Технология интеграции естественно-научных и специальных дисциплин при подготовке специалистов агроинженерного профиля

УДК 378.147:5

Е.В. Дырнаева, ст. преподаватель

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Самарская государственная сельскохозяйственная академия», г. Кинель

технология интеграции естественно-научных и специальных дисциплин при подготовке специалистов агроинженерного профиля

Резервы повышения эффективности подготовки кадров заключены не в частных усовершенствованиях отдельных компонентов неизбежно растянутой во времени линейно-дискретной профессиональной подготовки молодежи, а в усилении интегральных начал, в обеспечении целостности процесса и результатов учебно-воспитательной работы и разносторонней деятельности будущих специалистов.

Известно, что любой технический объект (машина, аппарат, технологический процесс), с которым имеет дело будущий специалист, существует как единство его конструктивного решения, технического выполнения и тех законов естествознания, которые лежат в основе его устройства и действия. В педагогических целях система образования расчленяет единство этих взаимосвязей. Явления и законы естествознания изучаются в фундаментальных дисциплинах, а технические объекты и технологические процессы — в общеинженерных и специальных курсах. Этап же интеграции, синтеза получаемых по разным предметам знаний в значительной степени пока что предоставляется осуществлять самим студентам без направляющей роли преподавателей.

Как показывает опыт, к этому не подготовлено большинство студентов. Неразработанность проблемы взаимосвязи фундаментальной и специальной подготовки приводит к тому, что система знаний, умений и навыков студентов представляет собой конгломерат слабо связанных сведений, комплексно они не используются на практике, а также не служат для самостоятельного добывания новых знаний, формирования профессиональных компетенций.

При разрешении этого противоречия, прежде всего, следует исходить из того, что учебный план подготовки специалистов должен представлять собой не механическую сумму слагающих его дисциплин, а их органическое единство и тесную взаимосвязь на основе усиления профессиональной направленности образования.

Как этого добиться, сохранив логику построения и политехническую значимость каждой дисциплины естественно-научного и специального циклов и в то же время обеспечив их тесную взаимосвязь со специальностью?

Связь естественно-научных дисциплин с профессиональным обучением должна решаться на ос-

нове диалектического единства интеграции и автономии этих компонентов. При определяющей роли специальности связь между естественно-научными, общепрофессиональными и специальными дисциплинами должна осуществляться так, чтобы ни один из курсов не попадал в подчинение к другому. Каждый из них, испытывая влияние другого, должен сохранять свою самостоятельность и своеобразие, иметь свою логическую систему, связанную с системами и последовательностью раскрытия содержания в других составных частях обучения.

Реализацию такого подхода покажем на примере технологии интеграции физики с общепрофессиональными и специальными дисциплинами при подготовке специалистов агроинженерного профиля.

Прежде всего, необходимо вопросы программ естественно-научных дисциплин связать с техникой и технологией сельского хозяйства, не нарушая их логики и теоретического «ядра». Например, при разработке содержания программы связи физики с техникой очень важно было найти такой объект в области механизации сельского хозяйства, в котором в концентрированном виде прослеживалось бы проявление большинства физических процессов и закономерностей.

Кроме того, этот технический объект должен быть знаком большинству студентов, а лежащие в его устройстве и действии физические явления и закономерности были бы известны студентам еще из школьного курса физики. Эти требования особенно важны, потому что осуществление намеченных связей должно вестись с самого начала обучения студентов физике (в то время еще не изучали общепрофессиональные и специальные дисциплины по специальности агроинженерии).

Таким объектом, в котором ярко проявляются основные физические процессы и который лежит в основе механизации сельского хозяйства, несомненно, является двигатель внутреннего сгорания.

Программа интеграции физики с техникой была построена на основе анализа физических основ устройства и действия этого основного объекта агроинженерии. При этом использовался не только личный опыт автора в преподавании физики будущим специалистам сельского хозяйства, но и многочисленные методические разработки ученых и пе-

89

дагогов — практиков. Фрагмент программы связей курса физики с вопросами устройства и действия узлов двигателя внутреннего сгорания как основного объекта в системе механизации сельского хозяйства дан в (табл. 1).

