УДК 37.025.7
Булашов Константин Владимирович – студент факультета Математики, информатики и естественных наук филиала Тюменского государственного университета в г. Ишиме.
Буглак Павел Алексеевич – студент факультета Математики, информатики и естественных наук филиала Тюменского государственного университета в г. Ишиме.
Прохоров Максим Сергеевич – студент факультета Математики, информатики и естественных наук филиала Тюменского государственного университета в г. Ишиме.
Аннотация: Статья посвящена роли меж предметных связей в развитии технического мышления у будущих учителей технологии. Развитие технического мышления, является одной из основных задач технологического образования. Мышление тесно связанно с общеобразовательным процессом и постоянно взаимодействует с ним. Развитость мышления во многом определяет успех в овладении знаниями, расширяет возможности условия данного содержания знания. Развитие технического мышления невозможно без целенаправленной работы преподавателя в процессе учебной и учебно-практической деятельности. Преподавателю необходимо планировать не только объём и структуру учебного материала, но и создавать систему рационального применения умственной (мыслительной) деятельности на основе межпредметных связей учебных дисциплин.
Ключевые слова: Межпредметные связи, техническое мышление, учитель технологии, технологическое образование, интегративный подход.
Подготовка современного учителя по направлению технологическое образование для образовательной области «Технология», обладающего системой теоретических знаний и практических навыков, является довольно сложной в связи с бурным развитием научно - технического прогресса, широким применением вычислительной техники, информационных технологий и разнообразного оборудования отечественного и зарубежного производства, а так же в связи с различными формами собственности в условиях рыночной экономики.Рыночные отношения обусловили формирование профессиональной компетентности в сочетании со способностью к быстрой адаптации к изменяющимся условиям, поэтому в настоящее время в России особенно актуальным является обеспечение подготовки профессионалов, способных быстро и гибко реагировать на изменение ситуации и принимать адекватные решения.
В сложившейся ситуации особое значение приобретает подготовка высококвалифицированных учителей технологии способных обеспечить реализацию целевых государственных программ повышения качества рабочей силы и готовить молодежь к активной трудовой деятельности в соответствии с высокими современными требованиями. Для этого необходимо создать условия всесторонней, качественной подготовки специалиста в образовательных учреждениях. Это потребует глубоких знаний в отношении современного состояния науки и техники, их развитие и перспективах использования.
Проблема развития технического мышления обуславливает необходимость анализа учебной деятельности студентов с точки зрения возможности развития технических способностей.
Развитие технического мышления, наряду с передачей знаний, является одной из основных задач технологического образования. Мышление тесно связано с общеобразовательным процессом и постоянно взаимодействует с ним. Развитость мышления во многом определяет успех в овладении знаниями, расширяет возможности усвоения данного содержания знания.
Стиль мышления определяет структуру мыслительных процессов и познава¬тельных операций человека, как систему. Для современного стиля мышления ха¬рактерно сочетание вероятностно-статистического и системного подходов, прин¬ципы обратной связи и взаимодействия.
Развитие технического стиля мышления невозможно без целенаправ-ленной работы преподавателя в процессе учебной и учебно-практической деятель¬ности. В процессе занятий преподаватель должен добиваться от студентов усвое¬ния определенного специфического, применительно к принятому в учебном заве¬дении, круга знаний умений и навыков. Иначе говоря, преподавателю необходимо не только планировать объем и структуру учебного материала, но и создавать сис¬тему рационального применения умственной (мыслительной) деятельности, без че¬го невозможно усвоение знаний и Развитие технического мышления, как системы.
Мышление составляет сис¬тему в процессе отражения сознания действительности, а так как мышление разви¬вается в конкретной деятельности, то эта деятельность определяет особенности протекания мыслительных процессов. Процессы мышления, связанные с решением технических задач, технической деятельностью, приобрели свою особую систему [12].
