Машинознавча складова загальнотехнічної підготовки майбутніх учителів технологій у контексті реалізації культурологічної концепції технологічної освіти

2. Виклад основного матеріалу

Рис. 1 Логічний ряд зображень для сприйняття поняття «механічні передачі давніх машин» (зліва направо): водяний насос з ручним приводом, млин з приводом від тяглових тварин (кінь, віслюк); млин з приводом від водяного колеса; вітряний млин

Перші технічні поняття в епоху еллінізму описували властивості важеля та конструкції найпростіших механізмів, принцип дії яких заснований на використанні властивостей важеля. Епоха Відродження принесла людству низку технічних винаходів (астрономічні прилади, механічний годинник тощо), поширилися машини з використанням водяних коліс та вітряків в якості джерела механічної енергії, що сприяло формуванню знань про кінематичні і силові закономірності перетворення механічного руху у приводах машин. На технічних рисунках тієї епохи зображали переважно цівкові механічні передачі, що допомагало з'ясувати закономірності перетворення механічної енергії обертального руху (рис.1). Для характеристики перетворення параметрів механічного руху в зубчастих механізмах Д. Кардано запропонував технічне поняття «передаточне число» [3].

На рис.1. передача обертального руху між валами здійснювалася за допомогою цівкової передачі, яка виготовлена з дерева твердих порід та складалася з коронного (диск із зубами у вигляді стержнів) і цівкового коліс (барабан із стержнів).

Детальне вивчення машин розпочалося після промислової революції кінця XVШ - першої половини ХІХ ст., результатами яких стали систематизовані знання про машини, наприклад, багатотомна праця «Театр машин» Я. Леопольда та ін. Згодом стає актуальною потреба в проектно-конструкторської діяльності та у навчанні майбутніх конструкторів. У 1880 році К. Бах вперше публікує навчальний посібник про розрахунки на міцність та правила проектування деталей машин [3]. Отже, практика конструювання і експлуатації машин визначила внутрішню логіку навчальної дисципліна «Деталі машин» та відповідного змістового модуля. В основі структури будь-якої машини лежить логічна схема працездатної технічної системи: джерело енергії - передача енергії - використання енергії для виконання корисної функції. Відповідно узагальнену структуру машини представляють як: привод машини - виконавчий механізм (робочий орган) (рис.2.).

Базове поняття «структура машини» розкривається та поглиблюється за допомогою основного поняття «привод машини», яке, в свою чергу, уточнюється та поглиблюється за допомогою допоміжних понять «механізми загального призначення» (механічні передачі), «вузли загального призначення», «деталі загального призначення», «способи з'єднання механічних передач».

Рис. 2 Структурно-логічна схема машини

До механізмів загального призначення віднесені механічні передачі, які конструктивно виконані у вигляді окремих агрегатів (редукторів, коробок передач тощо). До їх складу входять деталі загального призначення - вали й осі, зубчасті колеса та вузли (складальні одиниці) загального призначення - підшипники кочення та ін. Для з'єднань структурних елементів приводу використовують муфти, а механічні передачі як цілісний агрегат утворені за допомогою рознімних і нерознімних способів з'єднання (шпонкові, різьбові, зварні тощо). Таким чином, внутрішня логіка навчального модуля «Деталі машин» збігається із структурою навчальної дисципліни «Деталі машин» для підготовки майбутніх інженерів, в якій є такі розділи: «Механічні передачі», «Деталі і вузли загального призначення», «З'єднання машин» [2, 3]. У межах кожного розділу сформована типова структура опису основних і допоміжних понять, наприклад, для механічних передач вона така: загальні відомості, конструкція, матеріали і технологія виготовлення, основи теорії, розрахунок; для деталей і вузлів загального призначення: конструкція, матеріали і технологія виготовлення, розрахунок; для з'єднань машин: загальні відомості, розрахунки. Сутність технічних розрахунків полягає в обґрунтуванні конструктивних розмірів деталей (проектний розрахунок) та перевірці їх на міцність, жорсткість, зносостійкість (перевірні розрахунки). Перевіряють на міцність за формулою з науки про опір матеріалів:

о (т) < [о] ([т]), (1)

де о (т) - фактичне нормальне (дотичне) напруження в матеріалі деталі;

[о] ([т]) - допустиме нормальне (дотичне) напруження в матеріалі деталі.

