Применение ИМО в учебном процессе
advertisement
СПб ГБ ПОУ «Промышленно-технологический колледж» Ресурсный центр подготовки специалистов Применение имитационных образовательных технологий при подготовке квалифицированных рабочих и специалистов Учебное пособие для преподавателей и мастеров производственного обучения Санкт-Петербург 2015 Волченко И.О., Шорников Г.Ф., Баженов С.С., Корженко Т.А., Лысенко Е.Б., Бирюкова И.С., Полякова А.Е. Применение имитационных образовательных технологий при подготовке квалифицированных рабочих и специалистов Учебное пособие посвящено вопросам использования имитационных образовательных технологий в учебном процессе. Рассматриваются границы их применимости, приводится оценка эффективности их использования. Работа предназначена для учебных мастеров и преподавателей, желающих внедрить на своих занятиях имитационные методы обучения и оценить их эффективность. Пособие приобретает особую актуальность в связи с применением компетентностного подхода к обучению. Рецензенты: Заведующий кафедрой профессионального образования СПб АППО, к.т.н., профессор Н.А.Панов Директор СПб ГБ ПОУ «Морской технический колледж» д.э.н., профессор В.А.Никитин 2 Оглавление Введение .................................................................................................................................................. 4 Анализ современных подходов к организации учебного процесса ............................................... 5 Организация подготовки в системе СПО ............................................................................................... 5 Качество обучения и методы его оценки .............................................................................................. 8 Технические средства обучения ..........................................................................................................13 Имитационные образовательные технологии ...................................................................................16 Применение ИМО в учебном процессе ......................................................................................... 25 Нетрадиционный типы уроков гуманитарных дисциплин ................................................................25 Оценка качества образования и балльно-накопительная система оценки .....................................28 Бинарные практико-ориентированные занятия .................................................................................36 в обучении станочников .......................................................................................................................36 Применение симуляторов станков с ЧПУ ............................................................................................44 Описание работы на тренажёре ..........................................................................................................50 Выполнение операций на тренажёре УЧПУ FANUC OTD...................................................................50 Оценка эффективности использования имитационных методов обучения ....................................60 Двойственный характер внедрения ИМО в учебный процесс ..........................................................62 Метод последовательных приближений и его результативность при использовании имитационных технологий ...................................................................................................................65 Проведение экзамена (квалификационного) с использованием ИМО......................................... 75 Проведение экзамена ...........................................................................................................................76 Реализация экспертных систем ............................................................................................................81 Диссиминация опыта приема экзаменов с использованием ИМО ..................................................90 Экономические аспекты внедрения ИМО ..................................................................................... 91 Заключение.................................................................................................................................... 94 3 Введение На современном этапе развития системы образования подготовка рабочих и специалистов осложняется рядом факторов, негативно влияющих на её развитие. К ним можно отнести непрерывные, иногда взаимоисключающие изменения в законодательстве об образовании. Реформа образования идёт непрерывно, скорость изменения законодательства в системе образования такова, что не успеют новые изменения реализоваться в образовательных учреждениях, как они уже отменяются. Демографическая ситуация оставляет желать Перспективы экономического развития Санкт-Петербурга лучшего. даже на ближайшее десятилетие имеют большой процент неопределённости. В этих условиях необходимо переориентировать сложившуюся систему подготовки рабочих и специалистов на потребности города. Что связано с большими материальными затратами при использовании конкретного оборудования. Оптимальным, на наш взгляд, является применение имитационных методов обучения (ИМО), что позволяет реализовать компетентностный подход в профессиональном образовании. При этом эффект получается за счет разработки и внедрения инновационных образовательных технологий, основанных на моделировании производственных процессов с практической отработкой обучающимися профессиональных компетенций на имитаторах. Применение ИМО носит прикладной характер и позволяет сократить время на изучение обучающимися ряда практических разделов дисциплин и модулей при организации многократного и безопасного повторения профессиональных действий специалиста в меняющихся условиях. Однако ИМО не обладают свойством самодостаточности. Во время обучения требуется освоение реальных объектов – устройство, станок, измерительный инструмент и т.д. Необходимо научиться применить их в производстве. Поэтому актуальным становится вопрос о соотношении ИМО и работы на реальном оборудовании. 4 Анализ современных подходов к организации учебного процесса Организация подготовки в системе СПО На этом рисунке указаны связи между элементами системы. Центральным звеном в системе социального партнёрства выступает работодатель (обозначим его буквой Р). Он является воплощением потребностей общества и деятельность работодателя государства (ПО). Можно полностью определяется записать: что потребностями общества. Р = f1 (ПО). В данной модели работодатель активно влияет на большинство элементов системы подготовки. В том числе и на формирование основной профессиональной образовательной программы (ОПОП) в состав которой входит учебно-методический комплекс (УМК) и отдельно выделенные комплексы оценочных средств (КОС) и фонды оценочных средств (ФОС). Кроме 5 этого ОПОП формируется преподавателями и ими же реализуется. Таким образом, ОПОП = f2 (Р, ФГОС,Пр). На работу преподавателя влияют: система переподготовки кадров (СПК), ОПОП. СПК поддерживает преподавателя на должном уровне, не позволяет ему отстать от развития преподаваемых дисциплин и внедрять новые технологии обучения. ОПОП формируется преподавателем, но и требует от него соблюдения ФГОС при организации учебного процесса. Можно записать: Пр = f3 (СПК, ОПОП). На СПК действуют потребности общества и федеральный государственный образовательный стандарт (ФГОС). Имеем: СПК = f4 (ПО, ФГОС). На формирование ФГОС оказывает влияние ПО и достигнутое качество подготовки (КП). Получаем: ФГОС = f5 (КП, ПО). Новые технологии обучения (НТО) внедряются в учебный процесс преподавателями, как правило, прошедшими соответствующую переподготовку. Поэтому НТО = f6 (Пр, СПК). На подготовку обучающихся (О) существенно влияют Пр, технические средства обучения (ТСО) и НТО. Таким образом: О = f7 (Пр, НТО, ТСО). Важным элементом обучения является аттестация обучающихся. Переход на новые ФГОС требует активного привлечения работодателя не только к итоговой государственной аттестации (ИГА), но и к промежуточной аттестации (ПА). Для промежуточной аттестации КОС формируется образовательным учреждением при активном участии работодателя. Важным элементом в нём является портфолио обучающегося, в организации формирования которого работодатель тоже должен принимать участие. Организация экзамена (квалификационного) также невозможна без привлечения представителей работодателя. Совокупность КОС по всем профессиональным модулям и оценочные средства, связанные с подготовкой и защитой выпускной квалификационной работы образуют ФОС, который используется при проведении ИГА. В состав государственных экзаменационных комиссий должны входить представители работодателей. 