Система обучения имеет большое количество учебных предметов, которые содержательно и методически не всегда согласуются между собой. Изолированность этих учебных предметов друг от друга создают серьезные трудности при формировании профессиональных качеств личности учителя технологии.
Каковы дидактические пути развития технического мышления? Главная идея реформирования системы образования заключается в интеграции учебного материала, его уплотнения, в оптимальном использовании межпредметных связей. Под межпредметными связями понимаются связи между отдельными учебными предметами, реализуемыми в процессе преподавания, обеспечивающие восприятие студентами учебного материала и позволяющие создать у них комплексное, целостное представление о предметах и явлениях.
Межпредметные связи представляя собой дидактический эквивалент межнаучных связей, отражают требование системности знаний и являются средством реализации принципа профессиональной направленности обучения.
В результате интегративного подхода к преподаванию студенты приобретают знания, к понятийным признакам которых относятся обобщенность, системность, общенаучность [6]. Интегративность учебных дисциплин приводит к более заинтересованному, личностнозначимому и осмысленному восприятию материала, что усиливает мотивацию к приобретению профессионально значимых знаний, умений и навыков.
Межпредметность не может быть достигнута самопроизвольно и стихийно, ее необходимо целенаправленно формировать. Основным средством формирования у обучаемых целостных систем межпредметных общепрофессиональных знаний и умений, а, также профессионально значимых личностных качеств служат межпредметные учебно-методические комплексы, включающие в себя курс лекций, систему семинарских, практических и лабораторных занятий с использованием межпредметных связей.
Только межпредметный интегративный технологический подход подводит студентов к пониманию идеи всеобщей связи предметов и явлений окружающей действительности, учит их видеть в изучаемых явлениях единство и разнообразие единства явлений объективной действительности, что способствует формированию научно-технологического мировоззрения студентов.
Технология предполагает широкий технический кругозор, знакомство студентов с различными видами машин, оборудованием и видами производства. Рзличие объектов техники позволяет организовать изучение со студентами специфики, существенных признаков, особенностей технических объектов, знание которых углубляют и расширяют технические представления студентов. Техническая направленность, взаимосвязь законов, понятий наук, раскрывающих общие научно-технические стороны современного производства, составляют сущность технических знаний. Технические умения при этом связаны с решением научно-технических задач с производственным содержанием. Наличие у студентов технических умений позволяет развивать у них такие функции, как составление кинематических схем, диагностику неисправностей, а, также проектно-конструкторскую, технологическую, техническую, графическую и др.[2;3;5].
Технические знания обладают целым рядом определенных признаков:
1) знания лежат в основе не единичного, а многообразия орудий труда и технологических процессов, что облегчает перенос знаний из одной производственной ситуации в другую;
2) знания формируются на базе усвоения законов и понятий естественных, математических, общетехнических наук, которые лежат в основе устройства и функционирования современной техники и технологии;
3) знания носят динамический характер, претерпевают изменения в связи с развитием науки, производства и их взаимосвязей;
4) знания не составляют содержание одной науки, они отражают закономерности, понятия многих наук, которые обусловленные содержанием объекта изучения.
Учебный материал общетехнических и специальных дисциплин должен включать на доступном уровне сложные научные основы всех технических объектов, отражая основной естественнонаучный процесс, лежащий в основе их действия, их решающие функциональные свойства. Раскрытию общих научных основ техники способствуют межпредметные связи. Техническое содержание обучения студентов проявляется при отборе материала, построения системы и осуществления межпредметных связей. Пути расширения межпредметных связей связаны с изучением конкретной дисциплины и заключается в реализации связей теоретического материала с общетехническими, экономическими, гуманитарными и специальными дисциплинами. Ведущее место в межпредметных связях преподавания этих дисциплин принадлежит физике, начертательной геометрии, инженерной графике, материаловедении и технологии конструкционных материалов, обработке материалов резанием, гидравлике, теплотехнике, теоретической механике, сопротивлению материалов, деталям машин, элетротехнике, автоматике, творческо-конструкторской деятельности, экономике (маркетинг, основы малого бизнеса) и т.д., которые читаются студентам, обучающимся по направлению «Педагогическое образование», профиль «Технологическое образование» и являются теоретической основой технологической подготовки будущих учителей технологии. Использование таких знаний значительно облегчает раскрытие принципов устройства и действия приспособлений, инструментов, механизмов и систем оборудования. При изучении перечисленных выше дисциплин важную роль играют межпредметные связи с технологией, т.к. эти дисциплины представляют собой теоретическую основу техники. При изучении общетехнических, специальных дисциплин и дисциплин естественноматематического цикла необходимо установить не только научный материал, но и выход его в технику. Необходимо знать значение законов и явлений при конструировании технических устройств и их действие в процессе эксплуатации. Это расширяет не только знания устройства и принципов работы объектов техники, но и дает конструкторско-технические знания по этим объектам, что способствует развитию технического мышления.