Изучение научно-педагогической литературы, передового опыта и собственная преподаватель-

ская деятельность автора позволили определить приоритетные формы связи физики с общепрофессиональными и специальными дисциплинами на лекциях, семинарах, при проведении лабораторных и практических занятий в процессе обучения студентов сельскохозяйственного профиля (табл. 2).

Таблица 1

Фрагмент программы связей курса физики с сельскохозяйственной техникой

№ п/п Тема курса физики Проявление физических закономерностей в сельскохозяйственной технике

1 2 3

1 Кинематика материальной точки. Равномерное и равнопеременное движение Поршни, толкатели, клапаны совершают прямолинейное поступательное движение. Коленчатый вал, распределительный вал, зубчатые колеса коробки передач совершают вращательное движение

2 Динамика материальной точки. Законы Ньютона Применение маховика большой массы для обеспечения равномерного вращения коленчатого вала двигателя внутреннего сгорания. Изготовление поршней из легких сплавов для уменьшения их инертности. Силы тяги трактора, упругая сила рессор, трения между колесами автомобилей и полотном дороги

3 Фундаментальные взаимодействия и силы На основе третьего закона Ньютона вращающиеся с определенной силой колеса действуют на землю, а земля с той же силой действует на колеса и через них на всю часть трактора, комбайна

4 Механическая работа, мощность, энергия. Законы сохранения в механике Мощность ДВС различных машин. Кинетическая энергия движущихся автомобилей, тракторов, комбайнов. Меры безопасности при движении транспорта на спуске

5 Вращательное движение твердого тела. Момент силы. Момент инерции Рычаги переключения передач, ручного тормоза, рычаг привода рулевого управления. Зубчатая передача коробки передач. Вращение колес, карданного вала, автомобиля, трактора, комбайна

6 Гармонические колебания и волны Колебание стрелки спидометра, гусениц трактора, кабины и кузова комбайна, сигнал вибрационного типа на тракторе К-700, определение неисправности двигателя по характеру звука работающего двигателя

7 Молекулярно-кинетическая теория. Газовые законы Свойства газов, получающихся при сгорании горючей смеси. Использование адиабатического процесса для зажигания рабочей смеси в двигателе Дизеля

8 Основное уравнение МКТ. Уравнения Больцмана и Клаузиуса Действие термостата. Система охлаждения автомобиля, трактора, комбайна. Предупреждение кипения воды в системе охлаждения ДВС

9 Явления переноса. Законы Ньютона, Фика, Фурье Применение воды в качестве охлаждающей жидкости в двигателе. Количество теплоты, выделяющейся при сгорании топлива в цилиндрах двигателя, частично передается различным деталям, охлаждающей воде и окружающей среде

10 Основы термодинамики Преобразование тепловой энергии в механическую в ДВС. Нагревание окружающей среды (холодильника) при работе двигателя за счет теплоты сгорания топлива.

11 Электростатика. Закон Кулона Электризация корпуса комбайна, бензовоза при трении о них стеблей растений. Отведение зарядов через цепь, соприкасающейся с землей

12 Электростатическое поле. Теорема Гаусса Периодическое возникновение электростатического поля между электродами свечи в системе зажигания ДВС.

13 Потенциал и разность потенциалов Конденсатор в прерывателе-распределителе, в магнето трактора, в устройстве звукового сигнала

14 Постоянный электрический ток. Закон Ома. Законы Кирхгофа ЭДС аккумуляторов, генераторов тока и магнето автомобиля, трактора и комбайна. Выделение теплоты и свечение спиралей от прохождения по ним тока в лампах освещения и сигнальных лампах у автомобилей, тракторов, комбайнов

15 Магнитное поле. Закон Био-Савара-Лапласа Магнитное поле в статоре и роторе стартера, генератора электрической энергии, в катушке зажигания, в магнето

16 Силы, действующие в магнитном поле. Эффект Холла Принцип работы стартера, как электродвигателя постоянного тока

17 Электромагнитная индукция. Явление самоиндукции Получение токов высокого и низкого напряжения с помощью магнето трактора, в катушке системы зажигания, в генераторе автомобиля, трактора, комбайна