6 Таким образом организацию ПА и ИГА можно описать следующими уравнениями: ПА = f8 (КОС, Пр, О,Р), ИГА = f9 (О, ФОС,Р). В предложенной модели организация обучения описывается девятью уравнениями. В четырёх из них присутствуют преподаватели, в трёх – работодатель и обучающиеся. Именно эти элементы и составляют основу модели. Следует отметить возросшую роль работодателя в системе профессионального образования Российской Федерации. Кроме этого, введение новых ФГОС в системе профессионального образования Российской Федерации придаёт новый импульс в развитии связей между образовательным учреждением и социальным партнёром. Данная модель показывает, что работодатель вовлекается во все элементы учебного процесса. Он участвует: в создании учебно-методической документации, разработке комплекса оценочных средств, промежуточной и итоговой аттестации выпускников. Всякая модель имеет ограничение на применение. Определим же условия её применения. Если образовательное учреждение слабо взаимодействует с потенциальным работодателем (например, общеобразовательная школа, учреждение дополнительного образования детей и т.д.), то применение предлагаемой модели невозможно. Применение модели также затруднено, если образовательное учреждение входит в состав промышленного предприятия без образования юридического лица. Требуется доработка предлагаемой модели при её переносе в другое правовое пространство (например, построение отношений с зарубежными партнёрами). На современном этапе развития системы образования подготовка рабочих и специалистов осложняется рядом факторов, негативно влияющих на её развитие. К ним можно отнести непрерывные, взаимоисключающие изменения в законодательстве об образовании. 7 иногда Реформа образования идёт непрерывно, скорость изменения законодательства в системе образования такова, что не успеют новые изменения реализоваться в образовательных учреждениях, как они уже отменяются. Демографическая ситуация оставляет желать Перспективы экономического развития Санкт-Петербурга лучшего. даже на ближайшее десятилетие имеют большой процент неопределённости. В этих условиях необходимо переориентировать сложившуюся систему подготовки рабочих и специалистов на потребности города. Качество обучения и методы его оценки Важным элементом системы образования является оценка качества обучения. Существует множество подходов к оценке категории «качество обучения»: 1. Качество образованности обучающихся – прямой результат компетенций, знаний и опыта преподавателей. 2. Качество измеряется рейтингом учебного заведения. К сожалению, в алгоритмах определения рейтинга учреждений профессионального образования качество получаемых знаний отражается недостаточно. 3. Качество – это соответствие требованиям. Например, система аккредитации учебных заведений представляет механизм контроля качества, основанный на соответствии требованиям государственных и региональных стандартов. Однако многие вопросы качества образования не входят в систему оценок аккредитационных комиссий. 4. Качество рассматривается как четкая и измеряемая переменная, как, например, выпускник вуза с дипломом с отличием, баллы, полученные по результатам ЕГЭ. Но сейчас, в связи с платным обучением в вузах, и ограниченным количеством обязательных экзаменов объективность таких оценок значительно снижается. 8 в форме ЕГЭ 5. Качество образования определяется уровнем одновременного соответствия стандартам и стоимости. Например, в Самарской области была сделана попытка определить единицу качества подготовки как балл по ЕГЭ, и определена его стоимость. Можно также оценивать и затраты на один балл в сессию у студента. Однако остаётся неопределенным вопрос о квалиметрии усвоения материала. 6. Качество – это соответствие предпочтения потребителей и возможности исполнителей (преподавателей) удовлетворять их желания. Изучение восприятия студентами и родителями качества проводимых занятий важно для проектирования учебного процесса. Потребителем может выступать и будущий работодатель. Однако трудности оценки этого показателя сводятся к нечеткой и узконаправленной формулировке требований потребителей. В некоторых случаях они могут противоречить друг другу. Почти всегда требования работодателя изменяются со временем и те требования, под которые разрабатывался учебный план, могут по завершении обучения существенно измениться. 7. Качество – это соответствие скрытым потребностям клиентов. Система образования должна предугадывать будущие, еще не осознанные запросы потребителей и формировать современные взгляды на качество образования. Сейчас, наряду с внедрением образовательных стандартов третьего поколения Министерство образования и науки Российской Федерации стимулирует создание систем менеджмента качества в учреждениях среднего и высшего профессионального образования. Однако его внедрение, существенно увеличивая нагрузку на преподавателя, не приводит к главному – повышению уровня подготовки выпускника. Не секрет, что чем больше времени тратит обучающийся на общение с преподавателем, тем лучше он усваивает знания. Менеджмент качества не увеличивает это время. В сферу образования всеобщее управление качеством пришло через технические учреждения профессионального образования, которые имеют 9 наиболее тесные контакты с индустрией и там лучше всего знакомы с используемыми управленческими подходами. Однако слепой перенос результатов оценки качества промышленного производства неприменим к сфере образования. Например, 5% брака на выходе готовой продукции в промышленности считается плохим результатом и надо улучшать процесс производства. Тогда как, если учреждение профессионального образования заканчивает 80% поступивших, это не является плохим результатом. Для повышения качества подготовки квалифицированных рабочих и специалистов необходимо как можно раньше знакомить обучающихся с будущей профессией. Известно, что важную роль в становлении специалиста играет мотивация, желание его приобретать ту или иную профессию или специальность. Для обеспечения максимальной эффективности учебного процесса и адекватного учёта ограничений системный принцип проектирования методов и средств обучения должен быть распространен на все его аспекты и факторы. Методологической основой проведения подобных исследований может стать методология внешнего проектирования в рамках которого обосновываются замысел и концепция модернизации учебного процесса, исследуется его эффективность и интеграция в систему образования с учетом потребности общества. Результатом этого этапа будет техническое задание на разработку необходимых методов и средств, обеспечивающих повышение эффективности усвоения учебного материала. Основным инструментом внешнего проектирования является математическое моделирование учебного процесса во взаимодействии с внешней средой. Жизненный цикл средств и методов обучения представляет собой спираль и включает следующие этапы: - разработку требований, концепции технического задания (внешнее проектирование); 10 - внутреннее проектирование, создание новых и реанимация старых методик; - внедрение предлагаемых методов и средств обучения, определение границ и условий их применения; - разработка методического обеспечения: учебников, наглядных и дидактических материалов; - внесение