Teaching of professional education. -Institute of Pedagogics and Psychology of Vocational Training of the Academy of Pedagogic Sciences of Ukraine, Kiev,2001.

The thesis is dedicated to the theoretical and methodical substantiation and practical realization of creative academic technical Knowledge as a dynamic developing and effective pedagogic system. New tendencies oriented towards the development of the student as a personality are presented in this work. Original psychological and pedagogic system of the creative analysis and synthesis of academic technical subjects as well as efficient methods of using this system at lessons have been suggested in the work. Any technical system is regarded as unseparable from individual capacities of the student.

Key Words: teaching basic technical subjects, algorithm of academic creative tasks, didactic system, technical system, analysis, synthesis, method.

Яковишин П.А. Теоретические и методические основы обучения студентов методам анализа и синтеза механизмов и машин. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени доктора педагогических наук по специальности 13. 00. 04. - теория и методика профессионального образования. -Институт педагогики и психологии профессионального образования АПН Украины, Киев, 2001.

Диссертация посвящена теоретико-методическому обоснованию и практической реализации творческих учебных технических задач как динамической эффективно действующей педагогической системы. В работе проведен анализ тенденций формирования теоретического и практического базисов учебных творческо-технических задач в структуре высшего технического образования. Результаты исследований вскрыли необходимость теоретического обобщения и разработки теоретических основ методики обучения студентов методам анализа и синтеза механизмов и машин, а именно: традиционные методы обучения поиска решений технических задач базируются не на аналитически синтезирующих аспектах творческого мышления, а на использовании исключительно готовых моделей деятельности студента, что фактически делает невозможным использование субъективно-личностного, развивающего, инновационного, творческого подходов в традиционном обучении; существующие методики обучения студентов анализу и синтезу механических систем ориентирована на работу студента лишь на отдельно подобранные аналитические или конструктивно синтезируемые учебные технические задачи в дискретной оторванности от других типичных задач.

Научно обоснована и разработана концепция переориентации обучения студентов методам анализа и синтеза механических систем из иллюстративно-объяснительного аспекта на путь использования закона развития технических систем и индивидуального развития личности студента. Представление креативной методики согласно концептуальным основам методической переориентации учебных программ вузов из информативных аспектов изучения общетехнических дисциплин на формирование, развитие, освоения и передачу знаний на основе личностных качеств студента, осуществление принципов гуманизации и гуманитаризации обучения. При этом главным дидактическим содержанием методики обучения студентов методам анализа и синтеза механизмов и машин в вузе становится не только и не столько иллюстрация практического применения рассмотренного технического знания и метода анализа и синтеза механических систем, а осознанное обучение творческой технологии познания общетехнических дисциплин, где роль главной функции (содержательного “ядра”) принадлежит высокой организованности мышления в сочетании с нетривиальностю мыслительных операций и осознанным использованием знаний о закономерностях развития диалектико-технического стиля мышления.

Основная концепция учебно-познавательной деятельности студентов в процессе творческого анализа и синтеза механических систем осознанно воспроизводит определенный цикл (целостность системы) научного познания, а именно: анализ технической задачи; переход от нечеткой творческой ситуации к конкретно построенной и предельно простой схеме (модели) задачи; анализ модели задачи; определение технического и физического противоречий; использование информационного фонда теории решения творческих технических задач (физэффекты, приемы, методы, законы и т.д.); анализ способов устранения физических и технических противоречий; проверка качества полученного ответа; анализ хода решения и использование результатов ответа.

Основной целью методики является алгоритмичный подход к формированию умений поиска решений творческих учебных технических задач, не создавая творческих противоречий, а развивая их в форме диалектического взаимодействия теоретической надстройки эмпирического базиса в процессе поиска идеально-конечного решения задачи. Расширение ориентации разработанной методики от рассмотрения отдельно взятого метода или учебно-технической задачи к использованию системного подхода, что имеет определенную содержательную, иерархическую структуру и воспроизводит как формализованные, так и логико-психологические функциональные воздействия на процесс поиска оптимального решения, актуализует поиск креативных и эвристических методов преодоления противоречий и реализации технической задачи.

Разработанная методическая система обучения студентов методам анализа и синтеза механизмов и машин в высшей школе создает новые возможности для развития технических знаний, позволяет лучше учитывать индивидуальные способности и наклоности личности студентов.

Ключевые слова: обучение общетехническим дисциплинам, алгоритм учебных технических задач, дидактическая система, техническая система, анализ, синтез, метод.

Размещено на Allbest.ru