МОДУЛЬ 2. Методы проектирования технических устройств

2 Введение Понятие о классификации личностных качеств творческого человека. Творчество гения, таланта и исполнителя по Канту. Понятие об общечеловеческих объективных и эмоционально-субъективных ценностях. Мечта и пути её реализации. Отражение мечты и народных традиций в литературном и художественном творчестве, в фольклоре народов мира. Алгоритмы развития действия в русских народных сказках. Сочинение сказки по собственному замыслу. 10 Воображение и фантазия Значение воображения и фантазии в научном и техническом творчестве. Научная фантастика в развитии воображения. Технические предвидения Т. Компанеллы, Д.Свифта, Ж. Верна, Г. Уэльса, А. Беляева, В. Немцова и др. Фантастические произведения И.Обручева, И.Ефремова, Л.Кэррола, Л. Азимова, Э.Брэдбери и других. Патентное бюро фантастики П.Эмнуэлля. Регистр научно-антастических идей, ситуаций, проблем Г.Альтшуллера. Сочинение фантастических рассказов с использованием приёмов из арсенала Г.Альтшуллера. 10 Восприятие и воображение Значение восприятия и воображения в различных религиозных системах самопознания и самосовершенствования. Роль воображения в методах народных целителей, колдунов, шаманов. Воображение и инерция мышления. Профилактика некоторых личностных качеств (тревожность, стеснительность, зажатость, неловкость, неуклюжесть и др.) Психотехнические упражнения и тренировки по возбуждению направляемого воображения. 10 Технология развития памяти и мышления Понятие о мышлении и памяти. Технологии поиска новых технических решений. Работы Г. Александрийского, Леонардо да Винчи, Г.Галилея, Р.Декарта, Б.Спинозы, Д.Пойа и других о технологиях, развития мышления. Составление поговорок, загадок с использованием известных приемов направленного мышления. 10 Психология технического творчества Понятие о психологии технического творчества. Работы отечественных специалистов: М.В.Ломоносова, Л.Эйлера, И.И.Кулибина, П.Л.Чебышева, А.А.Потебни, П.К.Энгельмеера и др. Разработки настольных игр типа «Кубики для конструктора», «Лото юного конструктора» и т.п. 10 Технические задачи и особенности поиска новых технических решений Понятие о классификации технических задач, о классификациях машин и механизмов и о технической эстетике. Технологии составления задач на основе выявления технических противоречий. Работы Г.С.Альтшуллера, А.И.Половинкина. Понятие о некоторых способах (технологиях) активизации мышления в процессе решения технических задач. Работы Ф.Цвики, Дж.Гордона, Ф.Ханзена, А.Р.Осборна, Н.И.Середа, Г.Я.Буш, Дж.Диксон, В.Гильде, Р.П.Павилейко и других. Выявление технических противоречий в известных машинах и механизмах. Составление каталога технических противоречий. Тренировка в использовании известных технологий активизации мышления в поиске технических решений. 10 Особенности ролевых игр и психотренингов Понятие о психотехнических, ролевых играх и тренингах. Некоторые способы выбора и распределения ролей. Учет личных особенностей при выборе той или иной роли. Понятие об оптимальном наборе ролей в том или ином творческом объединении. Понятие об исполнительском мастерстве той или иной роли, например, главный конструктор, главный технолог, главный теоретик и др. Подготовка и проведение ролевой игры «Разработка технического проекта по замыслу учащихся», (например «Город моих детей», «Встреча с братьями по разуму» и др.). 12 Самодиагностика и особенности принятия решений Понятие о путях и способах развития творческих способностей человека. Работы П.М.Якобсона, А.Н.Леонтьева, В.В.Давыдова, С.Л.Рубинштейна, Я.А.Понамарева, Т.В.Кудрявцева, В.Г.Разумовского и др. Диагностика уровня развития способностей в играх и с использованием компьютеров. Конкурс фантастических проектов. Выставка работ. Защита проектов. 6 Процесс конструирования Понятие об особенностях результатов рационализаторской и изобретательской работы. Патентные банки данных об имеющихся технических решениях. Машинные методы поиска технических решений. Компьютерное моделирование технических устройств и технологий. Понятие об особенностях моделирования (проектирования) процесса разработки технических устройств и производственных технологий. Характеристика некоторых продуктивных технологий поиска решений технических (конструкторских, технологических и организационных) задач. Ознакомление с некоторыми машинными программами поиска технических решений. Разработка модели процесса конструирования технического устройства. 