изменений в ФГОС; - сужение границ применимости до полного прекращения использования; - применение элементов предложенных методов и средств обучения в других методиках обучения. Исследования на начальных этапах разработки, так же как и на последующих этапах проектирования, призваны получить информацию о разрабатываемых методиках, чтобы минимизировать общие затраты и снизить риск потерь в связи с ошибочными решениями. Ретроспективный анализ показывает, что потеря эффективности внедряемой методики пропорциональна сроку действия ошибочного решения. Степень неопределенности и объем затрат на исследования и разработки, требуемые для их разрешения во временном разрезе по этапам разработки, связаны обратно пропорциональной зависимостью. Такая связь неопределенностей и затрат на их разрешение указывает на необходимость разрешения трудностей создания новых методик обучения до начала экспериментов по отработке их внедрения. Современная ситуация весьма остро ставит проблемы финансово экономического обеспечения новых разработок. Важной характеристикой учебного процесса является эффективность работы преподавателя. Четких и ясных критериев ее оценки до настоящего времени нет. Существует ряд параметров (слабо формализованных), по которым судят о качестве работы преподавателя. 11 В настоящее время одним из таких показателей являются оценки, выставляемые во время итогового или текущего контроля. Нельзя оценивать работу преподавателя по тем же критериям, что и учащегося. Здесь требуется иной подход, разработка новых критериев, которые позволили бы более объективно получить информацию о текущем состоянии учебного процесса. Критерии должны учитывать индивидуальный подход к оценке знаний и умений учащегося, не должен быть очевидным способ их повышения, в них должна учитываться воспитательная функция оценки. Предлагается в качестве критерия использовать коэффициент вариации V оценок, полученных во время промежуточной аттестации. Это отношение среднеквадратичного отклонения оценок к среднему баллу. Для обоснования возможности его применения попробуем оценить границы изменения V для обучающихся. Известно, что оценка может принимать значения: 2, 3, 4 и 5. Если считать, что доля оценок, выставляемых в некоторой группе (на курсе), составляет Р2 для оценки 2, Р3 для оценки 3, Р4 для четверок и Р5 для пятерок, то сумма этих долей должна быть равна единице. Для вычислений математических ожиданий оценки (среднего балла) Мх и ее дисперсии Мх2 можно использовать выражения: После определения этих параметров коэффициент вариации можно вычислить по формуле: 12 Оценка теоретических границ изменения V позволила сделать следующие выводы: максимальные значения V достигаются в случае, когда присутствует только две оценки – "два" и "пять", предел – 47,4 % при среднем балле – 2,85; значение V для равномерного распределения оценок – 31,9 %, что, по нашему мнению, должно быть верхней границей в реальных условиях; если для оценки знаний преподавателем ставится только две, стоящие рядом оценки (например, 3 и 4), то тогда максимальное значение V – 14 %. Технические средства обучения Традиционно проектирование новых методов и средств обучения рассматривается как процесс создания, преобразования и апробации новых комбинаций существующих средств обучения. Вначале необходимые средства обучения выражаются в виде некоторых потребностей в терминах набора функциональных свойств и характеристик, которые должны быть преобразованы в описание нового подхода к обучению. При этом процесс проектирования происходит итеративно в виде последовательностей этапов, завершающихся созданием очередного прототипа средств обучения с 13 формированием соответствующих промежуточных описаний и подводящих итоги решения некоторых задач и используемых для принятия очередных проектных решений. Основным объектом исследования является возможность применение системного подхода для повышения эффективности учебного процесса. При этом в процессе проектирования (при формализации) обычно связываются различные представления, отражающие его функциональные, структурные и описательные аспекты. В ходе проектирования реализуется последовательность преобразований: функциональное представление -> структурное представление -> описание новых методик. Следует отметить, что учебный процесс состоит из элементов, которые тем или иным образом группируются в относительно самостоятельные части (методики, личностный фактор преподавателя, наглядные пособия, технические средства обучения). В качестве признаков выделения элементов и их группирования могут быть использованы различные принципы. Наиболее естественным является функциональный принцип, когда каждая составляющая учебного процесса выполняет одну или несколько функций и для каждой функции можно выделить одну или несколько составляющих. Обычно при описании учебного процесса используется декомпозиция, он представляется в виде иерархической структуры, в том числе в отношении функций и составляющих элементов, которые взаимосвязаны, но не повторяют один другого. В соответствии с предлагаемой методологической схемой внешнего проектирования процесс превращается в композицию итеративных процедур информационного обмена и принятия решений, с выделением специализированных объектно-оринтированных этапов, которые могут разрабатываться и реализовываться в различных учебных заведениях. На сегодняшний день наблюдаются числом разнообразных технических противоречия между большим средств с одной невозможностью их использования в учебном процессе с другой. 14 стороны и Следует обратить внимание на то, что главным является не только закупка и установка технических средств, но и разработка методических материалов по их использованию в процессе обучения. На это, к сожалению, обращается минимум внимания, хотя оно должно быть самым главным. При приобретении нового оборудования обязательно надо решить вопрос о том, как его использовать в учебном процессе, какие задачи могут быть решены при его использовании. В настоящее методики время использования практически технических отсутствуют средств в апробированные учебном процессе. Отсутствуют также и методы оценки их эффективности. Более того, большинство преподавателей не в состоянии правильно оценить эффект от использования технических средств на практических и лабораторных занятиях. Об этом можно судить по эффективности защиты лабораторных работ и результатам экзаменов. Однако большинство преподавателей учреждений профессионального образования не знакомы с правилами статистического анализа данных. Значительная часть технических средств, используемых в учебном процессе, изготовлена по личной инициативе преподавателей энтузиастов. Созданные эмпирическим путём технические устройства имели конкретное целевое назначение и сопровождались только техническим описанием их устройства и правилами эксплуатации. Методические разработки, обеспечивающие их использование в учебном процессе, как правило, отсутствуют. Долгие годы ведётся поиск путей к ликвидации создавшегося положения. Предлагаются различные меры. Одной из них является перевод создания педагогической техники на унифицированную индустриальную основу. Однако данный подход большого успеха не имел, так как имеются различные требования к подготовке специалистов в разных регионах нашей страны, а главное, отсутствует единая методологическая база для изготовления учебных технических средств. Другим подходом является 15 разработка научно – педагогических и методических обоснований к уже имеющимся отдельным видам технических средств, используемых в обучении. Это направление не имеет больших перспектив в виду того, что многие из устройств морально устарели или являются весьма далеки от усовершенствования. Наиболее перспективным является путь, связанный с разработкой общей теории создания и использования технических средств обучения путём определения их места и основных функций в обучении на основе уже имеющегося, накопленного технического и педагогического опыта. Это позволит сформулировать единые педагогически целесообразные требования, как к отдельным техническим средствам, так и к их комплексам и системам. Имитационные образовательные технологии В учебном процессе применяются следующие технологии обучения: Практика Трансляция материала Метод проектов Разбор и анализ ситуаций Игровые методы обучения Имитационные методы обучения Практика и трансляция материала – традиционные методы обучения, останавливаться на них не будем, подробнее рассмотрим остальные. 