Отже, аналіз структури і змісту навчальної дисципліни «Деталі машин» показує, що її системотворчим чинником є поняття «проектні і перевірні розрахунки», але вони належать до категорії допоміжних для техніко-технологічної підготовки майбутнього вчителя технологій та суперечать культурологічній концепції освітньої галузі «Технологія», запропонованій В. Симоненком [11]. Способом усунення цієї суперечності, на нашу думку, є систематизація змісту навчального матеріалу навколо поняття «привод машини». У даній ситуації світоглядну цінність будуть мати знання з політехнічними властивостями, які, з одного боку, розкривають природничу основу закономірностей перетворення механічної енергії в приводі машини, з іншого - інваріантну основу структури будь - якої робочої машини [4, 5, 6, 7, 8].

Культурологічний підхід до наповнення змістом навчання освітньої галузі «Технологія» полягає у формуванні техніко-технологічного світогляду школярів [10]. Звідси слідує, що навчальний матеріал про технічні засоби процесу виробництва (робочі машини) для майбутніх вчителів технологій повинен мати в першу чергу загальнотехнічні властивості, а не спеціальні (детально розкривати зміст винахідницької, проектно-конструкторської, технологічної, експлуатаційної діяльності інженерів) [12]. Також, враховуючи той факт, що наукові технічні знання розглядають як синтез технічного досвіду і природничих знань, відібраний навчальний матеріал про приводи машин повинен розкривати процеси перетворення механічної енергії в них, будову і функції їх складових частин та взаємозв'язки між ними при реалізації технологічних операцій виробничого процесу.

Принципи відбору змісту навчального матеріалу про приводи машин випливають з логіки науки машинознавство та із сформованих навчальних цілей. Для відібраного навчального матеріалу необхідно розробити систему навчальних понять про привод машини.

Рис. 3 Логічний ряд зображень для сприйняття поняття «привод машин» (зліва направо): давній токарний верстат з лучковим приводом; токарно-гвинторізний верстат ТВ-6; велосипед; трансмісія легкового автомобіля: 1 - двигун; 2- коробка передач; 3 - головна передача; 4 - карданна передача

На рис. 3 наведено приводи технологічних і транспортних машин різної складності (від давніх до сучасних). З рисунків видно, що залежно від типу робочої машини та її складності морфологічними елементами приводу є джерело механічної енергії обертального руху, відкриті механічні передачі (фрикційна у токарного верстата з лучковим приводом і ланцюгова у велосипеда), закриті механічні передачі - агрегати (коробка швидкостей і коробка подач у токарно-гвинторізного верстата ТВ-6 та коробка передач, головна передача, карданна передача трансмісії легкового автомобіля, редуктори тощо). Розкриття призначення і будови відкритих і закритих механічних передач за допомогою допоміжних понять дозволить створити систему навчальних понять про морфологію приводу.

Для вивчення закономірностей передачі і зміни обертальних моментів в морфологічних елементах приводу машин та створення системи навчальних понять про природничі основи їх функціонування необхідно структурувати навчальний матеріал навколо таких основних понять цієї системи, як передаточне відношення відкритих механічних і редукторів та передаточне відношення коробок передач (коробок швидкостей і коробок подач) (формули 2, 3, 4):

Висновки

навчальний машинознавство освіта школяр

Таким чином, перенесення акцентів при вивченні модуля «Деталі машин» навчальної дисципліни «Робочі машини» майбутніми вчителями технологій з інженерних на світоглядні поняття дозволяє розробити систему навчального матеріалу загальних знань про машину, яка узгоджується з культурологічною концепцією технологічної освіти школярів. Навчальний матеріал про приводи машин пропонується подавати у вигляді двох систем знань - це «Морфологія приводу машин» і «Природничі основи функціонування морфологічних елементів приводу машин».