При организации межпредметных связей прежде всего должны учитываться фундаментальные законы, закономерности и понятия физики, химии, биологии, лежащие в основе современных промышленных технологий [11].
Межпредметные связи должны строиться в следующих направлениях:
1. Получение знаний о научных законах и явлениях на основе демонстрации работы технических устройств, приборов, оборудования, лабораторных установок и т.п., в которых они проявляются, или на основе которых работают данные технические объекты;
2. Определение причинно-следственной взаимосвязи и взаимозависимости между научно-техническими явлениями и технологическими процессами;
3. Перенос теоретических знаний в практику, в технологический процесс при эксплуатации технических объектов (станков, приспособлений, инструментов).
Одним из важных условий успешной реализации межпредметных связей является знание основных разделов дисциплин. При этом необходимо опираться на знания студентов, полученные ранее при изучении естественнонаучных, общетехнических и специальных дисциплин, что создает базу для изучения техники и технологии на научной основе. Умения правильной организации рабочего места, пользования инструментами, приборами, вычислительной техникой, соблюдение правил техники безопасности, решения задач практического содержания совершенствуются на лабораторно-практических занятиях, где обобщается опыт практических работ, приобретенный студентами на предыдущих курсах. Например, закрепление знаний по инженерной графике происходит в процессе работы студентов с плакатами, чертежами, рисунками и схемами, операционными технологическими картами, отражающими устройство и работу элементов техники. Знание основных разделов курсов «Материаловедение и технология конструкционных материалов», «Обработка материалов резанием», «Гидравлика», «Теплотехника», «Теоретическая механика», «Сопротивление материалов», «Детали машин», «Элетротехника», «Автоматика», «Творческо-конструкторская деятельность», «Экономика» и других позволяют студентам успешнее усваивать конструкцию, выбор материалов, принцип действия узлов и механизмов современных технических объектов, успешно проводить экономические расчеты, правильно оформлять техническую документацию и т.п.
Успешная реализации межпредметных связей в теоретическом обучении может быть при согласовании во времени изучения взаимосвязанных тем. В зависимости от этого согласования, связи между дисциплинами могут быть: предшествующие (опережающие) или последующие (перспективные). Например, разделы инженерной графики, начертательной геометрии и машиностроительного черчения предшествуют изучению кинематических схем и составлению эскизов, что создает благоприятные условия для использования знаний по инженерной графике на занятиях, например, по технологическому практикуму, улучшается доступность и систематичность материалов. Студенты сознательно воспринимают устройство, действие и неисправности. Взаимосвязанное изучение металлообрабатывающей и другой техники со смежными дисциплинами играет важную роль в усвоении студентами научных понятий, явлений и закономерностей.
Межпредметные связи – это связи между основами наук учебных дисциплин, т.е. между структурными элементами содержания, выраженными в понятиях, научных фактах, законах, теориях и реализуемые с помощью следующих методов и дидактических приемов:
- беседы для выявления знаний у студентов, необходимых для изучения данных дисциплин;
- повторения студентами соответствующего материала по смежным дисциплинам перед изучением определенной темы курса;
- демонстрации наглядных пособий и оборудования по другим, смежным предметами.