4 Особенности «мозговой атаки» Понятие о правилах «атаки». Разновидности «атаки» (массовый штурм, двойная атака, обратная атака, индивидуальная атака, «совещание пиратов», конференция генераторов идей и др.). Вариации «мозговой атаки»: диалог Дон-Кихота и Санчо Панса, «диспут заговорщиков», «идеи Робинзона Крузо», «предложения сказочника», «волшебная палочка», «идеи Бабы Яги», национальные подходы (русский, японец, американец и др.), идеи инопланетян и т.п. Организационное и материально-техническое обеспечение «атаки». Роль координатора «атаки» и группы экспертов полученных идей. Обработка, «огранка» образа ведущей идеи. Поиск решения технической задачи методом «мозговой атаки». 4 Метод «фокальных объектов» и ретроанализ Понятие о методе «фокальных объектов» (М.В.Ломоносов, Вайтинг, Кунце и др.). Фокальный объект и компьютерный язык «фокал». Выбор случайных объектов. Путешествие в мире воображаемых образов. Фиксация ведущего образа (рисование, лепка, проговаривание, символическое или схематическое оформление в «опорных сигналах» и т.п.). Оценка практико-ориентированных идей. Расшифровка «проблесков» идей для последующей продуктивной работы. Фиксация формулы технического решения. Графическое оформление технической идеи. Технико-экономическая предварительная оценка возможных вариантов технического решения. Понятие о ретроанализе технических систем и устройств. Системный аналитический обзор истории развития технических устройств в той или иной отрасли производства, транспорта, информационного обеспечения и т.п. Фиксация главного принципа и механизма обеспечения производственного результата в развитии той или иной технической системы или технического устройства. Анализ путей эволюции намеченного механизма в истории развития данного класса машин или технических систем. Определение путей качественного перехода к использованию нового физического (химического, биологического и т.п.) принципа в решении прежней производственной задачи. Например, клин в пахотных работах и отказ от клина при переходе к гидропонике, к промышленному синтезированию традиционных пищевых продуктов; клин в токарном производстве и переход к электроискровой обработке металлов, к точному литью, штамповке и т.п.; отказ от колеса в транспортных машинах и переход к «подушке» (пневмо-, гидро-, магнитной и т.п.). Поиск технических решений методом «фокальных объектов». Комплексное использование технологий активизации мышления на различных этапах решения технических задач. 6 Методы «гирлянды случайных ассоциаций»; метод контрольных вопросов; метод «Черный ящик» Понятие о методе «Гирлянды случайных ассоциаций». Понятие о видах ассоциаций (по аналогии, по «сильным словам», функциональному назначению, по жизненному опыту, по музыкальному или зрительному образу, по запахам и звукам и др.). Фиксация идей и их «облагораживание». Формулировка вариантов технического решения. Графическое оформление технического решения. Предварительная технико-экономическая оценка возможных вариантов технического решения. Понятие о методе «Морфологический анализ» или «Чёрный ящик». Правила формулировки технического задания в обобщенном виде. Разъединение технического объекта на функциональные узлы. Возможные варианты сочетания узлов. Случайные данные о пересечении осей. Предварительная оценка возможных вариантов технического решения. Понятие об алгоритмах конструкторской деятельности. Фиксация формулы технического решения. Предварительная технико-экономическая оценка возможных вариантов реализации принятого технического решения. Графическое оформление принятого технического решения. Понятие о методе контрольных вопросов А.Осборна. Список контрольных вопросов Т.Эйлоарта, Д.Пойа. Возможные вариации построения опросников. Организация поиска технического решения. Фиксация формулы технического решения. Предварительная технико-экономическая оценка возможных вариантов решения. Графическое оформление принятого технического решения. Поиск решений технической задачи с использованием метода «гирлянды случайных ассоциаций». Поиск решений методом «Чёрный ящик». Разработка «опорных конспектов», систематизированных таблиц-подсказок. Составление банка данных физических, химических, биологических, кибернетических и др. эффектов для последующего использования в поиске решений. Поиск технических решений с использованием метода контрольных вопросов. 12 Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ) Понятие о ТРИЗ (теория решения изобретательских задач) Г.С.Альтшуллера. Теория и законы развития технических систем. Стандартные и нестандартные технические задачи. Некоторые приемы разрешения технических противоречий. Информационный фонд разнообразных эффектов, обеспечивающих решение технических задач. Алгоритмы поиска решений технических задач. Упражнение на использование ТРИЗа в поиске технических решений. Конкурс и защита фантастических проектов.