18 Электромагнитные колебания. Элементы теории Максвелла Во время возникновения электрической искры между контактами прерывателя излучаются электромагнитные волны

Окончание табл. 1

1 2 3

19 Элементы геометрической оптики Фары с дальним и ближним светом, отражение света от асфальта, земли; стеклянные рассеиватели света фар; сферические зеркала комбайна, автомобиля, трактора

20 Волновая оптика. Явление дифракции, интерференции, дисперсии Явление интерференции используется при определении качества шлифовки стальных деталей автомобиля, трактора, комбайна; святящиеся краски используются на дорожных знаках, шкалах различных приборов

21 Тепловое излучение. Законы Кирхгофа, Вина, Стефана-Больцмана Светящиеся спирали электрических лампочек, фар; инфракрасное, тепловое излучение работающего двигателя. Тепловое излучение обрабатываемой почвы

22 Явление фотоэффекта. Масса и импульс фотона Использование фотоэлемента в конструкции автоматических устройств, автоматического привода ворот гаража для автомобиля, трактора, комбайна

23 Физика атома. Квантовая теория строения атома водорода По степени радиоактивного излучения судят о качестве фильтров ДВС. С помощью радиоактивного фосфора проверяется износ автопокрышек

24 Строение ядра атома. Ядерные реакции и их основные типы Измерение радиоактивности деталей автомобиля, трактора, комбайна; обработка почвы; учет времени радиоактивного полураспада при решении вопроса о возможности введения радиоактивно зараженных площадей в севооборот

Таблица 2

Формы связи физики с общепрофессиональными и специальными дисциплинами

№ п/п Форма занятий Форма связи физики со специальностью студентов

1 Лекция Введение спецкурсов по физике, раскрывающих физические основы технологических процессов, лежащих в основе получаемой студентами специальности (физика земли). Приглашение для чтения обзорных лекций по физике ведущих профессоров специальных кафедр (физика механизации сельского хозяйства). Выступление с лекцией по физике руководителей сельскохозяйственных предприятий (использование физики в рационализаторской деятельности механизатора). Постановка проблемы на примере нарушения четкой работы механизма (выявление причин плохого запуска двигателя трактора при низкой температуре). Включение в лекцию демонстраций по проявлению физических закономерностей в технических устройствах (демонстрация действия катушки зажигания двигателя при изучении явления электромагнитной индукции). Включение в лекцию выступлений студентов по демонстрации изучаемого по физике явления в сельскохозяйственной технике (физика неразрушающих методов контроля прочности механизмов и машин) и т. п.

2 Семинар Развитие коммуникаций: дискуссия, пресс-конференция, аукцион, диалог, бенефис. Формирование состязательности: ролевая игра, турнир, конкурс, дуэль, эстафета. Развитие творческих и исследовательских умений: рецензия, комментарий, мозговая атака, изобретательная и исследовательская деятельность

3 Лабора- торная работа Введение лабораторных работ, тесно связанных с изучаемыми студентами технологическими процессами, например, по технологии сварки: «Движение заряженных частиц в электрических и магнитных полях», «Определение работы выхода электрона из металла», «Изучение работы лазера» и т. п. Постановка лабораторных работ исследовательского характера: «Определение параметров кристаллической решетки металлов рентгеновским методом», «Определение остаточных напряжений сварных и паяных соединений», «Физические основы магнитной дефектоскопии» и т. п. Постановка лабораторных работ по физике на приборах промышленного типа: «Исследование осциллографа», «Измерение сопротивление проводника мостом Уинстона», «Знакомство с видеосъемкой», «Физические основы звукозаписи и звуковоспроизведения». Последнего типа лабораторные работы особенно полезны для ознакомления будущих педагогов профессионального обучения с техническими средствами фиксирования информации

4 Практи- ческое занятие Подбор учебных задач, адекватных профессиональным. Формирование у студентов профессиональных умений при решении задач по физике: постановка задач на инженерном языке; диагностирование физических явлений, заложенных в конструкции и действии механизма; классификация физико-технических объектов, расчет их параметров и т. п.