Важным аспектом в усилении научной направленности изучения курсов является расширение проблемных ситуаций на основе междисциплинарных связей. Принцип изучения в процессе проблемно-поискового характера учебной работы формирует и развивает технические знания и техническое мышление. Существенной их стороной является усвоение комплекса сведений по группам технических объектов, объединяемых общими принципами устройства и работы.
Общетехнические и специальные дисциплины содержат материалы, характеризующие и иллюстрирующие применение оборудования, приспособлений, материалов и инструментов в различных отраслях современного производства [4]. В результате изучения вышеназванных дисциплин будущий учитель технологии приобретает знания и умения по техническим объектам, осознает значение их функционирования в производственном процессе, овладевает умениями и навыками работы с современными материалами, их свойствами, получает знания в области техники, технологии, а, также, развивает техническое мышление. Осваивает принципы действия оборудования при изготовлении объектов, их назначения, устройство, получает практические навыки при составлении технологических карт, схем, рисунков, эскизов и выполнении экономических расчетов с последующей реализацией изготовленной продукции.
Для достижения нашей цели в развитии технического мышления у студентов технологического образования в процессе технологической подготовки будущего учителя технологии мы использовали деятельностный подход взаимосвязанный с овладением системой понятий технико-технологического характера, новыми знаниями и приемами умственной деятельности. Основой подготовки такого рода деятельности студентов является обучение их общим научным принципам функционирования объектов техники (станков, приспособлений, инструментов и т.д.), нахождению общности в многообразии различных объектов техники, анализу отдельных сторон и определению конструктивных форм элементов деталей технических устройств, размеров, эскизировании и выполнению практических и самостоятельных работ, решению задач, направленных на развитие наблюдательности, внимательности, мышления и пространственного воображения, а, также привитию эстетического вкуса, приемов выполнения творческих заданий, развитие бережливости и экономного расходования материалов.
Обучение студентов необходимо проводить с помощью применения в учебном процессе совокупности активных и репродуктивных методов и организации технической деятельности студентов через включение их в процесс решения технических задач, выполнению творческих проектов в системе лабораторно-практических работ.
Например, для описания структуры и функционирования технических объектов наиболее важное значение имеют следующие понятия: «принцип действия», «способ действия», «конструкция», а, также «техническая функция», «технические свойства» и «техническая характеристика», «параметры».
Понятию «принцип действия» соответствует такой уровень рассмотрения строения и функционирования объекта, когда основную роль играет указание на естественный процесс, который имеет место в том или ином устройстве, а, также функциональное описание тех элементов, из которых состоит структура объекта. Принцип действия всегда содержит указание на закон природы, на основании которого функционирует устройство. Но закон природы есть настолько общее понятие, что оно отвлекается от тех предметных структур, в которых обнаруживается его действие. В нем отсутствует указание на морфологические особенности объекта и поэтому он не может служить основой для классификации устройств по принципу действия.
Каждое техническое устройство является особой формой реализации сил природы. В понятие «принцип действия» входит наиболее общая характеристика этой формы, причем ведущее значение имеет рассмотрение естественного процесса, от которого зависят функциональные и морфологические особенности объекта [1;11].
Для этого студентами факультета технологии и предпринимательства филиала Тюменского государственного университета в г. Ишиме был разработан и изготовлен целый комплекс технических объектов учебно-лабораторных установок (электроискровая, высокочастотная электроискровая, поверхностная закалка металлов токами высокой частоты, ультразвуковая обработка конструкционных материалов), которые позволяют студентам изучать сложные физические процессы экспериментально – исследуемой проблемы [13]. На выше названные учебно-лабораторные установки получены патенты на полезную модель [8;9;10].
