Проектирование содержания реального учебного предмета

В качестве примера рассматривается проектирование содержания предмета "Прикладная механика", раздела "Детали машин" по профилю специальности "Двигатели внутреннего сгорания". Точно спроектировать содержание дисциплины можно лишь с учетом направления подготовки и будущей специальности (специализации) обучаемых. Без учета специфики подготовки студентов система целей предполагает овладение следующими умениями:

• на основе мировоззренческих знаний занимать правильную позицию в нестандартных ситуациях и принимать аргументированное решение по управлению своей деятельностью,
исходя из моральных норм и правил;

• аргументированно опровергать ложные взгляды и трактовки
научных понятий, теорий, картины мира в целом;

• самостоятельно решать конструкторские задачи и оценивать
пригодность различных конструкций приводов машин и их
отдельных узлов;

• исполнять функциональные обязанности должностных лиц по организации анализа технического состояния и конструктивного совершенства разрабатываемых механизмов;

• работать в коллективе, совместно решать проблемы и уметь
брать на себя ответственность за принимаемые решения.

Исходя из главной задачи вуза — воспитания личности специалиста — можно в первом приближении рассмотреть комплекс необходимых воспитательных задач. На всех занятиях следует решать задачи становления коллектива группы и формирования интереса к изучению учебного материала. На большинстве занятий формируются научное мировоззрение, социальная активность и самосознание (целостность, готовность к рефлексии, самоуправление), творческие способности личности, функциональная готовность, связанная с автоматизацией технических элементов деятельности, а также воспитываются чувства ответственности и долга.

Указанный перечень целей является дидактическим основанием для составления направленного на их достижения комплексного задания по разделу. Целесообразно в качестве такого задания представить сценарий дидактической игры. Подготовка и проведение этой игры требуют от педагога много сил, времени, и если она проводится с ограниченной целью (например, только овладения практическими навыками организации какого-либо процесса), то ее воспитательная эффективность оказывается низкой, затраченные усилия не оправдывают себя.

Оптимальная организация дидактической игры предполагает, что в ходе ее студенты не только приобретают и закрепляют необходимые профессиональные умения и навыки, одновременно они учатся видеть себя со стороны, анализировать свою деятельность, оценивать соответствие результатов своего труда и общения требованиям и ожиданиям значимых для них людей, представлять и понимать коллективную деятельность группы, ее цели, распределение ролей в совместной деятельности и свою роль в ней. Наконец, в игре формируются определенные отношения между членами микроколлектива, приобретаются ценные нравственные качества и т.д. Так, одновременно на одном занятии будут решаться как профессиональные, так и воспитательные задачи. Это выразится в идейном, нравственном и профессиональном развитии студентов, что произойдет только при оптимальной организации игры.

Рассматривается укрупненный вариант сценария игры. Группа студентов разбивается на три бригады. Игра проводится в два этапа: на первом — внутри бригады, на втором — между бригадами. Каждая бригада получает техническое задание (ТЗ) на разработку конкретного одноступенчатого редуктора (цилиндрического, конического, планетарного, волнового, червячного); внутри бригады задание варьируется (разные компоновочные схемы, кинематические характеристики, материалы и твердость активных поверхностей зубьев, степень точности изготовления основных деталей и т.д.).

Для определения лучшего решения ТЗ из числа наиболее подготовленных студентов создается экспертная комиссия в составе председателя, секретаря и представителей заказчика. Каждый студент защищает свой проект, предварительно ознакомившись с требованиями экспертизы. Результаты рассмотрения проектов оформляются решениями, которые затем направляются для дачи заключений экспертным советом факультета (кафедры). На втором этапе лучший проект каждой бригады защищается на научно-техническом совете (НТС), который рассматривает его с конструкторской, технологической и экономической точек зрения и дает рекомендацию на изготовление опытного образца. В работе НТС принимают участие все студенты группы, разбившись предварительно на конструкторов, технологов и экономистов. После разработки сценария дидактической игры можно установить окончательный перечень общеучебных умений по разделу. К ним относятся: умения воспринимать и осмысливать знания; закреплять и применять их; планировать, анализировать и синтезировать результаты своей деятельности; выполнять задания и осуществлять самоконтроль в условиях индивидуальной и коллективной деятельности; самостоятельно ставить в новой ситуации цели и задачи учебной деятельности; критически оценивать свою деятельность в личном и социальном аспектах и корректировать ее ход. Овладение студентами этими умениями способствует укреплению интереса к предмету и формированию положительных мотивов учебных действий. После этого строится древовидный граф целей и выявляются основные темы.