16 Разбор и анализ ситуаций. Суть метода — выделение из практической деятельности типовых ситуаций. Учащиеся анализируют эти ситуации, а затем предлагают свои решения и формулируют сценарии развития событий, что позволяет оценить степень освоения компетенций Проект — суть проектного подхода заключается в том, что обучающийся встраивается в систему коллективных работ, направленных на решение реальной практической задачи. Проектируя развитие ситуации, анализируя данные, учащийся получает возможность освоить способ выполнения соответствующих работ. Решенная практическая задача позволяет оценить компетенции обучающего. Несмотря на то, что все люди (и не только они) учатся жизни именно через игры, в профессиональной подготовке игровые методы обучения впервые были использованы только в предвоенные годы в СССР. В настоящее время гораздо более популярными стали ролевые игры, задачей которых является демонстрация моделей поведения в типовых профессиональных ситуациях либо на определенном рабочем месте. В основе имитационных методов обучения (далее – ИМО) лежит модель, построенная на основании норм и правил реальной практической деятельности. Принимая участие в имитационной игре, учащийся получает возможность освоить профессиональные процедуры и инструменты работы, а также сформировать представление о целостном устройстве определенной сферы деятельности. У нас этот метод часто называют «симуляцией», «симулятором» или «имитационной игрой». 17 Американский философ и педагог Джон Дьюи утверждал, что традиционной системе образования, основанной на приобретении и усвоении знаний, должно быть противопоставлено обучение «путем делания». Это направление нашло отражение в двух концепциях, довольно активно цитируемые и в настоящее время в зарубежной литературе по вопросам образования. Это «пирамида обучения» (learning pyramid) и «конус опыта Эдгара Дейла» (Dale’s cone of experience). Наблюдения американского педагога Эдгара Дейла нашли отражение в его публикациях в виде так называемой концепции конуса опыта, который наглядно иллюстрировал, насколько разных образовательных результатов можно добиться, используя различные средства или «носители» (media) содержания обучения. Подобные изыскания были продолжены и к концу 1970-х трансформировались в так называемую концепцию пирамиды обучения, которая стала результатом исследования, проведенного национальной тренинговой лабораторией (США), и демонстрирует зависимость между степенью освоения материала и тем, какие действия осуществляет участник обучения. 18 При интерпретации этой пирамиды становится очевидно, что классическая лекция (обычная речь, не сопровождаемая слайдами и другими иллюстрациями) является наименее эффективным методом обучения, обеспечивая в среднем освоение около 5% содержания, в то время как «активное обучение» (вовлечение участников образовательного процесса в различного рода активности) позволяет добиться значительно лучших результатов. Одна из сравнительно недавних ссылок на «пирамиду» была приведена в книге Джиан Майстер «Корпоративные университеты», посвященной построению корпоративных систем обучения и развития, отвечающих современным задачам развития человеческих ресурсов крупных компаний. Воронка обучения показывает уровень усвоения материала спустя две недели после изучения. В зависимости от способа восприятия материала меняется и уровень остаточных знаний. Идея использования имитационных моделей в процессе обучения была впервые реализована в сфере военной подготовки в виде тренажеров для 19 пилотов (flight simulator), и именно оттуда она перекочевала в систему образования. В основе имитационных методов обучения лежит модель, построенная на основании норм и правил реальной практической деятельности. Ученик, обучаемый при помощи имитационных моделей, имеет возможность освоить профессиональные процедуры и инструменты работы, а также сформировать представление о целостном устройстве сферы деятельности. В российской практике этот метод часто называют «симуляцией», «симулятором», встречается также термин «имитационная игра». 20 Имитация (от англ. Simulation) - это первое и самое передовое средство для расширения образовательной среды, повышения эффективности и качества обучения. Начало такого обучения больше заключается в осознании учебных потребностей и целей, чем просто в приобретении самого современного оборудования. Технические средства могут помочь Вам в тренировке простых практических навыков и обеспечить прекрасное введение в принципы обучения, основанного на имитации. В основе их основе лежит имитационное или имитационно-игровое моделирование, т.е. воспроизведение в условиях обучения с той или иной мерой адекватности процессов, происходящих 21 в реальной системе. Построение моделей и организация работы обучающихся возможность отразить в учебном процессе с ними дают различные виды профессионального контекста и формировать профессиональный опыт в условиях квази-профессиональной деятельности. Имитационный тренинг предполагает специализированных навыков и умений отработку по работе определенных с различными техническими средствами и устройствами. В этом случае имитируется ситуация, обстановка профессиональной деятельности, а в качестве "модели" выступает само техническое средство (тренажеры, работа с приборами и т.д.). Профессиональный контекст здесь воссоздается как с помощью предмета деятельности (реального технического средства), так и путем имитации условий его применения. Моделирование производственных ситуаций, в том случае, если оно отражает суть будущей профессии, формирует профессиональные качества специалистов, являются своеобразным полигоном, на котором обучающиеся могут отрабатывать профессиональные навыки в условиях, приближенных к реальным. Глубокий анализ ошибок обучающихся, проводимых при подведении итогов, снижает вероятность их повторения в реальной действительности. А это способствует сокращению срока адаптации рабочего к полноценному выполнению профессиональной деятельности. Такая способность и обусловливает применение имитационных методов обучения, в процессе которого обучаемый должен выполнить действия, аналогичные тем, которые могут иметь место в его профессиональной деятельности. Отличие состоит в том, что ответы на вопросы, к каким последствиям приведут предпринятые действия, дает модель действительности, а не сама действительность. Эта особенность и является основным достоинством ИМО, так как она позволяет: - во-первых, на бояться отрицательных последствий неправильных действий обучаемых, а, наоборот, обращать это в пользу, так как приобретается опыт; 22 - во-вторых, значительно ускорять время протекания реальных процессов (например, обработку детали, на которую требуется несколько часов смоделировать за несколько минут); - в-третьих, многократно повторять те или иные действия для закрепления навыков их выполнения; - в-четвертых, поскольку действия выполняются в обстановке "условной" (модельной) реальности, обеспечить более высокий уровень безопасности учебного процесса и стимулировать обучающихся на поиск наиболее эффективного решения. Опыт показывает, что отношенте обучающихся к предмету зависит не столько от его содержания, сколько от личности преподавателя. Поэтому при планировании ИМО необходимо выяснить отношение обучающихся к преподавателю, например, путем анкетирования, которое расценивается ими как акт доверия, заинтересованное формирует отношение и их положительную ответственность за мотивацию, моделирование