Особенности обучения конструированию и моделированию технических устройств в системе начального профессионального образования

Annotation. In article methodical features of training of pupils in designing and modeling of technical devices are defined (on the example of development of a design of the furnace on the fulfilled oil).

Keywords: designing, modeling, technical task, technical device, design task.

Постоянновозникающиепередсовременнымпроизводством сложнейшие технические задачи требуют неординарного подхода к их решению. Творческий поиск, творческая инициатива и интуиция - отличительные черты инженеров, техников и передовых рабочих.

Одной из важнейших задач образовательных учреждений является развитие у учащихся творческой инициативы и самостоятельности, конструкторских и рационализаторских навыков. В связи с этим повышается роль технического творчества в формировании личности, способной в будущем к высокопроизводительному труду, технически насыщенной производственной деятельности.

Обучение конструированию и моделированию технических устройств в сочетании с практическими занятиями помогает учащимся приобрести глубокие и прочные знания в области технических наук, ценные практические умения и навыки; воспитывает трудолюбие, дисциплинированность, культуру труда, умение работать в коллективе. Занимаясь техническим творчеством, учащиеся могут практически применять и использовать полученные знания в различных областях техники, что в дальнейшем поможет им овладеть специальностью.

В процессе создания новых машин и технических устройств можно выделить инженерное прогнозирование, проектирование и конструирование, подготовку и освоение производства.

Инженерное прогнозирование заключается в сборе научно обоснованной информации, отражающейся в виде вероятностной категории потенциальных возможностей развития техники. Делается это для того, чтобы создаваемая машина соответствовала современному состоянию науки и техники и учитывала тенденции их развития на ближайшие 5 - 10 лет.

Основная задача проектирования и конструирования состоит в разработке документации, необходимой для изготовления, монтажа, испытания и эксплуатации создаваемой конструкции. Проектирование обычно предполагает разработку общей конструкции изделия.

Возможны три варианта конструирования: конструируется принципиально новое техническое устройство; существующее техническое устройство заменяется новым; улучшаются отдельные параметры и технико-экономические показатели работающего технического устройства.

Процесс конструирования технического устройства условно делится на этапы. Первый этап - уточнение технического задания от вышестоящей организации. Второй этап - эскизное конструирование. Третий этап - разработка технического проекта. Четвертой этап - создание рабочего проекта.

Основными принципами конструирования являются: надежность, долговечность, технологичность, унификация. В литературе выделяют следующие методы конструирования: метод аналогии, метод объединения, метод секционирования, метод модифицирования, метод копирования, метод оптимального проектирования, метод прототипов.

Моделирование - это построение моделей, предназначенных для изучения и исследования объектов, процессов или явлений.

Как правило, модель по размерам значительно меньше оригинала и, следовательно, дешевле его. Модель может отличаться от оригинала конструктивно, однако во время работы в ней должны наблюдаться те же физические явления, что и в оригинале. Процесс протекания этих явлений изучается для выявления влияния их на модель. На этом основании делаются выводы, которые распространяются на оригинал.

Основные этапы процесса технического моделирования: подготовка технической документации на изготовление модели (технические условия, чертежи, технология); изготовление модели; испытание модели.

На практике применяют три способа моделирования: пол­ное, неполное и приближенное.При полном моделировании процессы, характеризующие изучаемые явления, подобно изменяются и во времени, и в пространстве. При неполном моделировании процессы, характеризующие изучаемое явление, подобны частично. В приближенном модели­ровании между некоторыми параметрами систем или неко­торыми параметрами их режимов не существует соотношений подобия.

Конструирование в учебном процессе предполагает, прежде всего, развитие творческих способностей учащихся в области техники.

Установлено, что творчество учащихся имеет одинаковую с взрослыми психофизиологическую основу: стадии протека­ния, активность и напряжение мыслительных процессов в твор­ческой деятельности детей подобны соответствующим моментам в творчестве взрослых.

Для выяснения педагогического аспекта технического твор­чества в процессе конструирования прибегают к уточнению понятия новизны, которая может быть объективной или субъек­тивной. В учебной деятельности важно, чтобы результат твор­ческого решения был нов для самого учащегося. Получая про­дукт труда, обладающий даже субъективной новизной, учащий­ся развивает свои способности к творческой деятельности в области техники.

Для него сконструировать — значит не только сделать чертеж, но и изготовить техническое устройство. Конкретный технический объект, разработанный и изготовленный учащимся, служит не только критерием верности идей, умственных и прак­тических действий, но их реализации, но и источником новых идей. Известно, что техническое мышление и способности наи­более успешно развиваются в деятельности, сочетающей твор­ческие иисполнительские (практические) элементы.