Теперь необходимо разработать итоговые задания по каждой теме и определить последовательность их выполнения. Например, по теме "Червячные передачи" задание может быть сформулировано следующим образом: "Произошла остановка работы редуктора, вызванная его неисправностью. Вы — эксперт. Каковы возможные причины неисправности? С чего следует начинать экспертизу? Расскажите о технологии проведения анализа неисправности. Дайте рекомендации по ремонту передачи".

Другой пример. "Какие конструктивно-технологические решения при одинаковом моменте на тихоходном вале Т_Т положительно сказываются на КПД передачи и относительной массе y = m/Т_т, где m — масса редуктора, Т_т — момент вращения тихоходного вала?"

Для управления деятельностью студентов при решении этого класса нестандартных задач целесообразно дать им инструкцию или указания по порядку выполнения задания:

• составить четкое представление о нормальных параметрах
и условиях работоспособности изучаемого объекта или процесса
(знание эталона);

• сравнить параметры, указанные в условии задачи, с эталоном;
принять решение о проектировании системы мер по отысканию
неизвестного в задаче.

Рациональная последовательность изучения тем может быть выявлена путем построения квадратной матрицы межтемных связей (табл. 3.3). Строками матрицы являются базовые темы, а столбцами — формируемые темы. Заполнение матрицы осуществляется следующим образом: двигаясь по каждой строке слева направо, начиная с первой темы, устанавливают непосредственные связи 1-й темы со всеми другими j-ми темами; при наличии связи определяется степень проникновения j-й темы в j-ю тему, выраженной в уровнях обученности. Эта операция совершается по всем строкам. Цифра 2 соответствует уровню "знать", цифра 3 — уметь решать стандартные задачи, а цифра 4 — уметь решать нестандартные задачи. Наличие треугольной формы рабочего поля матрицы свидетельствует о правильной последовательности про хождения тем раздела.

После проведения такой работы приступают к разработке целей обучения по вопросам каждой темы и системы тренировочных заданий. Для определения рациональной последовательности изучения вопросов строится матрица внутритемных связей (табл. 3.4). Ее форма и заполнение аналогичны первому случаю, только по строкам и столбцам откладываются вопросы темы. В указанной матрице также отсутствуют элементы, расположенные ниже главной диагонали; следовательно, выбранная последовательность изучения вопросов верна. Отсутствие пустых столбцов в матрице свидетельствует о единственном варианте изложения материала темы.

Таблица 3.5. Матрица межтемных связей раздела "Детали машин"

Темы раздела									Число связей
1. Общие сведения и основы проектирования деталей машин	X
2. Фрикционные передачи
3. Зубчатые передачи
4. Червячные передачи
5. Передачи с гибкой связью
6. Валы, оси и опоры
7. Соединения деталей машин (муфты)
8. Комплексное задание (курсовой проект)

Таблица 3.4. Матрица внутритемных связей раздела "Червячные передачи"

Вопросы темы							Число связей
1. Общие сведения
2. Кинематические параметры и КПД
3. Силы в зацеплении
4. Расчет прочности зубьев
5. Неисправности и меры по их предупреждению
6. Итоговое задание по теме

Таблица 3.4. Матрица межпредметных связей раздела "Детали машин"

Темы раздела	Формируемые курсы	Число связей	Уровень усвоения
1. Основы проектирования деталей машин	0/0	2/3	3/3	2/3	2/0
2. Фрикционные передачи	0/3	3/2	3/3	2/3	2/0
3. Зубчатые передачи	2/3	3/2	3/3	3/3	2/2
4. Червячные передачи	2/3	3/2	0/3	2/3	2/2
5. Передачи гибкой связью	2/3	2/2	3/3	2/3	2/2
6. Валы, оси и опоры	3/3	3/2	3/3	2/3	2/2
7. Соединения деталей машин (муфты)	0/3	4/3	4/4	3/3	4/2
	Базовые курсы

Примечания: 1 — математика; 2 — физика; 3 — теоретическая механика и сопромат; 4 — материаловедение и технология горячей обработки; 5 — основы стандартизации, допуски, посадки и технические измерения; 6 — обработка резанием; металлорежущий инструмент и станки; 7 — грузоподъемные и транс портные устройства; 8 — теория, конструкция и расчет ДВС; 9 — экономика, организация и планирование производства; 10 — дипломное проектирование.