Например, что ультразвуковые волны, с частотами более 25-30 кГц, являются, по существу, единственным видом волнового процесса, который может рассматриваться с относительно малым поглощением в жидких средах. Это означает, что если в жидкую среду поместить абразивные частицы малого размера, то под действием ультразвуковых волн, возбуждаемых в жидкости, эти абразивные частицы также будут колебаться с той же частотой, что и частицы жидкости. Ударяясь о твердое тело, абразивные частицы выбивают из него небольшие фрагменты, тем самым производя его обработку.
Для получения ультразвуковых волн в настоящее время широко применяются электромеханические, пьезоэлектрические и магнитострикционные излучатели.
В электромеханических излучателях ультразвук возникает в результате преобразований колебаний переменного электрического тока соответствующей частоты в механические колебания излучателя. Устройство пьезоэлектрических излучателей основано на пьезоэлектрическом эффекте. Кристаллы целого ряда веществ (кварц, турмалин, титанат бария и др.) обладают замечательным свойством: если из них определенным образом вырезать пластинку, то при сжатии и растяжении такой пластинки на ее поверхности появятся электрические заряды. В этом и состоит пьезоэлектрический эффект. Этот эффект обратим. Если пластинку покрыть с двух сторон металлическими электродами и присоединить к ним источник переменного напряжения ультразвуковой частоты, то пластинка начнет колебаться с такой же частотой и может служить для возбуждения ультразвуковых колебаний в жидкости. При этом интенсивность этих колебаний сравнительно невелика.
Ультразвуковые колебания большой интенсивности можно получить с помощью магнитострикционных излучателей. Известно, что некоторые ферромагнитные металлы (никель, кобальт и др.) и их сплавы обладают свойством сжиматься или удлиняться под действием переменного магнитного поля. Это явление, называемое магнитострикцией, используется для получения ультразвука большой интенсивности.
Простейший магнитострикционный излучатель – это, например, никелевый стержень, помещенный внутрь катушки, по обмоткам которой пропускается переменный ток ультразвуковой частоты. В катушке возникает при этом переменное магнитное поле той же частоты и стержень в такт с его колебаниями периодически то сжимается, то удлиняется, т.е. совершает механические колебания [7].
В нашем примере принцип действия указывает, по крайней мере, на три основные составляющие в морфологии установки: генератор ультразвуковых колебаний, излучатель и жидкая среда.
Способ действия отличается от принципа действия тем, что указывает не столько на форму проявления физического явления, сколько на предметные комбинации элементов, с помощью которых может быть реализовано содержание, определенное принципом действия.
Очевидно, что все элементы, указываемые в способе действия, должны удовлетворять тем функциональным признакам, которые накладывает на них принцип действия.
Конкретизация морфологического строения объекта осуществляется в «конструкции», под которой понимается совокупность морфологических элементов, входящих в данное устройство. При этом способ действия может быть реализован в нескольких конструкциях.
Функциональные особенности тех или иных устройств могут быть оценены с различной степенью конкретизации. Можно выделить три уровня оценки функционирования устройства, соответствующим понятиям «техническая функция», «технические свойства», «технические характеристики и параметры».
Таким образом, в физике, как в фундаментальной науке, изыскивается принцип действия того или иного технического объекта, в конструкции которого реализуется способ действия, техническая функция, технические свойства, технические характеристики и параметры, что входит уже в функцию прикладных наук.
Из сказанного выше можно сделать следующий вывод, что в результате интегративного межпредметного подхода в процессе преподавания обеспечивается восприятие студентами учебного материала позволяющее создать у них комплексное, целостное представление о предметах, явлениях, устройствах и принципах работы техники, конструкторско-технические знания по этим объектам, что способствует развитию технического мышления у будущих учителей технологии технологического образования.
Список литературы
1. Буглак, П.А. Электрические методы обработки конструкционных материалов [Текст]/ П.А. Булглак. Обучение и воспитание: методика и практика 2013/2014 учебного года: сборник материалов 10 Международной научно – практической конференции / под общ. ред. С.С. Чернова. – Новосибирск: Издательство ЦРНС, 2013. – С.117 – 121.