производственных ситуаций. Отметим далее такую особенность традиционного обучения, как его преимущественно вербальный характер. В силу этого оно эффективно только для той части учащихся, у которых хорошие способности к абстрактному мышлению. Однако многие дети с выраженными задатками нагляднообразного или наглядно-действенного мышления испытывают большие затруднения в учебе. Специфической особенностью традиционного обучения является его массовый характер. Педагог работает со всеми (с массой) и с каждым, но при этом не используется коллектив (гуманное сообщество) как средство развития личности. Имитационные технологии помогают избежать указанных недостатков традиционного обучения. Это обеспечивается особенностям имитационной технологии: 23 благодаря следующим - деятельностный характер обучения (вместо вербального), организация коллективной мыследеятельности. В такой деятельности формируются способы общения, мышления, понимания, рефлексии, действия. За счет рефлексии они обобщаются, закрепляются в схемах и знаковых формах, переходя из внешнего плана во внутренний план действия учащихся; - использование группы (коллектив - высшая форма развития группы) как средства развития индивидуальности. Это требует знания законов коллективной деятельности, механизмов группообразования, принципов выделения лидеров, траекторий жизнедеятельности референтных групп, научных основ гармонизации групповых и индивидуальных интересов и т.д. Issenberg и др. (2005) провели обзор и синтез существующих доказательств в образовательной науке, которые поднимали вопрос: «какие особенности при использовании высокотехнологичной имитации, приводят к наиболее эффективному обучению?'» Были специально отобраны и изучены статьи, в которых были выделены важные аспекты имитации. Авторы сделали заключение, что масса лучших из доступных доказательств свидетельствуют о том, что высокотехнологичная имитация улучшает результаты обучения, когда обучение проводится при правильных условиях. «Правильные условия» включают следующее: Существует обратная связь на протяжении всего обучения Учащиеся вовлечены в повторную практику ИМО включаются в стандартный учебный план Учащиеся готовятся по постепенно усложняющейся программе ИМО адаптированы к различным учебным предметам и курсам Доступен широкий круг состояния имитируемого оборудования и условий его работы Обучение на симуляторе происходит в контролируемой обстановке Предлагается индивидуализированное обучение с воссоздаваемыми, стандартизированными обучающими сценариями 24 Результаты обучения четко определены. Не все обучающиеся способны освоить один и тот же навык за одинаковый промежуток времени, т.к. у каждого из них своя «траектория обучения» в части скорости усвоения информации, которая не может всегда быть приспособлена под традиционные методы обучения. Приобретенные во время имитации навыки могут урегулировать эти разногласия между обучающимися, пока достигаются отдаленные результаты - можно демонстрировать компетентность в поставленных задачах на всех уровнях сложности. Процесс обратной связи является наиболее ценным компонентом ИМО и занимает приблизительно 70% всего занятия. Через визуализацию перемещения рабочих органов можно стать очевидцем не просто собственных действий, но также глубже понять процессы обработки детали. Возможность снова повторить пройденное занятие, особенно для специфических случаев, очень важно для рабочих, кто в дальнейшем, при случайном столкновении с данной ситуацией, сможет повысить качество своей работы. Применение ИМО в учебном процессе Нетрадиционный типы уроков гуманитарных дисциплин Нужно подчеркнуть, что литература занимает особенное положение среди других общеобразовательных дисциплин, потому что она изучает искусство слова. Именно в прозаических и поэтических произведениях многих авторов содержится опыт нескольких поколений людей. Кроме того литература помогает каждому учащемуся увидеть его субъективные жизненные цели, а может быть и объективное предназначение. На протяжении всего ХХ столетия среди исследователей шла дискуссия о том, к какой сфере надлежит относить литературу: к одной из разновидностей искусства или науки. Последние труды и работы в области методики преподавания литературы подтверждают, что литература является одновременно как наукой, так и искусством. Более того в данное понятие входят такие составляющие части как изучение 25 художественного произведения и основ теории литературы, а еще постоянное стремление к совершенству в процессе использования литературного языка. Основополагающим фундаментом любого урока литературы является непосредственная работа с текстом художественного произведения., т.е. его анализ. А для того чтобы анализировать текст, его надо знать, читать, понимать. И вот отсюда начинаются проблемы. Преподавание литературы в настоящее время переживает нелёгкие дни. Голова современного учащегося сейчас занята компьютерными играми. Подавляющее большинство из них почти не читают ни художественную литературу, ни тем более учебник литературы. В лучшем случае учащийся посмотрит экранизацию художественного произведения, чем прочтёт книгу. Единицы обучающихся перечитывают, так сказать, «от корки до корки», оригинальные экземпляры художественных текстов различных авторов, которые им задают на уроках или в качестве домашнего задания преподавателя. В лучшем случае учащиеся ограничиваются чтением и изучением сокращенных вариантов или пересказом произведений. В связи с этим происходит поиск новых форм, обращение к игровым материалам, другим приемам и методам преподавания литературы. Вот так и появились нестандартные или нетрадиционные, игровые уроки по литературе. Положительные стороны этого явления. Нетрадиционные уроки формируют устойчивый интерес к предмету. Они обладают немаловажным достоинством – развивают творческие способности и образное мышление учащихся. В ходе таких уроков учащиеся занимаются тем, что им нравится, основываясь при этом на своих желаниях, чувствах и ощущениях. Подготовка к уроку. В нём активное участие принимают и учитель, и учащиеся. Если при подготовке к традиционному уроку такую деятельность проявляет лишь учитель (написание планаконспекта, изготовление наглядных пособий, раздаточного материала, обеспечение и т. п.), то во втором случае в значительной степени задействованы и учащиеся. Они делятся на группы (команды, экипажи), получают или набирают определённые задания, которые необходимо выполнить до урока: подготовка сообщений на тему предстоящего урока, составление вопросов, кроссвордов, викторин, изготовление необходимого дидактического материала и т. д. 26 Отрицательные стороны: Нетрадиционные уроки не выполняют главнейшее предназначение урока осуществление обучающей функции. Классификация уроков нестандартной формы Типы уроков Формы уроков Уроки формирования новых знаний уроки лекционной формы, уроки- экспедиции, (путешествия), уроки- исследования, уроки- инсценировки, учебные конференции («пресс-конференции»), нтегрированные Уроки обучения умениям и навыкам сочинения , уроки- диалоги, уроки с ролевой, деловой игрой Уроки повторения и обобщения знаний, закрепления умений семинары внеклассного чтения , повторительно-обобщающие диспуты, игровые – КВН, «Что? Где? Когда?» «Поле чудес», «Счастливый случай», интегрированные, театрализованные (урок-суд), уроки-консультации, уроки-конкурсы, уроки-соревнования Уроки проверки и учета знаний и умений зачетные викторины, конкурсы, смотр знаний, защита творческих работ, проектов, творческие отчеты Творческие принципы методики нестандартных уроков 1. Отказ от шаблона в организации урока, от рутины и формализма в проведении. 2. Максимальное вовлечение учащихся класса в активную деятельность на уроке. 3. Не развлекательность, а занимательность и увлечение как основа эмоционального тона урока. 4. Поддержка альтернативности, множественности мнений. 5. Развитие функции общения на уроке как условие обеспечения взаимопонимания, побуждения к действию, ощущение эмоционального удовлетворения. 