Для разработки фрагмента сквозной программы по специальности и формирования требований к базовым курсам строится матрица межпредметных связей (табл. 3.5). Делается это так: чертится прямоугольная таблица — матрица, у которой первая строка — формируемые курсы, а последняя — базовые курсы, другие строки нумеруются по числу тем раздела. Столбцы матрицы имеют двойную нумерацию: в числителе откладываются номера формируемых курсов по учебному плану специальности, в знаменателе — номера базовых курсов, на которые опираются темы. Заполняется матрица следующим образом: каждый элемент матрицы — есть дробь, числитель которой отражает связь данной темы с формируемыми курсами, а знаменатель — связь с базовыми курсами. Матрица свидетельствует о сильной связи содержания раздела с базовыми и формируемыми курсами.

Из анализа матриц можно определить, на каком уровне излагать вопросы тем и составлять требования к базовым курсам. На основе разработанных заданий и матриц формируется содержание раздела. В соответствии с принятой концепцией деятельностного подхода это содержание может быть упорядочено по следующим видам знаний: мировоззренческие, мотивационные, понятийно-описательные, теоретические и ориентировочные знания. Воспитательно-развивающая функция обучения раскрывается, главным образом, через первые два вида знаний.

В состав мировоззренческих знаний входят знания-убеждения позволяющие преобразовать сложившиеся стереотипы, существующую систему взглядов с учетом новых научных данных. Сюда же может быть отнесен набор социальных и производственных нестандартных ситуаций, включающих не только правильные, но и сбивающие воздействия: ошибочные позиции и мнения, "подсказки", дефицит времени, эффект большинства. Правильное решение по предъявленной ситуации позволяет сделать вывод, что готовность к применению усвоенных социально важных знаний устойчива.

Мотивационные знания направлены на решение побудительной и направляющей функций учебной информации. Отобранный учебный материал должен способствовать эффективному формированию профессиональной мотивации, включающей два ведущих мотива учения: интерес и долг. В нем содержатся занимательные эмоционально-насыщенные тексты из сферы будущей производственной деятельности студентов: материал, показывающий актуальность, общественную и личностную значимость изучаемых объектов для понимания социальных проблем, явлений природы. Формирование чувства долга в учении связано с раскрытием основных требований, предъявляемых профессией к овладению требуемыми знаниями и умениями, творческим подходом к решению производственных задач, что обеспечивает успех в дальнейшей трудовой деятельности.

В состав понятийно-описательного знания входит учебная информация, не требующая доказательств. Главными здесь являются понятия, раскрываемые суждения и умозаключения. Понятия фиксируются в виде определений, отражающих существенные (общие и отличительные) признаки предмета. В логическую структуру понятия входит также его объем, определяемый как совокупность предметов, на которое оно распространяется.

Теоретические знания содержат учебную информацию, требующую доказательства (методика расчета, основания устройства, выводные формулы и теоремы). Доказательство как логический способ обоснования истины является продолжением понятийно-описательного материала, так как объяснить и доказать нужно только то, что первоначально было описано и развернуто с помощью определений. В структуре различают анализ ситуации и постановку задачи (формулируются положения, которые требуется доказать), выдвижение гипотезы решения и построения модели; отбор необходимых аргументов и демонстрацию процесса доказательного рассуждения.

Рис. 3.2. Схема ООД по оценке технического состояния двигателя:

1 — цель деятельности; 2 — определение степени утраты работоспособности двигателя; 3, 4, 5 — соответственно характер и положение дефекта; материал детали; условие диагностики; 6 — действие по контролю; 7, 8, 9 — соответственно вид, метод и средства контроля; 10 — прогноз работоспособности и принятие решения.