5 Учебное проекти- рование Использование метода учебных проектов при изучении всех тем курса физики: практикоориентированные, информационные, ролевые, творческие, исследовательские, межпредметные, индивидуальные, групповые, парные, реальные курсовые проекты. Изучение физических основ изобретений и рационализаторских предложений работников базовых предприятий

Важной составной частью технологии интеграции естественно-научных и специальных дисциплин являются специфические средства обучения. К ним следует отнести электронно-вычислительные машины, разнообразные технические средства обучения, аудиовизуальные средства: кино, радио, телевидение, звукозаписывающая и воспроизводящая техника (табл. 3).

Эффективность интеграции естественно-научных и специальных дисциплин при подготовке специалистов агроинженерного профиля значительно повышает преемственное применение и сочетание разнообразных методов обучения. Ю.К. Бабанский подчеркивал: «Для оптимального построения учебного процесса необходимо применить такую процедуру выбора методов, в которой взаимосвязанная деятельность учителя и учащихся представала бы во всей ее полноте и многосторонности, отражая все богатства накопленных дидактических методов и приемов обучения, открывая простор для внедрения новых вариантов их, а не сводилась бы к использованию одних методов в ущерб другим, без которых невозможно обеспечить всестороннего и гармонического развития личности» [1].

В самой классификации методов обучения просматривается попытка отразить преемственную взаимосвязь деятельности педагогов и обучаемых, т. е. бинарный подход — единство преподавания и учения. В связи с этим Ю.К. Бабанский выделил три группы методов, составляющих относительно целевую совокупность: методы организации и самоорганизации учебно-познавательной деятельности, методы стимулирования и мотивации учения, методы контроля и самоконтроля эффективности обучения. Такая система методов

обучения ориентирована на развитие творческих способностей обучающихся и на формирование их познавательной самостоятельности. Самоорганизация, стимулирование, мотивация, самоконтроль становятся составной частью учебного процесса.

В таблице 4 представлены различные типы методов связи преподавания естественно-научных дисциплин с получаемой студентами специальностью.

Интеграция естественно-научных и специальных дисциплин, формирование ключевых компетенций будущих специалистов агроинженерного профиля содействует также расширению политехнического кругозора студентов.

Если не придерживаться определенных принципов, то в погоне за удовлетворением «сиюминутных» потребностей производства и новейшей технологии в подготовке специалистов агроинженерного профиля можно пойти по пути сугубо практического, узкоспециализированного образования, которое предполагает подготовку кадров для сегодняшней деятельности [2].

Опыт и практика показывают, что такие узкие специалисты, отвечающие на первых порах требованиям производства, быстро отстают от современных темпов развития техники и непрерывно обновляющейся технологии. Педагогическая наука и практика доказывают ценность иного подхода к профессиональному образованию, в котором обеспечивается интеграция психолого-педагогической, гуманитарной, естественно-научной и специальной подготовкой будущих специалистов.

Политехнические знания есть продукт интеграции между закономерностями основ наук, техникой и технологией производства, естественно-научной

Таблица 3

Средства интеграции естественно-научных и специальных дисциплин

№ п/п Средства обучения Дидактическая направленность средств обучения

1 Натуральные объекты Актуализация внимания, удивление, любопытство, занимательность

2 Макеты и модели Задействование ассоциативной памяти, любознательность, интерес

3 Печатные учебные материалы Повышение уровня информированности, расширение кругозора. Удобство хранения информации, возможность постоянного использования

4 Лабораторные устройства и материалы Развитие практических умений, навыков, формирование творческих способностей и умений, значимость деятельности

5 Устройства для светопроекции Доступность к разнообразным техническим устройствам, их уникальным фотографиям и рисункам

6 Аудиальные средства обучения Умение слушать и слышать, формирование языковой культуры, интерес к технике, формирование эстетических чувств

7 Аудиовизуальные средства Формирование всесторонней культуры, расширение познавательных умений и навыков

8 Дидактические Получение конкретных знаний, самоконтроль и самокоррекция своих действий

9 Компьютеры Современность, необходимость в профессиональной деятельности, быстрота и качество расчетов, иллюстраций и результатов

10 Средства массовой информации Развитие общей культуры и повышение информированности

Таблица 4

Методы обеспечения связи преподавания естественно-научных дисциплин с получаемой студентами специальностью