27 Рекомендации по проведению нестандартных уроков Нестандартные уроки следует использовать как итоговые при обобщении и закреплении знаний, умений и навыков учащихся; Слишком частое обращение к подобным формам организации учебного процесса нецелесообразно, так как это может привести к потере устойчивого интереса к учебному предмету и процессу учения; Нетрадиционному уроку должна предшествовать тщательная подготовка и в первую очередь разработка системы конкретных целей обучения и воспитания; При выборе форм нетрадиционных уроков преподавателю необходимо учитывать подготовленность и специфические особенности класса в целом и отдельных учащихся. Оценка качества образования и балльно-накопительная система оценки Качество образовательного процесса, и, как следствие, оценка результатов обучения, является базисным феноменом образования как системы. Этот факт имеет две весьма тривиальных причины: с одной стороны современная система образования имеет целевую установку в виде требований ФЗ и ФГОС, предъявляемыми к образовательным учреждениям, с одной стороны. С другой стороны, обучение, является целенаправленным действием, а значит имеет три важных составляющих: постановку образовательной цели и выбор образовательных задач, образовательный процесс, оценку образовательного результата. Таким образом, мониторинг качества образования возможен, как в процессе обучения в форме текущего и промежуточного контроля, так и в форме итогового контроля знаний в форме государственной аттестации. Рассматривая вопрос итого контроля, становится очевидным факт того, что существующие подходы не всегда отражают реальный уровень знаний или компетентность рабочего или специалиста. Так одной из традиционных 28 систем оценки качества обучения, применяемой при зачислении в учреждения СПО, является средний балл аттестата, в иных случаях это может быть средний балл иного документа об образовании дифференцированной системой оценок. Такой показатель с не отражает реальных знаний, даже если проводить градацию дисциплин на: - лингвистические: русский и иностранные языки; - общегуманитарные: литература, история, обществознание; - естественные: биология, химия, география; - общие практические: физическая культура, ОБЖ, БЖ, охрана труда, основы поиска работы; - естественно-математические, технические: физика, математика, электротехника, материаловедение и большая часть общепрофессиональных дисциплин и профессиональных модулей; - информационные: информатика и ИКТ, информационные технологии, САПР, машиностроительная графика. Однако, деление оценок по группам также не информативно, поскольку в разных областях знаний и разных дисциплинах изначально неодинаковый подход при выставлении оценок. Также, важно понимать, что разделение по предметным областям позволяет по оценкам обучающихся судить об их предметной склонности с одной стороны, выделяя лиц, имеющих более высокие показатели обученности, чем в среднем, а с другой косвенно оценивать жесткость критериев обученности по областям, выделяя предметы по которым общие баллы существенно выше или средних значений. Другим критерием качества образования может служить комплексная оценка обучающихся на ГИА, которая основана на выявлении соответствия результатов обучения, результатам заявленным во ФГОС по профессии/специальности. Подобная процедура сопряжена с трудностями всесторонней оценки деятельности обучающегося, поскольку не все компетенции заявленные во ФГОС возможно проверить за короткий срок в 29 условиях экзамена ГИА. В настоящее время в системе СПО СанктПетербурга оценка осуществляется следующим способом: оценивается выполнение конкретных производственных операций, оценивается Портфолио обучающегося. То есть часть общекультурных компетенций отражаются в характеристиках: руководителя на предприятии, мастера, дипломного руководителя, наличия грамот об участии в конкурсах профессионального мастерства и т.д., а часть непосредственно на ГИА, где обучающемуся профессиональными необходимо и продемонстрировать общекультурными компетенциями. владение Одним из способов оценки овладения компетенциями является применение экспертных систем, которые рассматриваются в отдельной главе. Если рассматривать предметную обученность то в настоящее время широко используются тестовые методики оценки знаний. Тестовые задания которые предствялют собой систему разноуровневых по сложности, способу постановки задачи, а также варианту написания ответа. Удобство тестовых методик очевидно: они позволяют охватить максимальный объем разделов дисциплины, при этом разделяя уровни понимания и владения материала. Однако, при всех плюсах, у тестовых методик есть и обратные сторона, это некая теоретизированность, поэтому при необходимости оценить практические навыки к тестовым методикам добавляются проблемные и ситуационные задачи, кейсы. Все эти методы в совокупности позволяют не только оценить качественный уровень специалиста. Данные методы применяются как при проведении ОГЭ и ЕГЭ, так и при проведении ГИА в системе СПО когда теоретические экзамены сочетаются с практическим выполнением производственных операций по профессии. В целях проведения текущего контроля знаний и промежуточной аттестации по общеобразовательным предметам используется методическое обеспечение дисциплины: банки заданий для осуществления текущего контроля и промежуточной аттестации, практические и самостоятельные работы. Задания практических и самостоятельных работ позволяют 30 закрепить теоретические знания и практические навыки, полученные на теоретических и комбинированных уроках. В конце каждого раздела возможно проведение контрольной работы, которая с одной стороны позволяет оценить уровень обученности по разделу, а также способствует закреплению материала. Важно отметить, что контрольные работы могут иметь демоверсии и/или контрольные вопросы для повторения материала, они могут быть выложены в открытый доступ в Интернет на сайт преподавателя, а также в библиотеку, что обгечает самоподготовку. Так каждый обучающийся может подготовиться к контрольной работе и в случае возникновения вопросов подойти к преподавателю с вопросами на консультацию. Практические и самостоятельные работы сдаются преподавателям, чаще всего оценка двойственна: с одной стороны она отражается по системе «зачтено-незачтено», с другой стороны может оцениваться качество выполнения работы, её оформление и т.д. Построение комплексной системы оценки знаний позволяет повысить её качество. В письме ФИРО [1] по формированию учебного плана также рекомендуется при проведении оценки освоения ОПОП использовать накопительные и рейтинговые системы оценивания. Действительно пятибалльная система оценки знаний, имеет ряд достоинств и недостатков. К достоинствам относят: - возможность регулярного контроля знаний, выполнения заданий; - большее накопление оценок; - возможность выставлять оценки по текущей успеваемости; - индивидуализация оценки. Недостатками являются: - избитость использования; - необходимость четких критериев оценки; - «выпадающие» недели; - преподаватель определяет образовательную траекторию. 31 Сами по себе рейтинговая и накопительная система оценки также имеют свои достоинства и недостатки. Накопительная система. Достоинства: - контроля знаний и выполнение заданий осуществляется только по результатам выполненной работы; - индивидуализация выполнения заданий; - возможность выставлять оценки по текущей успеваемости; Недостатки: - оценка обезличена – нет различий по уровню владения фактическим и практическим материалом; - требует большего времени на индивидуальную работу и консультации. Рейтинговая система. Достоинства: - актуализирует индивидуальные достижения обучающихся; - позволяет ранжировать работы особенно в случае творческих работ; - возможность выставлять оценки по текущей успеваемости с учетом рейтингового положения; Недостатки: - оценка обезличена – нет различий по уровню владения фактическим и практическим материалом; - требует большего времени на индивидуальную работу и консультации - разделение группы обучающихся по уровню мотивации к улучшению своего места в рейтинге Исходя из анализа существующих систем оценки, преподаватель может выбирать собственную систему оценки. В качестве системы прошедшей апробацию и действительно показавшей свою эффективность на практике, предлагается бально-накопительная система с элементами рейтинговой оценки. 