Ориентировочное знание — это знание о том, как должно выполняться новое действие. Структурные компоненты этого знания отражаются в схеме ООД. В нее входят знания о конечном продукте и предмете деятельности, о средствах преобразования и контроле действий и, наконец, алгоритмические предписания по выполнению действий. Работа со схемой ООД предполагает, что усвоение знаний осуществляется через усвоение соответствующих действий и операций, продуктом которых и являются сами знания. Целесообразной формой представления схемы ООД является граф-дерево. На рис. 3.2 показан граф "умений" оценивать техническое состояние двигателя; здесь построена структура диагностической деятельности инженера-механика и выделены главные моменты.

Психолого-педагогический анализ структур тем взятого раздела из предмета "Прикладная механика" послужил основой для составления графа содержания раздела "Детали машин" (рис. 3.3). При составлении графа соблюдены следующие принципы:

1) изучение раздела начинается с темы, которая в наибольшей мере отвечает основе построения структурно-логической схемы курса;

2) предложенное построение материала обеспечивает оптимальные условия для формирования технического мышления;

3) предлагаемая структура отражает психологические закономерности учебного материала.

Содержательная сложность выделенного здесь учебного материала может быть охарактеризована такой количественной

1 Детали машин

Части привода

Виды передач

Виды отдельных деталей

Соединения

Итоговые задания по темам (РГЗ)

Техническое задание на разработку привода (КП)

Выполнение КП

Виды расчетов

Перечень чертежей

Защита курсового проекта

Рис. 3.3. Структурно-логическая схема раздела "Детали машин":

1 — наименование учебного курса; 2.1 — механические передачи; 2.2 — виды отдельных деталей; 2.3 — соединения; 3.1 — фрикционные передачи; 3.2 - зубчатые передачи; 3.3 — червячные и винтовые передачи; 3.4 — редукторы, моторедукторы, роботы; 3.5 — передачи гибкой связью; 4.1 — валы и оси; 4.2 - подшипники; 4.3 — корпусные детали; 5.1 — соединения вал-ступица; 5.2 - резьбовые соединения; 5.3 — неразъемные соединения; 5.4 — муфты; 6.1 - итоговое задание "Передачи"; 6.2 — итоговое задание "Валы и опоры"; 6.3 —1 итоговое задание "Соединения"; 7— техническое задание на разработку привода; 8.1 — схемы ООД по выполнению расчетов; 8.2 — разработка чертежей; 9.1 - кинематический расчет привода; 9.2 — расчет открытой передачи; 9.3 — расчет передачи редуктора; 9.4 — предварительный расчет валов; 9.5 — подбор муфт 9.6 — подбор и расчет долговечности подшипников; 9.7 — расчет посадок и соединений; 9.8 — уточненный расчет валов; 10.1 — эскизная компоновка редуктора; 10.2 — сборочный чертеж редуктора; 10.3 — габаритный чертеж привода; 10.4 — рабочие чертежи деталей; 11 — защита курсового проекта.

характеристикой системы, как степень графа р, равная отношению удвоенного числа связей к числу учебных элементов. В нашем случае р = 70/33 ~ 2,12, что свидетельствует об удовлетворительной структурной сложности состава системы знаний-умений раздела "Детали машин". Критерий сложности учитывается при проектировании учебного процесса для оценки меры труда и меры времени, необходимых для усвоения содержания на требуемом уровне.

Порядок формирования содержания учебного процесса, который изложен выше, приближает уровень обучения к требованиям реформ, не ломая традиционные рамки. Но нужно помнить о том, что со временем учебный материал устаревает и требуется его обновление. Основными факторами, влияющими на изменение содержания подготовки специалистов, являются:

• новые руководящие документы, регламентирующие процессы
проектирования, создания и эксплуатации техники;

• современные достижения науки и техники, новые научные
результаты, а также передовой производственный опыт, накопленный в отрасли;

• оптимизация учебного процесса с точки зрения эффективного формирования в учебном заведении личности специалиста.

Процесс корректировки содержания, связанный с первыми двумя факторами, включает содержательный анализ отобранного нового материала, его структурирование, построение новых меж- и внутри-предметных связей. Здесь можно действовать не по цепочке "цель—задание", а сразу обновлять весь набор целей учебного процесса: новые цели курса — цели тем — цели вопросов каждой темы. После этого можно осуществить корректировку всех заданий.

Корректировка содержания по третьему фактору связана с анализом текущей успеваемости студентов, итогов экзаменационных сессий, а также отзывов после трехлетней работы молодых специалистов. Анализ проводится с целью выявления типичных затруднений и причин неуспеваемости студентов.