Список використаних джерел

1. Гомоюнов К. К. Совершенствование преподавания технических дисциплин: Методологические аспекты анализа учебных текстов / К. К. Гомоюнов. - Л.: Изд-во Ленинград. ун-та, 1983. - 206 с.

2. Детали машин и основы конструирования: учебник и практикум для бакалавриата / под ред. Е. А. Самойлова, В. В. Джамая. - М.: Изд-во Юрайт, 2017. - 423 с.

3. Іванчук А. В. Деталі машин: навч. посібник для студ. вищ. пед. навч. закл. / А. В. Іванчук. - Вінниця: ПП «ТД Едельвейс і К», 2010. - 336 с.

4. Іванчук А. В. Розширення політехнічної складової в змісті навчальної дисципліни «Основи сучасного виробництва» для майбутніх учителів технології / А. В. Іванчук, В. П. Мельничук // Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання в підготовці фахівця: методологія, досвід, проблеми // Зб. наук. пр. - Вип. 42. - Київ - Вінниця: ТОВ фірма «Планер», 2015. - С. 251 - 256.

5. Іванчук А. В. Політехнічні знання про виробництво кольорових металів у змісті освіти майбутніх учителів технологій / А. В. Іванчук, Н. С. Шоробура // Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання в підготовці фахівця: методологія, досвід, проблеми // Зб. наук. пр. - Вип. 43. - Київ - Вінниця: ТОВ фірма «Планер», 2015. - С. 263 - 267.

6. Іванчук А. В. Розкриття організаційних форм технологічних систем у змісті навчальної дисципліни «Основи сучасного виробництва» / А. В. Іванчук, В. П. Мельничук // Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання в підготовці фахівця: методологія, досвід, проблеми // Зб. наук. пр. - Вип. 45. - Київ - Вінниця: ТОВ фірма «Планер», 2016. - С. 200 - 203.

7. Іванчук А. В. Навчальний матеріал про кольорову металургію в змісті фахової підготовки майбутніх учителів технології / А. В. Іванчук, В. П. Мельничук // Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання в підготовці фахівця: методологія, досвід, проблеми // Зб. наук. пр. - Вип. 47. - Київ - Вінниця: ТОВ фірма «Планер», 2016. - С. 59 - 63.

8. Іванчук А. В. Елементи машинознавства як засіб формування технічного світогляду вчителів технологій / А. В. Іванчук // Сучасні інформаційні технології та інноваційні методики навчання в підготовці фахівця: методологія, досвід, проблеми // Зб. наук. пр. - Вип. 48. - Київ - Вінниця: ТОВ фірма «Планер», 2017. - С. 120 - 124.

9. Максимов О. С. Формування технічного мислення школярів у процесі навчання природничих предметів : автореф. дис... д-ра. пед. наук: 13.00.01 / О. С. Максимов. - К., 1996, - 49 с.

10. Муравьев Е. М. Методическая подготовка учителей технологии и предпринимательства. Монография; под ред. В. Д. Симоненко / Е. М. Муравьев. - Брянск: Изд. - во БГУ, 2002. - 214 с.

11. Ретивых М. В. Актуальные проблемы технологического образования школьников и подготовки учителей технологий / М. В. Ретивых, Н. В. Матяш, А. М. Воронин // Вестник Брянского гос. ун-та. - Брянск: РИО БГУ, 2017. - №1. - С. 361 - 367.

12. Хотунцев Ю. Л. Содержание нового учебного предмета «Технология» / Ю. Л. Хотунцев, В. Д. Симоненко, М. А. Ушаков и др. // Школа и производство. - 1993. - №4. - С. 6 - 11.

Размещено на Allbest.ru