Выбор объектов конструирования основывается на техниче­ских, психологических и дидактических требованиях: наличии вариативности в конструкторских решениях объекта; доступно­сти (для данного периода обучения) выражения найденного решения в «графической форме; посильности изготовления и на­личии соответствующего оборудования и инструмента, политех­нической значимости объекта; технологичности; общественно полезной направленности конструирования.

На занятиях по техническому конструированию и модели­рованию применяют различные методы и приемы обучения. Чем сложнее занятие и обширнее деятельность педагога и учащихся, тем разнообразнее методы и приемы его проведения.

Обучение учащихся конструированию осуществляется в три этапа: по исчерпывающей технической документации; по сокращенной технической документации; по техническим условиям либо по собственному замыслу.

Первый этап заключается в том, что учащийся создает технический объект по технологической документации, где подробно описан используемый инструмент для изготовления изделия, чертежи изготавливаемых деталей, перечислены выполняемые операции, перечислены примечания к выполняемой работе, а также могут присутствовать различные технологические рекомендации. На втором этапе учащиеся получают не все данные, необходимые для выполнения задания. Часть данных они должны найти самостоятельно, пользуясь справочной литературой, проявляя творческое отношение к разработке конструкции изделия, технологии его изготовления и т.д. Третий этап – это самостоятельная работа учащихся, которая направляется их творческим воображением либо техническими условиями на изделие. Конструирование и моделирование по собственному замыслу это путь к изобретательству. Говоря о моделировании по собственному замыслу на занятиях в мастерских, нужно иметь в виду, что учащиеся не всегда умеют соразмерять свои замыслы с реальными возможностями.

Сведения о процессе, принципах и правилах конструирова­ния педагог дает в виде объяснения, рассказа, беседы. Для создания чувственной основы приобретаемых знаний применя­ют методы демонстраций. Формированию конструкторских уме­ний и навыков способствуют методы практической работы: инструктаж, упражнение в решении задач, коллективное обсуж­дение, манипулятивный метод, самостоятельная работа, подве­дение итогов.

Упражнения в решении задач — эффективное средство развития творческих возможностей обучающихся, так как активная мыслительная деятельность является условием всякого творческого процесса. По содержанию технические задачи делятся на конструкторские и технологические. Кроме того, условно их можно подразделить на типовые и творческие.

Способы решения типовых задач основаны на применении к конкретным условиям общих принципов, на подведении за­данной частной ситуации под какое-то общее правило. У творческих задач обычно несколько вариантов решения, а границы его неопределенно широкие. В настоящее время активно разрабатывается методика по­иска вариантов решения творческих задач. Наиболее часто применяют такие методы, как «мозговая атака», алгоритм ре­шения изобретательских задач (АРИЗ) и др.

Чтобы овладеть процессом конструирования в целом и ус­пешно конструировать, надо, прежде всего, научиться решать конструкторские задачи. Педагог заранее отбирает или состав­ляет их для каждого этапа процесса конструирования, учиты­вая дидактические требования. Конструкторская задача решается в несколько этапов. При­ступая к ее решению, главное внимание уделяют выяснению сути задачи и уточнению конечного результата.После полного усвоения условия задачи переходят к ее анализу. Анализ про­водится в целях выявления технического противоречия и вызы­вающих его причин. Для облегчения поиска путей устранения противо­речия и нахождения способа решения задачи можно предло­жить схему, где намечены отдельные этапы — шаги анализа задачи. Следующий этап решения многих конструкторских задач — выполнение графических, графоаналитических или аналитиче­ских расчетов и последующая проверка их на практике.

В заключении хотелось бы отметить, что выбор методов и их сочетаний на занятии зави­сит от содержания изучаемого материала и цели занятия.

1. Техническое творчество учащихся [Текст]: кн. для бакалавров и учителей технологии / В. М. Заёнчик, В.Е.Шмелев, П.Н.Медведев [и др.] ; под ред. А.А.Карачева. - Ростов н/Д.: Феникс, 2008. - 431с.
2. Колесникова, И.А. Педагогическое проектирование [Текст] / И.А. Колесникова, М.П. Горчакова-Сибирская. – М.: Академия, 2007. – 288 с.
3. Методы обучения учащихся конструированию. [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://studopedia.ru/3_197850_metodi-obucheniya-uchashchihsya-konstruirovaniyu.html