32 Весь учебный материал распределяется между формами деятельности (Таблица 1), что позволяет оценить не только важность конкретного вида деятельности, но и определить вклад данного вида в конечную оценку. При этом количество баллов может быть фиксированным – 100 баллов, или допускать наличие дополнительных баллов. Таблица 1. Примерное распределение баллов по видам деятельности. № Вид деятельности Баллы 1 Конспекты 10 2 Практические (лабораторные) работы 30 3 Самостоятельные работы включая: доклады, рефераты, сообщения, индивидуальные задания. 15 4 Проверочные работы 15 5 Контрольная работа 30 100 Дополнительные задания: 10-15 Помимо таблицы стоимостного выражения баллов необходима таблица перевода количества накопленных баллов в оценку по пятибалльной или двухбальной шкале (Таблица 2). Таблица 2. Перевод баллов или процентов в оценку. Количество баллов Оценка Зачет < 55 баллов (%) 2 не зачтено 55-70 баллов (%) 3 70-85 баллов (%) 4 зачтено > 85 баллов (%) 5 Балльные таблицы групп помимо сугубо информативной функции несут в себе также и рейтинговый элемент – стремление набрать большее количество баллов, при одинаковой оценке у обучающихся. Обучение по бально-накопитлельной системе имеет еще одну важную особенность, оно позволяет развивать самостоятельность студентов, актуализирует индивидуальную работу, так как получение оценки перестает быть 33 связанным с личностью педагога, оценка выставляется системой – то есть личностный фактор уходит на второй план, и преподаватель может выполнить функцию «помощника» для получения знаний, а, следовательно, большего количества баллов, и более высокой оценки. Статистическая оценка значимости результатов применения бальнонакопительной системы в группах третьего курса показала, что с вероятностью 80% - результаты значимы, а, следовательно, качество обучения действительно увеличилось. Применение ИМО в практике преподавания общеобразовательных дисциплин. Повышение качества образования в условиях образовательного учреждения системы СПО наталкивается на несколько трудностей: - низкий уровень подготовки обучающихся; - необходимость усваивать и теоретическое, и практическое обучение во взаимосвязи, при ограниченности ресурсов и материальной базы образовательного учреждения. Поскольку даже самое продвинутый колледж не может себе позволить обучение методом «проб и ошибок» ни с точки зрения времени, ни с точки зрения стоимости подобного процесса, в особенности в случаях, когда обучение производится на дорогостоящих металлообрабатывающих станках, или в случаях, когда процесс или явление невозможно полноценно воспроизвести в условиях кабинета, например, синтез белка в клетке. Решением указанной проблемы является Имитационно-моделирующее обучение (ИМО). Применение ИМО возможно и необходимо как на профессиональных, так и на общеобразовательных дисциплинах, если этого требует образовательная цель. Преподавание общеобразовательных дисциплин базового уровня, например, химии, биологии, видится обучающимся не только и не столько сложным, сколько неважным для их будущей профессии. Применение ИМО при преподавании общеобразовательных дисциплин позволяет решить 34 проблему мотивации, однако ей не ограничивается, позволяя повысить уровень понимания предмета, а также развивать навыки работы с алгоритмами. Поэтому примение ИМО различается по двум направлениям: - имитации процессов и являений; - имитация и обучение работе с алгоритмами при решении задач. Примером первого случая может служить урок с применением ИМО на тему «Законы Менделя», в ходе которого моделируется механизм расхождения гомологичных хромосом. Примером второго случая может служить урок с применением ИМО на тему «Решение генетических задач» При этом применение ИМО помимо основных целей: изучения нового материала и развития навыка работы с алгоритмами, в частности при решении задач, позволяет создать проблемную ситуацию для обучающегося, 35 в ходе преодолевайте которой, развивает самостоятельность, как качество личности. Следует отметить, что в данном контексте цель более локальна, и самостоятельное решение задачи не каждым обучающимся, воспринимается как вызов, однако поэтапное повышение уровня сложности задачи, позволяет развивать всех учеников группы. Бинарные практико-ориентированные занятия в обучении станочников «Технологии образования являются сложными и многоаспектными объектами, а потому их следует рассматривать не только с позиции целостности их структуры, но и деятельности их участников, что является необходимым условием их функционирования, динамического развития на пути к запланированному результату. Результатом технологического обучения является не только овладение какой-то частью информации, заложенной в содержании учебного предмета, но и способами деятельности, человеческими ценностями, отношениями» такого мнения придерживаются Г.В. Лаврентьев и Н.Б. Лаврентьева. Кроме традиционных методов реализации взаимосвязи теории с практикой (решение задач производственной направленности, использование межпредметных комплексных заданий и др) при подготовке квалифицированных специалистов в профессиональных учебных заведениях СПО используется модель бинарного обучения. В рамках такой модели взаимодействие двух педагогов может быть реализовано в двух направлениях: - преподаватель-преподаватель; - преподаватель профессиональных дисциплин – мастер производственного обучения. В ходе бинарного занятия реализуются многие принципы обучения, но главными являются: 36 - профессиональная направленность занятия при условии, что содержание учебного занятия реализует комплексную взаимосвязь вопросов профессионального характера, изучаемых на двух или более предметах профессионального цикла; - техническая и технологическая направленность применения обучающимися знаний или навыков по предметам профессионального цикла; – взаимосвязь профессиональным теории обучением, с или практикой, двух теоретического параллельно с направленных теоретико-практических курсов. Методики проведения традиционного и бинарного занятий имеют различия, заключающиеся в том, что реализующие бинарное занятие педагоги совместно решают задачи теоретико-практического обучения. Бинарные занятия – одна из форм реализации межпредметных связей, позволяющих объединить знания из разных областей для решения одной проблемы, дающих возможность применить эти знания на практике. Подготовка и проведение бинарного практического занятия представляет собой междисциплинарный краткосрочный проект, в котором как соавторы и единомышленники выступают не только преподаватели, но и обучающиеся, имеющие возможность стать участниками творческого процесса Педагогическая взаимосвязанного профессиональной сущность материала урока либо направленности, двух – совмещение изучения взаимосвязанных предметов либо специального предмета (специальной технологии) и производственного обучения. При проведении бинарного занятия необходимо сочетание личностей педагогов, участвующих в его проведении, их полное взаимодействие между собой и взаимосвязь действий, обусловленная системой обучения, между педагогом и обучающимся. Цели, достигающиеся при проведении бинарного занятия: 37 1. Соблюдение единого подхода к рассмотрению возникающих проблем и единства требований к учащимся в процессе их учебнопроизводственной деятельности. 2. Интерес обучающегося, вызванный общением в трехсторонней группе «преподаватель-преподаватель - обучающийся», вызывает активное восприятие учебного материала, активизирует работу памяти, наблюдательности и воображения. 