2. Булашов К.В. Проектная деятельность студентов в условиях современной школы [Текст]/ К.В. Булашов. Актуальные проблемы современной науки в 21 веке: сборник материалов III международной научно-практической конференции часть 2 (г. Махачкала, 28 декабря, 2013г.) – Махачкала: ООО «Апробация», 2013. – с.115 – 118.
3. Дорошенко А.Г. Основы проектирования [Текст]/ А.Г. Дорошенко, В.В. Пискаленко, А.С. Тихонов/Под. ред. А.Н. Ростовцева. – Новокузнецк, КузГПА, 2010. – 125 с.
4. Петелина Е.Б. Теоретическая механика для бакалавров – проблемы, поиски, решения [Текст] / Е.Б. Петелина. Проблемы и перспективы физико-математического и технического образования: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции (Ишим,20-21 ноября 2014 г.) / Под общ. ред. Т.С. Мамонтовой. – Ишим: Изд-во филиал ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет» в г. Ишиме, 2014 – с.181-186.
5. Прохоров М.С. Проектно-конструкторская деятельность в подготовке бакалавра технологического образования [Текст]/М.С. Прохоров. Новое слово в науке и технике: гипотезы и апробация результатов исследований: сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции/ Под общ. ред. С.С. Чернова. – Новосибирск: издательство ЦРНС, 2013. – С.48 – 51.
6. Прохоров М.С. Интеграция естественных основ технологической подготовки школьников и студентов [Текст]/М.С. Прохоров. Проблемы и перспективы развития образования в России: сборник материалов XXV Всероссийской научно-практической конференции/Под общ. ред. С.С. Чернова. – Новосибирск: Издательство ЦРНС, 2014. С. 169 – 174.
7. Сидоров О.В. Электрофизические и электрохимические методы обработки конструкционных материалов: учебное пособие [Текст]/ О.В. Сидоров, А.С. Тихонов; под ред. А. С. Тихонова. – 2-е изд., испр. И доп. – Ишим: изд-во ИГПИ, 2009. – 184с.
8. Сидоров О.В. Установка для исследования термической обработки металлов и сплавов токами высокой частоты [Текст]/ О.В. Сидоров, А.С. Тихонов, А.Н. Ростовцев. Патент на полезную модель RUS 93538 14.12.2009.
9. Сидоров О.В. Учебно-лабораторная установка для электроискровой обработки металлов в жидких средах. [Текст]/ О.В. Сидоров, А.С. Тихонов, А.Н. Ростовцев. Патент на полезную модель RUS 93568 11.01.2010.
10. Сидоров О.В. Учебно-лабораторная установка для исследования процесса обработки токопроводящих материалов в жидких средах с помощью высокочастотного электроискрового разряда. [Текст]/ О.В. Сидоров, А.С. Тихонов, А.Н. Ростовцев. Патент на полезную модель RUS 102122 02.07.2010.
11. Сидоров О.В. Роль интеграции учебных предметов в формировании у учащихся фундаментальных, естественнонаучных и технологических понятий. [Текст]/ О.В. Сидоров, Л.В. Яковлева Вестник Ишимского государственного педагогического института им. П.П. Ершова, 2013. №6 (12) С77-85.
12. Сидоров О.В. Техническое мышление как составляющая системы технологического мышления [Текст] / О.В. Сидоров. Проблемы и перспективы физико-математического и технического образования: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции (20-21 ноября 2014 г.) / Под общ. ред. Т.С. Мамонтовой. – Ишим: Изд-во филиал ФГБОУ ВПО «Тюменский государственный университет» в г. Ишиме, 2014 – С.186-191.
13. Шумков А.Ю. Познавательная и творческая активность студентов [Текст]/ А.Ю. Шумков// Молодой ученый. Ежемесячный научный журнал. – Казань: Издательство, Молодой ученый №2 (61)/2014. – С.888 – 890.