Изложенные подходы к формированию содержания учебного процесса с включением системы усложняющихся заданий для поэтапного формирования продуктивного мышления студентов позволяют упорядочить и активизировать процесс изучения нового материала, способствуют повышению прочности усвоения и положительно сказываются на развитии их профессиональной мотивации и технического мышления.

Задание. На основании изложенного материала и его интериоризации с учетом требований Государственного образовательного стандарта спроектируйте (модернизируйте) содержание учебной дисциплины, которую вы ведете или планируете освоить в своей педагогической деятельности.

Реализация данного задания возможна по указанной ниже схеме ООД, включающей принципы:

1) целостности основных направлений современной науки, производства и отрасли, т.е. обобщенности и систематизированности содержания;

2) единства и дифференциаций эмпирического и теоретического
вида содержания, научного и практического значения его составных,
обеспечивающих определение главных, наиболее существенных
компонентов целей обучения;

3) полноты содержания в пределах времени, отведенного на
изучение данного предмета;

4) преемственности содержания с учетом уровня усвоения ранее
полученной информации при изучении базовых предметов;

5) схематизации и моделирования содержания;

6) соответствия содержания предмета возможностям учебно-материальной базы вуза с учетом перспектив ее развития на
ближайший период.

Знание названных принципов поможет вам не только проектировать или модернизировать содержание учебного процесса, но и более осознанно подходить к выделению главного, существенного в самом процессе преподавания предмета.

Итак, имеющееся содержание учебного процесса нужно подвергнуть анализу на предмет обеспечения поставленных целей обучения. Работу эту можно выполнять в такой последовательности:

1-й этап: анализ содержания на предмет выявления дублирования и обеспечения преемственности как на внутрипредметном, так и на межпредметном уровнях. На внутрипредметном уровне такой анализ — простая операция, осуществляемая с помощью матриц внутрипредметных связей. На межпредметном уровне проводятся построения и анализ матриц межпредметных связей для выявления пересекающихся знаний, а также их временной корреляции. На этом основании можно сделать заключение о целесообразности включения той или иной информации в массив содержания данного учебного предмета.

Реализация принципа преемственности особенно актуальна для учебных предметов, которые имеют аналоги в довузовском обучении. В этом случае необходимо провести тщательный анализ информации, изучаемой в данный период. Необходимо выявить сходств и различия с целями обучения и предварительным массивом содержания проектируемой дисциплины. Повторение на прежнем уровне известного материала недопустимо.

При совпадении ряда позиций в предметном и тематическом составах учебного предмета и его довузовского аналога необходимо корректировать массив содержания в сторону придания ему большей обобщенности и корректности. Вместе с тем частные элементы информации из довузовского курса не следует игнорировать и начинать обучение как бы "с нуля". Эти элементы информации необходимо включать в канву обобщенного содержания, апеллируя к нему и опираясь на него как на уже известное обучаемым.

Для осуществления данного этапа предлагается такая последовательность действий:

1) сделать внутрипредметный анализ содержания массива, выявить повторы и перекрывающую друг друга информацию, сделать
необходимую корректировку;

2) сопоставить имеющийся массив учебного предмета с
массивом довузовского аналога, установить их пересечения и
сделать необходимую корректировку;

3) сделать анализ настоящего массива на межпредметном уровне
с помощью матриц межпредметных связей. Выявить знания из
других учебных предметов, перекрывающие или дублирующие друг
друга, привлекая к обсуждению представителей всех заинтересованных кафедр; обеспечить взаимную согласованность содержания взаимосвязанных учебных предметов, исключить дублирование;

4) на основе анализа межпредметных связей сформулировать
требования к другим учебным предметам в части материала,
обеспечивающего данный учебный предмет.

2-й этап: анализ содержания на предмет обеспечения принципа его обобщенности. Принцип обобщенности содержания предполагает целесообразность сведения многообразных частных и конкретных элементов информации к общему содержанию о классах, типах и видах объектов и процессов, с которыми имеет дело данный учебный предмет.