№ п/п Классификация методов обучения Дидактическая направленность методов обучения

1 Информационные методы обучения (беседа, лекция, рассказ, консультация, демонстрация, экспертиза, доклад, обзор, отчет, объяснение, речь, иллюстрация, сообщение, кинопоказ, инструктаж, анализ различных носителей информации, экскурсия, интервью, встреча с известными людьми) Исторический ракурс, яркие исторические факты, биография ученых, возбуждение внимания, практическая необходимость материала и его ценность для интеллектуального развития, удивление, возбуждение, любопытство, задействование ассоциативной памяти, умение общения, установления связей физических закономерностей с общепрофессиональными, специальными дисциплинами, с техникой и технологией сельскохозяйственного производства

2 Оперативные методы (работа с учебниками, опорными схемами, алгоритмами, ориентировочными карточками, поэтапное формирование знаний, практические методы, упражнения, «делай так, как я», тренинг, программированное обучение, АОС, эксперимент, самостоятельная работа) Создание ситуации, авансирующей успех, работа на будущее, стремление к цели, внимание к содержанию, поощрение, предъявление учебных требований, групповая работа, самостоятельное достижение результата, критика и самокритика, составление планов, анализ случаев из практики, общечеловеческая ценность знания. Обеспечение связи теории с практикой, реализация межпредметных связей, достижение целостности получаемых знаний и практических умений

3 Творческие методы обучения (анализ конкретных ситуаций, беседы по Сократу, деловая игра, деловая корзина, форум, обсуждение вполголоса, «думай и слушай», инновационная игра, лабиринт действий, программа саморазвития, студия активного случая, эвристика, метод контрольных вопросов, метод проб и ошибок, творческий диалог, проблема-тизация, метод «круглого стола», имитационная игра, проектирование и т. д.) Создание познавательных противоречий, проблемно-поисковых ситуаций, эмоциональный настрой, учение, основанное на деятельности, любознательность, анализ событий, разрешение инцидентов и конфликтов, исследование обстоятельств, игровой азарт, ролевая игра, использование ЭВМ, самоанализ деятельности, рефлексия преподавателя и студентов, коллективный поиск, похвала, знание о возможностях, ожидание, формирование ключевых профессионально-педагогических компетенций, обеспечение творческого саморазвития будущих педагогов профессионального обучения на основе профессионально-направленного преподавания физики

4 Методы контроля или обратной связи (зачет, экзамен, доклад, текущий, рубежный и итоговый контроль, анкетирование, викторина) Закрепление полученных знаний, доведение их до уровня навыков и умений, ретроспективный анализ, соревновательность, положение в группе, рейтинг, хит-парад, качество достигнутых результатов, переход от контроля к самоконтролю, ценность контролируемых характеристик, открытость диагностики, достижение поставленных целей, количественные критерии уровня знаний, достижения в области интеллектуального развития, оценка своей деятельности и деятельности товарищей, вознаграждение, удовлетворение, обеспечение понимания физических основ техники и технологии сельскохозяйственного производства

и трудовой подготовкой, обучением и производительным трудом студентов. Они являются результатом систематизации, синтеза и обобщения знаний о типичных, общих сторонах объектов и процессов сельскохозяйственного производства и их научных основ.

Важным свойством политехнических знаний является их динамичный характер. Политехнические знания непрерывно изменяются вместе с развитием науки, сельскохозяйственного производства и их взаимоотношениями. Это предъявляет определенные требования к уровню мышления обучаемых, формированию умения быстрого овладения общими способами деятельности в условиях обновляющейся техники и технологии. Общие научно-технические основы современного производства и средства деятельности его участников имеют временный характер ввиду стремительного развития науки, техни-

ки и технологии. Поэтому поиски общего с целью «упреждающей» подготовки специалистов широкого политехнического профиля необходимо вести в направлении изучения тенденций современной научно-технической революции [3].

В связи с необходимостью расширения политехнического кругозора следует рассматривать в качестве обязательного при профессиональной подготовке будущих специалистов агроинженер-ного профиля совершенствование их навыков в области электротехники, радиотехники, овладения ими современными техническими средствами обучения.

