Возможности лабораторного практикума как обучающей технологии инновационного формата

ществующая практика выполнения лабораторных работ по техническим дисциплинам имеет ряд недостатков. Содержание теоретического курса определяет содержание лабораторного практикума, но в разных вузах он реализуется по-разному. С одной стороны, есть набор обязательных работ, демонстрирующих и доказывающих основные теоретические положения дисциплины, но, с другой стороны, наличие оборудования и площадей, материальная база вуза, квалификация обслуживающего персонала и, наконец, личность преподавателя делают этот перечень лабораторных работ случайным. При этом число лабораторных работ невелико, результаты часто повторяются, что приводит к шаблону, потере индивидуальности, а лабораторный практикум вместо нового знания дает подтверждение давно установленных истин.

ТАТЬЯНА АЛЕКСЕЕВНА МИХАЙЛИЧЕНКО кандидат технических наук, доцент кафедры теплофизики и промышленной

экологии Сибирского государствен ного индустриального университета. Сфера научных интересов: теплотехнические аспекты обработки металлов, реализация новых образовательных стандартов в учебном процессе, технологии активного обучения, методическое обеспечение учебного процесса с использованием современных технических средств. Автор более 100 публикаций

Особенно сложно добиться индивидуализации задания, если используются установки с большой инерционностью выхода на показатели стационарного режима, что часто является необходимым условием лабораторной работы.

При традиционном подходе защита лабораторных работ каждым звеном или подгруппой студентов проходит отдельно, что лишает возможности сравнения результатов разных звеньев и ознакомления с типичными ошибками опытов.

В настоящей работе изложена авторская методология проведения лабораторных работ, отличительными признаками которой являются использование гибких перенастраиваемых обучающих систем, индивидуализация заданий, вариативный объем проверяемых теоретических положений, кооперация при выполнении работ и публичное представле- ние их при защите, элементы исследования и анализа процессов.

Идея реализации гибких перенастраиваемых систем в промышленности была введена в 70-х годах XX века. Одной из таких систем был обрабатывающий центр в металлообработке, где осуществлялось сразу несколько операций. Практика использования гибких перенастраиваемых систем показала их высокую эффективность, особенно при переходе с одного изделия на другое или с одной технологии на другую, что сейчас называют диверсификацией производства.

Возможность использования гибких перенастраиваемых обучающих систем в лабораторном практикуме была заявлена нами еще 20 лет назад, и с той поры получен положительный опыт ее реализации [1, 5, 6]. Особенностью этой системы является сосредоточение в одной лабораторной установке оборудования и элементов, позволяющих проводить несколько лабораторных работ, что является аналогом обрабатывающего центра для выполнения нескольких технологических операций.

Подбор планируемых работ на одной установке требует их априорной оценки по нескольким параметрам. Первый из них - востребованность работы, т.е. необходимость ее выполнения. В случае если работа предназначена для проверки одного из основных положений теории, ее должны выполнить все студенты. На такой установке не следует соединять большое число работ, иначе она будет всегда занята и недоступна для студентов.

Исходя из возможной комбинации работ выбираются оборудование, датчики и приборы для проведения замеров, например на модели трубопровода можно изучать ряд явлений, относящихся к процессу движения в трубах (потеря давления, распределение скоростей и т.п.), каждое из которых является целью проведения лабораторной работы.

Такой предварительный анализ позволяет сосредоточить в одной установке с учетом ее загруженности и оснащенности элементы нескольких работ.

Научно-техническое обеспечение гибкихперенастраиваемых обучающих систем целесообразно развивать на базе модульно-компонуемых аппаратных и программных средств в составе автоматизированных комплексов. Наряду с натурными физически моделируемыми предметными звеньями (приборами, механизмами, датчиками, преобразователями и т.д.), необходимо все более широко использовать возможности их образной компьютерной имитации с динамическими картинками внешней и внутренней структуры на телевизионных индикаторах и мониторах. Имеет смысл переложить значительную часть аппаратурно реализуемого представления в нынешних лабораториях на компьютерную имитацию.

При этом возможно привлечение компьютерных технологий для производства так называемых виртуальных лабораторных работ. Сопоставление результатов физического (натурного) моделирования с данными, полученными на компьютерах, позволит вселить в обучающихся уверенность в истинности результатов и положений теории и даже на уровне подсознания создать доверие к методам обучения.

Возможна комбинация натурных и компьютерных исследований, когда полученные на простых натурных системах (лабораторных установках) данные используются в качестве исходных при компьютерном исследовании более сложных систем. Использование виртуальных лабораторных работ позволяет накопить большой экспериментальный матери ал, который может быть использован для статистических оценок результатов эксперимента.

Одной из особенностей выполнения лабораторного практикума на основе гибких перенастраиваемых обучающих систем является индивидуализация задания для каждой рабочей подгруппы. При этом необходимо давать какую-либо «классическую» проблему (а их в курсе может быть несколько) на проработку нескольким подгруппам и обеспечить условия кооперации между этими подгруппами. Одна из подгрупп получает задание на обобщение результатов всех подгрупп, выполнявших одну и ту же работу. Во-первых, при этом достигается увеличение объема выборки данных лабораторных работ, что позволяет повысить их достоверность, а во-вторых, производится определение средних величин и сравнение результатов по подгруппам.

