Решение интегративных задач при подготовке бакалавров технического направления

В современных условиях меняются позиции человека в производственной деятельности. Рабочие новых специальностей сами определяют алгоритм действий, который связан с анализом сложных технических проблем и требует развитого творческого мышления и самостоятельного пополнения своих знаний, что обусловлено постоянно меняющимися и все более совершенствующимися средствами труда. Указанные причины являются основанием для пересмотра требований к процессу обучения. В работе технического вуза очень важно обеспечить развитие каждого обучаемого с учетом его индивидуальных особенностей, выработать умение глубоко анализировать явления, привить навыки самостоятельной работы и стремление получать новые знания. Поэтому перед преподавателями наряду с формированием системы знаний стоит задача развития творческой личности. Обучение не должно сводиться только к простой передаче знаний и умений, необходимо, чтобы обучаемые пополняли, закрепляли, углубляли и конкретизировали полученные теоретические знания и умения и на их основе приобретали умения и навыки по избранной профессии.

Одним из средств, способов активации познавательной деятельности учащихся являются (интегративные) межпредметно-межцикловые связи, ориентирующие студентов на практическое применение знаний, умений и навыков в реальных условиях производства, на слияние этих знаний в единую систему путем взаимопроникновения общеобразовательных, общетехнических, специальных дисциплин и производственного обучения. Систематическое применение обучаемыми межпредметных связей позволяет использовать определенный математический аппарат в процессе учебы и труда, понимать научные законы и закономерности, используемые при создании технических объектов и разработке технологических процессов, выявлять возможности использования конструкционных материалов, области и условия их применения, конструировать новые технические объекты, овладевать передовыми приемами работы в соответствии с научно-техническим прогрес- сом в отрасли производства.

Реализация межпредметно-межцикловых связей в процессе учебно-производственной деятельности обучаемых осуществляется различными способами. Один из них – решение проблемных учебно-производственных задач политехнического характера, предлагающее применение знаний, получаемых при изучении общеобразовательных дисциплин, для выполнения заданий, основанных на материале общетехнических и специальных предметов. Политехнический характер задач с производственным содержанием отражается в тех ситуациях, которые представлены в условиях и исходных данных этих задач. Политехнические ситуации связаны с решением учебно-производственных заданий по предметам естественно-математического и профессионально-технического цикла.

Мы рассмотрим проблемные учебнопроизводственные задачи политехнического характера в виде интегративных задач по физике, математике, химии и спецтехнологии. Выбор термина «интегративные задачи» объясняется тем, что данные задания отличаются от обычных межпредметных, требующих привлечения общетехнических и специальных знаний для иллюстрации естественно-научных явлений и законов.

Интегративные задачи, как правило, связаны с производственно-техническими ситуациями, при решении которых естественно-научные знания используются как элемент практикопознавательной деятельности. В результате этого ранее усвоенные естественно-научные знания обогащаются возможностью их практического применения. Это тем ценно, что о возможности применения тех или иных естественно-научных закономерностей обучаемые узнают не из объяснения преподавателя, а в результате собственной познавательной и практической деятельности.

Это способствует, с одной стороны, повышению осознанности усвоения знаний учащимися, с другой – формированию устойчивой мотивации социально-трудовой активности.

Реализация межпредметно-межцикловых связей, осуществляемая студентами в процессе решения интегративных задач по предметам естественно-математического и профессиональнотехнического циклов, способствует формированию у обучаемых единой по структуре и содержанию системы знаний более высокого уровня по сравнению со знаниями, приобретаемыми ими при изучении отдельных, общеобразовательных, общетехнических и специальных дисциплин.

Интегрированные задачи содержат проблемные задания, дополненные комментариями, в которых раскрывается необходимость актуализации знаний, являющихся опорными для решения данной задачи, определяются основные затруднения, которые могут возникнуть перед обучаемыми в процессе решения и пути их преодоления. Способы преодоления затруднений необходимо подобрать так, чтобы обеспечить максимальное участие учащихся в решении задания, исключить прямую подсказку со стороны преподавателя, сократить затраты учебного времени на решение задания. Организованное таким образом управление учебно-познавательной способностью учащихся не исключает, а предлагает и способствует развитию познавательной деятельности обучаемых, облегчает усвоение ими способов решения проблемных заданий, организации мыслительной деятельности.