МОДУЛЬ 3. Развитие учебно-исследовательской деятельности (УИД) обучающихся

3 Введение Цели и задачи УИД. Термины и научные понятия, приятые в УИД. Характеристика разнообразных источников научной информации. Характеристика научной периодической печати. Возможности электронной библиотеки и всемирной сети Интернет для информационного обеспечения УИД. Приемы поиска информации в Интернете. 4 Понятие о профессионально-личностных качествах исследователя, как о главном ресурсе успешной деятельности Характеристика особенностей психологии деятельности исследователя. Характеристика особенностей различных типов характера. Понятие о тренингах развивающего общения. Самодиагностика личностных задатков и способностей с использованием компьютерных диагностик уровня развития внимания, восприятия, воображения, памяти и т.п. 4 Понятие о направлениях УИД Поисковая работа (историко-краеведческое, литературоведение, этнографическое, история культуры, искусства, науки и техники и т.п.). Экспериментально-исследовательская деятельность в различных областях науки и техники. Проектно - конструкторская деятельность в различных областях, науки, техники, производства. Изучение внутренних возможностей человека, его природных задатков, способностей, возможностей, условий их выявления (проявления) и цельного и полного развития.   12 Нормативно-правовые (юридические) основы, организационные формы и структура УИД Составление сметы расходов и определение источников ее финансирования. Задачи и полномочия общего собрания. Особенности поэтапной подготовки и проведения общего собрания (заочный тур, очная конференция, доклады и стендовые материалы). Состав и полномочия секретариата конференции. Содержание и формы учетно-отчетной документации, листов экспертной оценки. Состав и полномочия экспертов и жюри из числа специалистов местных вузов. Награды и поощрения авторов наиболее интересных работ. Состав и полномочия редколлегии сборников тезисов докладов Содержание и формы организации летней работы: походы, экспедиции, экскурсии, рекламные акции с привлечением местных СМИ. Разработка содержания Устава Научного Общества Учащихся (Малой Академии Наук), определение прав и обязанностей Президента (или председателя) правления, Ученого секретаря, руководителей профильных секций, состав Пресс-центра и орган издания, ответственного за содержание сайта в сети Интернет. Подготовка и проведение общего собрания и выборов органов самоуправления Научного Общества Учащихся. (Президента (председателя), Правление, Ученый секретарь, Руководители профильных секций, Пресс-центр + орган издания, организатор сайта в сети Интернет). 3 Ожидаемые результаты УИД Требования к ожидаемому результату. Описание результатов поисковой работы. Формы проявления достижений УИД. Уровни решения задач: 1 уровень. Объяснения отдельных мелких явлений, несущественные изменения количественных параметров 2 уровень. Уточняющие объяснения прототипа. 3 уровень. Гипотеза или частная теория, согласующая парадигму с конкретным наблюдением или результатом эксперимента. 4 уровень. Создание улучшенной модели, которая устраняет основные пробелы в новой парадигме. 5 уровень. Создание новой парадигмы, направления научного мышления (прототипа нет). Структура реферата.   3 Особенности планирования подготовки и проведения УИД Составные части и структура индивидуальных планов учебно-исследовательской деятельности Составление индивидуальных планов учебно-исследовательской деятельности. 46 Подготовка и проведение конференции по результатам УИД Определение и распределение ролей и функций по реализации проекта (исследования проблемы): лидер, докладчик, рецензент, эксперт, ассистент, дизайнер по рекламе и др.; распределение обязанностей по техническому обеспечению конференции. Проведение учебно-исследовательской деятельности в соответствии с составленными планами. Проведение конференции.