3-й этап: анализ содержания учебного предмета с позиции реализации принципа единства эмпирической и теоретической направленности. Данный принцип отражает строение научного содержания, включающего обязательно как эмпирической (описательный) материал, так и теоретический (объяснительный разных уровней). Такой состав возникает как результат познавательного движения по формуле: от наблюдения и эмпирического описания (живое созерцание) через теоретическое описание от абстрактного к идеальному конкретному (абстрактное мышление), а от него к реальному конкретному, т.е. к практике.

К эмпирической информации относятся: описание объектов и процессов, их свойств и характеристик на уровне явлений, т.е. фактология, различные классификации по внешним, несущественным признакам; установление сходных отношений; введение первичных эмпирических понятий.

К теоретической информации относятся: объяснительные схемы различных уровней; развитый понятийный аппарат, относящийся к сущностным характеристикам объектов и процессов; построение и описание теоретических моделей объектов и явлений различных уровней.

Соотношения объемов эмпирической к теоретической информации специфичны для каждого учебного предмета. Они определяются типом и целями обучения учебному предмету. Последовательность введения эмпирической и теоретической информации может быть различной. В некотором роде это уже вопрос, относящийся не к самому содержанию, а к технологии его структурирования и изложения. Для реализации принципа единства теоретической и эмпирической информации рекомендуется следующая последовательность действий разработчика:

1) проанализировать содержание учебного предмета, дифференцируя в нем эмпирическую и теоретическую информацию;

2) по всем описываемым в учебном предмете объектам, процессам и действиям установить наличие эмпирического и теоретического компонентов содержания;

3) оценить необходимое соотношение объемов эмпирической
и теоретической информации по каждому из объектов, процессов, действий;

4) в случае несбалансированности содержания по некоторым
ключевым объектам необходимо сделать соответствующую корректировку: дополнить, исключить или изменить объем того или
иного материала.

Отсутствие в массиве одного из этих видов содержания нарушает познавательную цепочку, разрывая корреляцию между описательным и объяснительным материалом.

4-й этап: анализ содержания с позиции его полноты и внутренней целостности. Рассмотрение массива содержания в плане обеспечения всех целей обучения позволяет сформировать его необходимые компоненты. Вместе с тем этого содержания может оказаться недостаточно с точки зрения самосогласованности массива. Для изложения некоторых его элементов могут потребоваться дополнительные элементы информации, ранее не вошедшие в массив.

Для обеспечения научной целостности учебного предмета в массив содержания включается полная система основных идей и концепций науки. Последнее необходимо даже в том случае, если эти знания не предусматриваются задачами профессиональной деятельности специалиста, а потому не включены в систему целей обучения по данному учебному предмету. Дело в том, что указанные задачи формулируются, как правило, исходя из оценки современного состояния этой деятельности или ее ближайшей перспективы. Вместе с тем, чтобы обеспечить возможность профессионально компетентной деятельности специалиста в будущем, его необходимо учить всем основным фундаментальным знаниям данной науки. Последовательность действий разработчика:

1) проверить внутреннюю обеспеченность массива содержания;

2) в случае необходимости включить недостающую информацию;

3) сопоставить массив содержания учебного предмета с общей
матрицей содержания данной науки, отраженной в научных обзорах, монографиях и учебных пособиях по этой науке в целом и
отдельным ее областям. Сделать анализ отсутствующих элементов и установить целесообразность их включения в массив в виде
дополнительной информации;

4) специально проработать вопрос о необходимом уровне пол
ноты и развернутости дополнительной информации, включаемой
в массив содержания;

5) на основании результатов (п. 4) сделать необходимые дополнения в массив содержания на требуемом уровне обобщенности и развернутости.

Резюме

В этой главе изложены основы постановки и решения дидактической задачи как первой составляющей (условно) педагогической системы (см. рис. 1.1); показан генезис и дано определение категории "Технология обучения "; приведены дидактические подходы к проектированию целей обучения и учебной деятельности; рассмотрена технология проектирования и совершенствования учебного предмета с иллюстрацией отдельных приемов на примере курса «Детали машин»; обращено внимание на то, что знания, умения и навыки следует развивать не как самоцель, а как средство развития личности, ее «политехнических» социальных установок, как условия для развития творческого мышления, организационных способностей, эмоционально-волевых качеств и т.п. В весьма сжатом виде (на уровне ключевых слов) содержание данной главы, а также то, чему посвящается следующая, изображено на рис. 3.4.