Принцип выделения информационных содержательных линий

В статье рассматривается принцип выделения и наполнения информационно-профессиональных содержательных линий в циклах дисциплин инженерных специальностей вузов. Показаны этапы реализации содержательных линий «алгоритм», «модель», «проект» в общетехнической дисциплине «Детали машин и основы конструирования». Построены экспериментальные зависимости функционирования содержательных линий на информационно-пропедевтическом, учебно-исследовательском и учебно-проектном уровнях комплексной информационно-образовательной базы.

Усиление роли информации, знаний в общественном развитии, постепенное превращение их в основной «капитал» личности принципиально изменяют место инженерного образования в структуре общественной жизни. Прежде всего это относится к тем дисциплинам учебного плана, которые обеспечивают принципы интеграции информационных, фундаментальных и профессионально направленных знаний.

При узком взгляде на образовательные учебные планы инженерных специальностей к таким дисциплинам относятся:

• —    информатика (как наука, имеющая отношение к сбору, передаче, хранению, обработке и отображению информации) — фундаментальная, системообразующая информационная дисциплина, представляющая естественно-научный цикл;

• —    математическое моделирование (процесс создания модели и оперирование ею с целью получения сведений о реальном объекте) — входящая в общетехнический цикл;

• —    системы автоматизированного проектирования (организационно-технические системы, состоящие из комплексов средств автоматизации проектирования, взаимодействующих с подразделениями проектных организаций и выполняющих автоматизированное проектирование) — представляющая специальный цикл.

Две последние — профессионально ориентированные учебные дисциплины, в которых прикладные информационные аспекты рассматриваются как инструмент, используемый в конкретной инженерной специальности.

При широком взгляде на предметы учебного плана конкретной инженерной специальности, обучение которым может производиться на информационной основе, к ним можно отнести курсы, в той или иной форме допускающие частичную или полную автоматизацию обработки информации. Такой особенностью обладают практически все учебные курсы технических специальностей, позволяющие использовать средства информационных технологий — от вычислительных алгоритмов, компьютерных расчетов в естественно-научных дисциплинах до автоматизации моделирования и проектирования в общетехнических и специальных циклах дисциплин, включая курсовые и дипломные проекты. Как модель подготовки будущих инженеров может рассматриваться иерархическая структура обучения, в которой содержание дисциплин различных циклов включает «локальные» и «корпоративные» содержательные линии алгоритм, модель, проект, реализованные в соответствии с описанным ниже образовательным маршрутом.

• 1.    Содержательная линия алгоритм позволяет студенту инженер-

  #Х И. Шабанов, Н. И. Наумкин, 2005

• 2.    Содержательная линия модель дает студенту возможность сформировать и развить системное информационно-техническое мировоззрение, интегрировать знания по различным дисциплинам учебного плана₄ получить навыки работы со специальными моделирующими программами {упрощенное подобие реального объекта, физические модели (макеты); информационные и графические модели (схемы, чертежи, графики, графы, сети, деревья), модели иерархической системы (реализуются в иерархических и сетевых базах данных), вербальные модели (описание на естественном языке, табличные, реляционные), объектно-информационные модели, инкапсуляция (объединение) параметров объекта и действий над ним (реализуются в объектно-ориентированном программировании, прикладном и системном программном обеспечении), математические модели (математические соотношения между количественными характеристиками объекта моделирования — реализуются средствами электронных таблиц, математических пакетов, языков программирования), модели знаний (продукционные и логические модели, факты, правила, язык Пролог), семантические сети: фреймы, база знаний, модель знаний на компьютере}.

• 3.    Содержательная линия проект позволяет студенту инженерной специальности развить конструкторское мышление, получить технологические

ной специальности получить пропедевтические информационно-алгоритмические знания {определение и хранение информации, информационные процессы, представление информации, представление данных, системное и прикладное программное обеспечение, алгоритмизация процессов, языки программирования, технологии работы с текстовой информацией, сетевые информационные технологии, обработка структурированных данных и числовые расчеты, технологии работы с графической информацией}.

знания и навыки работы с учебно-проектными комплексами (CAD/CAM/ CAE-системами), необходимые для выполнения курсовых и дипломных проектов на современном уровне {проектно-конструкторское обеспечение типовых процедур анализа технических объектов (автоматизация системного, схемотехнического, технологического, геометрического, конструкторского, функционально-логического проектирования), математическое обеспечение процедур проектных решений (методы функционального анализа: алгоритмы, модели, численные методы), методы структурного и параметрического синтеза, методы оптимизации}.