Рекомендации по оснащению учебно-воспитательного процесса во внеурочной деятельности обучающихся

Эффективность внеурочной деятельности обучающихся находится в прямой зависимости от обеспеченности учебно-воспитательного процесса соответствующими средствами обучения и воспитания. Введение кабинетной системы организации занятий в школе оказало положительное воздействие не только на учебные занятия по всем предметам учебного плана, но и на развитие и совершенствование форм внеклассной работы.

Сегодня не подвергается сомнению тот факт, что применение наиболее прогрессивных методов и приемов обучения, совершенствование организационных форм учебно-воспитательного процесса, включая и внеурочную деятельность обучающихся, возможно лишь при комплексном использовании средств обучения и воспитания. Эффективность комплексного использования зависит от рациональной организации учебно-материальной среды, в которой созданы условия для оптимизации учения, преподавания, воспитания и развития школьников. В результате исследований, проводимых учеными Российской академии образования в течение более чем тридцати лет, были выявлены организационно-педагогические основы оснащения учебно-воспитательного процесса.

1. Наиболее сложное и требующее больших финансовых затрат направление деятельности образовательного учреждения общего образования заключается в организации самого школьного здания. Особую актуальность эта проблема приобретает в условиях городских школ, построенных по старым типовым проектам, и малочисленных сельских школ, не приспособленных к особенностям организации учебно-воспитательного процесса в новых социально-экономических условиях.

2. Новые задачи, стоящие перед общим образованием, требуют формирования системы материальных средств и условий в соответствии с необходимостью и возможностью их вариативного использования, а также экономической целесообразностью внедрения их в школу. Остановимся подробнее на последнем требовании.

Экономическая целесообразность оснащения школы понимается как минимизация отношения цены средства обучения к частоте использования его в учебно-воспитательном процессе. Стоимость технических средств работы с информацией оказывается основным препятствием для их приобретения. Как показывает опыт, образовательные учреждения приобретают технику по принципу «подешевле», что, в конечном счете, оказывается значительно дороже планомерного формирования парка технических средств.

В соответствии с нормами и требованиями к учебным кабинетам и подразделениям в каждом учебном кабинете школы должны находиться диафильмы, диапозитивы, транспаранты, учебные фильмы на разных носителях. Для их предъявления необходимы технические средства, наличие которых также учитывается при аттестации и сертификации школ: диапроектор, эпипроектор, графопроектор, телевизор, видеомагнитофон, DVD-проигрыватель. Функции всех перечисленных технических средств обучения берет на себя мультимедийный компьютер, оснащенный дополнительным оборудованием (сканер, цифровая камера, документ-камера и пр.), к которым учитель обращается редко, только для перевода информации с традиционных носителей на компьютерные компакт-диски. Исключение составляет, пожалуй, только документ-камера, которая используется для проецирования иллюстративного материала на непрозрачной основе и опытов на большой экран.

Если сравнивать стоимость традиционного парка ТСО со стоимостью компьютера, включая дополнительное оборудование, то следует отдать предпочтение традиционному варианту. Но если рассчитать стоимость единицы использования, т.е. отношение стоимости всего оборудования к частоте его использования, то «дорогая» компьютерная техника окажется почти в четыре (!) раза дешевле традиционной[5].

Таким образом, исходя из требования минимизации финансовых затрат с одновременной максимальной загрузкой техники, учебные кабинеты образовательного учреждения общего образования должны быть оснащены следующими техническими средствами обучения:

а) мультимедийным компьютером;

б) мультимедийным проектором;

в) экраном со штативом.

3. Важным направлением деятельности образовательного учреждения является создание в учебных кабинетах рациональных систем хранения и размещения учебного оборудования, которые обеспечивают правильное и безопасное расположение различных видов пособий, удобное и быстрое извлечение их, своевременное использование. Успешное решение этой проблемы в значительной мере зависит от наличия в образовательном учреждении специализированной мебели: секционных шкафов и приспособлений для хранения разного рода учебного оборудования и средств обучения и воспитания.