Для более глубокого ознакомления будущих агроинженеров с техникой, технологией и производством, развития навыков анализа производственных процессов студентов следует чаще посылать на производственную практику на образцово по-

93

Таблица 5

Основные направления расширения политехнического кругозора будущих специалистов агроинженерного профиля

№ п/п Форма расширения политехнического кругозора Содержание деятельности будущего педагога профессионального обучения

1 Систематическое ознакомление с новинками науки и техники Чтение научно-популярных, педагогических и методических журналов, газет. Прослушивание радиопередач и просмотр видеофильмов. Беседы со специалистами различного профиля: педагогами, инженерами, передовиками производства, рационализаторами, учеными

2 Сбор и систематизация материалов по достижениям современной науки и техники Выписки достижений в науке и технике на специальные карточки, вырезки отдельных статей и их комплектация в папки по темам и разделам спецдисциплин. Привлечение к сбору этого материала студентов с предварительным выставлением представленных ими материалов на стенде «Новости науки и техники»

3 Политехнический анализ техники и технологии базового предприятия Проведение экскурсий на объекты сельскохозяйственного производства, подбор натуральных объектов техники для занятий по спецтехнологии и производственному обучению, сбор информации для составления задач, тесно связанных с техническими проблемами местного сельскохозяйственного производства

4 Приобретение новых практических умений и навыков Приобретение навыков видеосъемок, использование на уроках спецдисциплин ЭВМ возможностей Мете!, навыков вождения и ремонта автомобилей, технического моделирования и изобретательства

5 Участие в коллективной работе по повышению политехнического кругозора Посещение заседаний методических объединений педагогов профессионального обучения. Прослушивание сообщений ученых, рационализаторов и изобретателей о достижениях современной техники и технологии. Выполнение лабораторных и практических работ на современной исследовательской аппаратуре: спектроскопе, электронном микроскопе, лазерной технике и т. п.

ставленные предприятия. Программа такой практики должна иметь явно выраженную политехническую направленность [4].

Основной формой расширения политехнического кругозора будущего специалиста в области агроинженерии должна стать работа по собственному саморазвитию. В таблице 5 представлены основные виды деятельности студентов сельскохозяйственного вуза по расширению их политехнического кругозора.

Опытно-экспериментальное определение эффективности представленной технологии интеграции естественно-научных и специальных дисциплин при подготовке специалистов агроинже-нерного профиля показало, что реализация этой технологии:

• значительно повышает мотивацию обучения будущих специалистов сельскохозяйственного профиля;

• формирует у студентов видение проявлений естественно-научных закономерностей в технике и технологии сельскохозяйственного производства;

• развивает у будущих агроинженеров умения обосновывать особенности устройства и действия узлов сельскохозяйственной техники на основе полученных теоретических знаний;

• повышает уровень профессиональной компетентности будущих специалистов сельского хозяйства;

• содействует формированию профессионально значимых личностных качеств студентов.

Список литературы

1. Бабанский, Ю.К. Оптимизация учебно-воспитательного процесса / Ю.К. Бабанский. — М.: Просвещение. — 1982. — 192с.

2. Дырнаева, Е.В. Профессиональная направленность преподавания физики будущим педагогам профессионального обучения в области механизации сельского хозяйства: материалы международной научной конференции «Тати-щевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» / Е.В. Дырнаева // Гуманитарные науки и образование. Актуальные проблемы современных региональных СМИ. — Тольятти: Волжский университет им. В.Н. Татищева. — 2006. — С. 244-246.

3. Дырнаева, Е.В. Проблема профессиональной направленности курса физики в подготовке инженера-педагога сельскохозяйственного вуза: материалы международной научной конференции «Татищевские чтения: актуальные проблемы науки и практики» / Е.В. Дырнаева // Гуманитарные науки и образование. Ч. 2. — Тольятти: Волжский университет им. В.Н. Татищева. — 2007. — С. 118-128.

4. Дырнаева, Е.В. Профессиональная направленность физики в сельскохозяйственных вузах: методические рекомендации для преподавателей / Е.В. Дырнаева. — Кинель: РИЦ СГСХА, 2008. — 42 с.