В структуре учебных предметов общетехнические дисциплины являются связующим звеном между естественнонаучным и специальным циклами. В системе технологической подготовки инженеров особая роль отводится курсу «Детали машин и основы конструирования». При обучении данной дисциплине на комплексной информационно-образовательной базе1 (КНОБ) информационно-профессиональное содержание последней имеет ряд особенностей.

• 1.    Выделение информационно-тематических составляющих курса и их реализация на различных уровнях:

• 2.    Учет в содержании курса интегрированной взаимосвязи фундаментальных, прикладных и информационных знаний.

• 3.    Реализация информационно-профессионального содержания курса, определенного исходя из анализа межпредметных и внутрипредметных связей, во всех формах учебных занятий.

— информационно-пропедевтическом^-. выбор расчетных методик и алгоритмов решения, подбор материалов деталей по критериям прочности и долговечности, поиск технологических стандартов в архиве базы данных;

— учебно-исследовательском; формирование моделей исследования физико-механических свойств деталей в процессе работы в составе машин;

— учебно-проектном; конструирование и проектирование деталей и сборочных единиц с оптимальными массогеометрическими и технико-экономическими показателями.

Рассмотрим фрагмент построения информационно-профессионального содержания курса «Детали машин и основы конструирования» на образовательных уровнях КИОБ (рисунок).

Информационно-пропедевтический уровень

Принципы организации и формирования электронного архива: а) машиностроительных материалов (чугунов, сталей, сплавов); б) допусков и посадок; в) соединений (сварных, заклепочных, паяных, клеевых, с натягом, кольцами и планками, резьбовых, клиновых, штифтовых, шпоночных, шлицевых, профильных).

Формирование алгоритмов линейной, разветвляющейся и циклической структур, осуществляющих: а) расчет деталей машин на прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость, надежность; б) расчет передач (зубчатых, червячных, цепных, фрикционных, ременных, «винт-гайка»); в) формирование алгоритмов расчета подшипников (качения, скольжения); г) расчет пружин (витых цилиндрических, фасонных, тарельчатых, неметаллических); д) расчет муфт (компенсирующих, подвижных, упругих, сцепных, фрикционных, скольжения).

Учебно-исследовательский уровень

Уровни моделирования динамических процессов механизмов в различных эксплуатационных режимах: а) микроуровень (методы конечных элементов и конечных разностей); б) макроуровень (методы эквивалентирования и функционирования); в) метауровень (методы событийности).

Моделирование и исследование технических устройств с передачами: а) зубчатыми (цилиндрическими, планерными, волновыми); б) червячными (цилиндрическими, витковыми, глобоидными); в) цепными; г) ременными (клиноременными, плоскоременными); д) «винт-гайка», смешанной структуры (зубчато-червячными, зубчато-ременными).

Учебно-проектный уровень

Обеспечение систем автоматизированного проектирования машин: а) математическое; б) техническое; в) методическое; г) программное; д) информационное; е) лингвистическое; ж) организационное.

Уровни КИОБ:

□ информационно-пропедевтический П учебно-исследовательский □ учебно-проектный

Информационно-профессиональное содержание на уровнях КИОБ

Проектно-конструкторские направления в области машиностроения: а) системы автоматизации геометрического моделирования (CAD — Computer Aided Design); б) системы автоматизации технологических процессов (САМ — Computer Aided Manufacturing); в) системы анализа и оптимизации (САЕ — Computer Aided Engineering).

Автоматизация проектирования редукторов: а) зубчатых; б) червячных; в) смешанной структуры; г) транспортных механизмов.

Реализация «локальных» и «корпоративных» тематических модулей в содержательных линиях алгоритм, модель, проект позволяет значительно усилить информационно-профессиональные межпредметные и внутрипредметные связи конкретной инженерной специальности. Например, статистический анализ учебных планов машиностроительных специ альностей ряда вузов позволил установить соотношение между информационно-профессиональным содержанием на различных образовательных уровнях КНОБ. '

Таким образом, выделение и реализация информационно-профессиональных содержательных линий в дисциплинах различных циклов при обучении студентов технических специальностей на комплексной информационно-образовательной базе позволяет повысить качество подготовки инженерных кадров и удовлетворить потребности современных высокотехнологичных предприятий.