Например, решение интегративной задачи, требующей знаний материала физики электротехники.

Пример 1. В конструкции электроизмерительных приборов предусмотрено использование различного типа демпферов – устройств для прекращения колебаний стрелки прибора. Модель демпфера индукционного тока состоит из магнита, жестко соединенного со стрелкой, и неподвижного проводящего кольца. Как изменятся колебания полосового магнита (жестко соединенного со стрелкой), подвешенного на пружине, если на его пути расположить замкнутое проводящее кольцо?

Данную задачу дополняем комментарием: проблемность задачи станет отчетливее после демонстрации преподавателем двух одинаковых пружинных маятников, один из которых проходит через алюминиевое кольцо.

Более быстрое затухание маятника, проходящего через кольцо, студенты могут объяснить возникновение индуктивного тока. В случае затруднения предлагается опыт с использованием демонстрационного гальванометра для получения индукционного тока. Важно, чтобы обучае- мые отчетливо представляли преобразование энергии при затухании этих колебаний.

Применение задачи целесообразно при актуализации знаний учащегося, необходимых для усвоения знаний, происходящих в колебательном контуре, а также понимания принципа действия и конструкции демпферов индукционного типа.

Пример задачи по физике, требующей знания спецтехнологии.

Пример 2. В устройствах поверхностной закалки инструментов и изделий широко используются колебательные контуры. Как изменятся свободные электромагнитные колебания в колебательном контуре, если при ремонте катушки индуктивности, сохраняя то же количество витков, намотать провод меньшего сечения?

Комментарий. Количество витков катушки не изменится. Это значит, что ее индуктивность сохраняет прежнее значение. Учащиеся делают вывод, что частота колебаний не меняется, и обычно этим ограничиваются. Для продолжения решения необходимо дополнительно обратить их внимание на то, что уменьшилось сопротивление провода и, следовательно, возросло активное сопротивление катушки. После такой подсказки учащиеся без труда отвечают, что колебания в этом случае будут затухать быстрее и КПД устройства снизится.

Задача используется на этапе применения новых знаний о преобразованиях энергии в колебательном контуре и при изучении способов термической обработки стали.

Пример 3. Молодой токарь, производя закалку резцов, рассуждает следующим образом: «Раскаленный резец охлаждают в воде или машинном масле. Если резец опустить в воду, она закипит. Образующаяся “паровая рубашка”, обладая небольшой теплопроводностью, будет играть роль теплоизолятора, разделяющего раскаленный резец и охлаждающую жидкость. При погружении резца в масло такой “подушки” не образуется. Значит, в машинном масле резец будет охлаждаться». Верны ли его рассуждения?

Ошибку в рассуждениях токаря можно выявить, если сравнить теплоемкость воды и машинного масла. Охлаждающая способность их различна: если принять охлаждающую способность воды при температуре 20 С0 за единицу, то охлаждающая способность масла будет равна 0,2–0,4. В зоне термитных превращений (650 С0) вода охлаждает в 5–6 раз быстрее, чем масло. Кроме того, нужно учитывать, что вода применяется для охлаждения углеродистых сталей, а маслом – для легированных.

Установление и осуществление межпредмет-но-межцикловых интегративных связей в процессе решения задач особенно эффективно при дифференцированном обучении. Дифференцированное обучение в вузе, усиление профессиональной направленности предметов естественно-математического цикла, разработка интегрированных курсов и дидактических материалов по общеобразовательным и профессиональнотехническим дисциплинам для студентов позволит улучшить их профессиональную подготовку.

Интегративные задачи, таким образом, составляются различного уровня сложности – от воспроизведения учебного материала до задач проблемного характера с применением знаний и практического опыта в новых производственных ситуациях, что позволяет преподавателям выбирать на том или ином этапе обучения задачи для разных контингентов обучаемых в соответствии с целями и задачами дифференцированного обучения.