При таком подходе помимо увеличения достоверности результатов лабораторных работ студенты обучаются основам их анализа, когда сравнивают свои данные с данными других подгрупп. Это создает у них тот поведенческий стереотип, который должен быть присущ любому исследователю на уровне подсознания. И не важно - это твои товарищи по группе или авторы какой-то статьи по изучаемому вопросу. Это вырабатывает также навык критического восприятия любой информации, заставляет думать и принимать решения, что и является основными особенностями мышления инженера.

Публичные слушания (конференции) являются необходимым элементом предлагаемой методологии лабораторного практикума. Прежде всего, сама форма защиты результатов работы будет повышать чувство ответственности студентов за представленные результаты и выводы.

Неправильные результаты будут сразу замечены при сравнении с данными других подгрупп, а комментарии преподавателя или, что еще лучше, выступления или замечания студентов из других подгрупп создадут атмосферу активности и конкурентности. Последнее качество, основанное на естественном желании сохранить собственное достоинство, необходимо развивать всеми способами, ибо реалии жизни требуют от инженера и специалиста всегда и всюду бороться за высокие оценки своей деятельности, и часто отнюдь не за академические оценки.

Вторая причина обоснования публичной формы защиты результатов - это увеличение объема информации, получаемой в результате выполнения лабораторного практикума. Студент не только услышит дополнительные сведения и комментарии к работе, которую он выполнял, но и узнает о тех работах, которые выполняла соседняя подгруппа.

Публичная форма защиты должна развить и повысить культуру речи, создать опыт обще ния с аудиторией, помочь формулировать и излагать свои мысли. Эти элементы образования инженера становятся все более необходимыми с учетом тенденций современной социальной жизни. Технические средства позволяют человеку, который хочет изложить информацию, получить ее или обменяться ею, не общаться непосредственно с другим носителем (получателем) информации, так как есть Интернет и другие средства коммуникаций. Все более набирающая силу тенденция использования тестов в обучении и компьютерного контроля знаний лишает студента возможности развивать свою речь. Между тем именно речь или вторая сигнальная система, как ее называл великий русский физиолог И.П. Павлов, отличает человека от животных. Уменьшающаяся речевая практика, усугубленная засорением языка и использованием жаргонных выражений, столь модных среди молодежи, противоречит всем целям и просвещения, и образования.

Следует отметить, что научный мир, несмотря на все многообра зие современных средств общения, не отказался от публичных форм представления и обсуждения информации.

Особое место в практикуме занимают исследовательские работы, в которых определяется только цель. В реальной ситуации перед инженером тоже ставится только цель, что предполагает незаданность, а отсюда и самостоятельность в выборе средств ее достижения. Таким образом, задача реального инженера при проведении эксперимента с логической (алгоритмической) точки зрения должна быть противоположна той задаче, которая ставится при выполнении традиционного лабораторного практикума.

Вместе с тем имеется возможность уже при выполнении лабораторного практикума организовать работу студента по алгоритму выработки решения, что и является, как уже отмечалось, сутью инженерной деятельности.

В соответствии с практикой инструментального обследования объекта, агрегата студенту указываются установка, объект, где будут проводиться исследования, а также цель исследования. Студент (экспериментатор) изучает установку, ее возможности, набор датчиков и инструментов. После этого он намечает программу (план) эксперимента, который может быть основан на той или иной стратегии.

В простейшем случае это может быть пассивный натурный эксперимент, когда перебором значений входных факторов устанавливается их связь с выходным фактором, что и составляет цель работы. В других случаях возможна активная форма эксперимента, основанная на теории планирования эксперимента или на теории подобия, когда требуется априорная оценка условий опытов.

При постановке задачи преподаватель устанавливает только цель, остальные этапы (выбор параметров и интервалов их варьирования, проведение замеров, обработка результатов наблюдений, их представление и интерпретация) осуществляются студентами самостоятельно и согласуются с руководителем (преподавателем). Поэтому в этом случае нет необходимости предоставлять студентам методические указания по выполнению работ, так как их составление (плана экспериментов) и есть задача, поставленная перед исполнителями. Вместе с тем такие указания могут существовать для одной

или двух исследовательских работ как структурный образец для разработки их студентами.

Таким образом, следует отметить, что лабораторный практикум в виде комплекса инновационных моментов (индивидуализация задания на лабораторный практикум, использование гибких перенастраиваемых систем, проведение в рамках практикума исследовательских работ, публичная защита результатов опытов и др.) способствует формированию у будущего специалиста способностей (компетенций) решать задачи, выдвигаемые самим содержанием деятельности инженера. Следует отметить, что исследовательские лабораторные работы - это деятельность творческая, поэтому она может быть формализована только частично. Основной упор в ней делается на взаимодействие преподавателя и студентов, чтобы направить их совместные усилия на решение поставленной задачи. В этом и заключается суть новой профессиональной позиции преподавателя высшей школы, которая регламентируется новыми образовательными стандартами.

В заключение отметим, что методологическая концепция данного лабораторного практикума позволяет в процессе его проведения формировать у студентов такие компетенции, как интегрирование знаний из разных областей науки и техники для решения поставленной задачи, умение обмениваться идеями, информацией, знаниями и опытом, отстаивать свою позицию, презентовать результаты своей деятельности с использованием современных технических средств и др. [2]. А формирование инновационно-ориентированных специалистов - это актуальная задача образования и залог потребности в выпускниках вузов на рынке труда в условиях экономики, основанной на знаниях.