Рекомендации по хранению учебного оборудования и средств обучения и воспитания различаются в зависимости от учебного предмета. Такие рекомендации учитель может найти в методической литературе, например, в пособиях по организации предметного кабинета, которые выходили в серии «Библиотека учителя». К сожалению, часто рекомендации по рациональному размещению различных видов оборудования не выполняются, что приводит к целому ряду негативных последствий: неудобство в работе учителя и учащегося, нарушения техники безопасности и санитарно-гигиенических норм в учебных кабинетах.

4. Оформление интерьеров и усиление их функциональной направленности. Экспозиция учебных кабинетов и прилегающих к ним рекреаций должна обусловливаться методической целесообразностью. Между тем в школах процветает практика бездумного украшательства, изготовление стендов «на века».

5. Умение учителя рационально и грамотно вести хозяйство своего кабинета. Эта работа включает в себя ряд мероприятий:

· составление годичных и перспективных планов оборудования кабинета;

· приобретение оборудования и организация современной его профилактики;

· контроль за ведением документации и отчетностью;

· организация работы обучающихся по развитию кабинета.

Приведем общие требования, предъявляемые к учебным кабинетам образовательных учреждений общего образования.

Все рабочие помещения для внеурочной работы детей должны соответствовать действующим требованиям санитарной гигиены и охраны безопасности труда учащихся и педагога.

 Поверхности стен, потолков и полов должны быть матовыми, гладкими, допускающими влажную уборку и удобную очистку от пыли. Для окраски стен рекомендуются масляные краски или разрешенные для применения при строительстве детских учреждений синтетические материалы.

Высокий коэффициент отражения потолка из легко достигается побелкой мелом Меловые доски, мебель и оборудование должны иметь матовую поверхность и выполняться из легко моющихся материалов. Для окраски стен рекомендуются светлые тона, малонасыщенные цвета: зеленоватые, зеленовато-голубоватые, голубовато-серые, серые – для помещений, ориентированных на юг, юго-восток и юго-запад; зеленоватые, зеленовато-желтые, желтовато-серые, серые – для помещений ориентированных на север, север-восток, северо-запад.

Примеры возможных цветовых сочетаний стен и полов даны в «Нормалях планировочных элементов школ».

Полы в помещениях со станочным оборудованием полы должны отвечать следующим требованиям: высокая износоустойчивость, стойкость к воздействию масел и растворителей, ударная стойкость, легкость и простота уборки.

Покрытие полов в лабораториях должно обеспечивать надежную ликвидацию последствий различных химических реакций.

Все лаборантские комнаты должны быть смежными с помещениями лаборатории и при необходимости оборудованы приточно-вытяжной вентиляцией.

Во всех помещениях следует применять систему общего освещения. В качестве источников света могут быть использованы лампы накаливания или люминесцентные лампы.

Во всех лабораториях определяются постоянные места установки огнетушителей, аптечки, телефона, памятка о вызове скорой помощи, пожарных, милиции.

Все лаборатории и лаборантские оборудуются умывальниками с холодной и горячей водой.

Электропроводка должна быть выполнена скрытно. Станочная мастерская должна быть оборудована общим выключателем, обеспечивающим отключение одновременно всего, находящегося в мастерской электрооборудования.

Если во внеурочной деятельности обучающиеся занимаются техническим творчеством на базе мастерских по обработке древесины, металла или комбинированных мастерских, то внимание должно быть обращено на обеспечение безопасности труда учащихся при выполнении технологических операций. Недопустимы работы школьников с производственным оборудованием, которое не включено в перечень учебных средств, разрешенных к использованию в общеобразовательных учреждениях учащимися в подростковом возрасте. Не допускается применение на занятиях самодельных электромеханических инструментов и технологических машин с электроприводом независимо от величины номинального напряжения или приводом от двигателя внутреннего сгорания. Также не разрешается применять на практических занятиях самодельные электрифицированные приборы, аппараты или лабораторное оборудование, которое рассчитано на напряжение более 42 В. Работы по пайке, выжиганию электрохимической обработке, закалке проводятся с обязательным применением вытяжных устройств.

При отсутствии оборудования для проведения лабораторных работ и работ по моделированию, выпущенного централизовано для школ, можно на практических занятиях со школьниками готовить соответствующие комплекты как объекты труда в процессе практических работ: наборы раздаточного материала, конструкторы, наборы заготовок для моделей и др.

В виду объективных трудностей обеспечения сельских школ деталями или конструкторами для изучения технологий, относящихся к электронной технике, соответствующие работы могут быть заменены электротехническими работами с электроприводом и электромеханической автоматикой оборудования сельскохозяйственного производства.

Специфика внеурочной деятельности биологической направленности требует использования оборудования для ознакомления учащихся с живой природой, методами биологической науки. Поэтому лабораторный инструментарий, оборудование для проведения наблюдений и постановки опытов, соответствующие инструкции должны обязательно присутствовать в кабинете биологии. В кабинете биологии следует содержать живые объекты, которые можно использовать в качестве демонстрационного и раздаточного материала, необходимого для проведения наблюдений и постановки простейших опытов. Живые объекты должны быть неприхотливыми по содержанию и уходу, отвечать требованиям техники безопасности и санитарно-гигиеническим нормам. При подборе комнатных растений следует исходить из возможности их использования на уроках и во внеклассной работе, с учетом их роли в оформлении интерьера.

Из животных рекомендуется содержать простейших, гидр, дождевых червей, моллюсков (прудовики, слизни), мелких ракообразных (дафнии, циклопы), мушек дрозофил. Желательно наглядные пособия, в том числе живые объекты, использовать не только как иллюстрацию к учебному материалу, но и для доказательства правильности научных рассуждений.

Внеурочная деятельность по животноводству проводятся на базе школьной мини-фермы. Учебно-материальная база может быть расширена за счет объектов сельского социума — личных подсобных хозяйств родителей учащихся, фермерских хозяйств, где могут выполняться проекты.

Организация внеурочной деятельности обучающихся по художественно-эстетическому направлению потребует иного оборудования. Знакомство с шедеврами искусства различных видов, форм, жанров, стилей, направлений, эпохвозможно при оснащении кабинета искусства (мировой художественной культуры) коллекцией аудио- и видеозаписей (аудиокассеты, CD и DVD диски, в т.ч. электронные учебники и диски по истории искусств, музеям мира и т.п.); коллекций печатных пособий, посвященных стилям и направлениям искусства, отдельным его видам и жанрам. Необходима хрестоматия музыкальных произведений, используемых для реализации учебного курса; возможно оснащение кабинета искусства специальными комплектами слайдов и печатными пособиями, где излагаются жизнь и творчество выдающихся деятелей культуры, композиторов, исполнителей, художников и др.

Для кабинета искусства обязательно наличие музыкального центра, включающего в себя устройство для воспроизведения фонохрестоматии (аудиокассет, CD и DVD дисков).

Воспитанию интереса к искусству способствует наличие в фонде кабинета фильмов (наиболее целесообразна коллекция фильмов и видеофрагментов на DVD-носителях). Для показа в кабинете должен быть компьютер с большим монитором или выходом на телевизионный экран. Оптимальным вариантом для кабинетов искусства является мультимедиапроектор, который может работать в условиях минимального затемнения.

Вовлечение детей в активную музыкально-исполнительскую деятельность достигается с помощью использования комплектов простейших музыкальных инструментов. Количество комплектов (или инструментов) должно соответствовать количеству учащихся в группе. Желательно иметь в кабинете искусства фортепиано (пианино, рояль), а также аудиосинтезатор с возможностью записи.

 

 

 

[1] Выготский Л. С. Психология искусства. — М., 1968. — С. 317.

[2] Если органические вещества изучаются по той программе, которая используется в образовательном учреждении в качестве рабочей программы по химии.

[3] Если органические вещества изучаются по программе, которая используется в образовательном учреждении в качестве рабочей.

[4] Практическая реализация содержания данного модуля основана на проектной деятельности школьников, поэтому он может быть также отнесен к разделу VI «Проектная деятельность».

[5] Методика расчета экономической целесообразности, стратегия и тактика оснащения учебных кабинетов приведена в книге: Журин А. А., Бондаренко Е. А., Милютина И. А. Технические средства обучения в современной школе: Пособие для директоров школ. — М.: ЮНВЕС, 2004.