3. Воспитать у обучающихся умения пользоваться теоретическими знаниями в различных вариантах их практического применения: -нестандартные ситуации на производстве; -необходимость оперативного принятия всесторонне взвешенного единственно верного решения производственной проблемы. Сочетание обучающей деятельности двух преподавателей при проведении бинарного урока Деятельность первого преподавателя Деятельность второго преподавателя Целевая установка обучающихся на урок Опрос учащихся по материалу предыдущих уроков Проверка качества выполнения ранее выполненных технологических задач Изложение теоретических вопросов изучаемой темы. Ответы на вопросы обучающихся Объяснение способов использования теоретических знаний по теме при выполнении практического задания. Демонстрация способов выполнения изучаемых практических приемов Контроль качества восприятия теоретического материала урока и показанных преподавателем практических приемов Контроль осознанности выполнения обучающимися практических упражнений, правильности применения теоретических знаний на практике Текущее инструктирование обучающихся в процессе их упражнений по отработке изучаемых практических приемов и способов выполнения операций Проведение заключительного контроля Продолжительность такого занятия может охватывать значительный промежуток учебного времени без учета времени на перемены. Наиболее эффективно проводить бинарный урок 38 при завершении темы, как обобщающий, закрепляющий урок. При совместной работе педагоги наглядно видят пробелы в знаниях обучающихся. Практический опыт проведения подобных уроков показывает, что такие формы способствуют более глубокому и качественному усвоению учебного материала по сравнению с традиционными формами. Бинарные уроки помогают обучающимся по-новому взглянуть на теоретическую подготовку и осознать, что их изучение необходимо для лучшего овладению профессией, поскольку обучающимся предоставляется возможность увидеть, как теоретические знания применяются на практике. Такие уроки отличаются наглядностью при обобщении изученной темы. В настоящее время занятия такого типа успешно применяются в «Промышленно-технологическом колледже» в рамках обучения рабочих по профессии «Наладчик станков и оборудования в машиностроении», а также при выполнении выпускной квалификационной работы по профессии «Токарь» на базе 8 классов. В качестве наглядного практикоориентированнов занятие примера для рассмотрим «Наладчиков..», бинарное проводимое преподавателями «ПТК» Волченко И.О. и Поляковой А.Е. Ход бинарной практической работы Предметы: МДК 03.01 Устройство станков и манипуляторов с ЧПУ; МДК 03.02 Технология работ по наладке станков и манипуляторов с ПУ Профессия: Наладчик станков и оборудования в машиностроении Тема практического занятия: Разработка операционной технологии обработки резанием детали «Поршень». Создание управляющей программы и имитации обработки на МРС. 39 Цели работы: 1. Научить обучающихся выбирать оптимальную последовательность обработки поверхностей указанной детали. 2. Отработать навыки расчетов режимов резания на операции обработки резанием по эмпирическим формулам. 3. Отработать навыки создания управляющих программ для обработки на МРС с ЧПУ Наглядные пособия: презентационные и раздаточные материалы по теме ХОД УРОКА I. Организационный момент: Приветствие обучающихся, проверка готовности, целевая установка на урок. II. Актуализация знаний и практического опыта обучающихся: 1. Знакомство обучающихся с деталью для выполнения работы 2. Проверка знаний обучающихся по МДК 03.01 Устный блиц-опрос - Какие методы обработки резанием применяются в промышленности? - Какое оборудование применяется для реализации указанных методов? - Способы обработки деталей данного класса - Элементы для крепления заготовок на выбранном оборудовании - Материалы режущей части инструментов, исходя из материала изделия Практическая работа № 1 «Проектирование технологии обработки резанием указанной детали» . 1. Анализ чертежа детали Для токарных работ 40 операционной Для фрезерных работ 2. Выбор оборудования с ЧПУ 3. Составление операционной технологии для обработки на универсальном оборудовании 4. Перевод разработанной технологии на многофункциональный станок с ЧПУ 5. Выбор режущего инструмента и его геометрии 6. Расчет режимов резания по эмпирическим формулам с учетом обработки на станке с ЧПУ 7. Заполнение операционной разработанной операции 41 и эскизной карт для Практическая работа № 2 «Создание управляющей программы для операции металлообработки на станке с ЧПУ». Закрепляемые знания: информационные технологии планирования, управления и контроля производственных операций при проектировании операций металлообработки. Формируемые умения: составлять управляющие программы с использованием систем автоматического проектирования. Цель занятия: Изучение способов построения управляющих программ токарной обработки в среде SIMCO Edit. План проведения работы. 1. Получить у преподавателя эскиз детали. 2. Загрузить среду в SIMСОEdit. Перейти в режим обработки CNC – Calc 3. Создать контур детали, сгенерировать проходы для обработки детали. 4. Построить управляющую программу, выбрав сопроцессор по указанию преподавателя. 42 5. Переписать управляющую программу на тренажёр фрезерного станка. 6. Наладить станок и отработать изготовление виртуальной детали. 6. Наладить станок и отработать изготовление виртуальной детали. 7. Снять размеры полученной детали. 43 III. Деятельность первого преподавателя Контроль осознанности выполнения учащимися задания, применение теоретических знаний в практической работе Деятельность мастера Текущее инструктирование учащихся в процессе выполнения задания по созданию управляющей программы и проведению измерения изделия после имитации обработки. Заключительная часть 1. Преподаватель первый: обобщение и подведение итогов выполнения учебных задач урока. 2. Преподаватель второй: анализ выполнения учебно-практических заданий обучающимися, разбор типичных ошибок и недостатков. 3. Оценки за урок. Применение симуляторов станков с ЧПУ В данном разделе рассматривается применение ИМО при подготовке высококвалифицированных рабочих в машиностроительной отрасли. В частности, при подготовке по профессии «Наладчик станков и оборудования в механообработке» сложно обойтись без применения ИМО. 44 Сам по себе симулятор (компьютерная модель, имитирующая ту или иную деятельность) едва ли способен привнести нечто уникальное в образовательный процесс. Как ни банально, образовательный результат будет зависеть от того, каким образом имитационная модель встроена в образовательный процесс. Тренажер - техническое средство профессиональной подготовки человека-оператора, предназначенное для формирования и совершенствования у обучаемых профессиональных навыков и умений, необходимых им для управления материальным объектом, путем многократного повторения обучаемыми действий, свойственных управлению реальным объектом (из ГОСТ 21036-75). Использование тренажеров в учебном процессе требует учета некоторых моментов. Во-первых, обучение на тренажерах (тренажерную подготовку) следует планировать на практических занятиях после изучения устройства и правил эксплуатации реального объекта, а также требований техники безопасности работы на реальном объекте и на тренажерах. Это позволяет закрепить приобретенные знания и сформировать (или совершенствовать) компетенции по управлению реальным объектом. Работа на тренажёре производится поэтапно. 1-ый этап: на этом этапе осуществляется теоретическое изучение технологического процесса (его особенностей) реального объекта, его устройство (если это необходимо) и всех вопросов, связанных с техникой безопасности. Это изучение может быть произведено на лекциях или самостоятельно (под руководством преподавателя). 2-ой этап: на этом этапе производится изучение "Руководства по эксплуатации" тренажера и всех прилагаемых к тренажеру учебнометодических материалов (лекций, описания задач и ситуаций и т.д.). Изучение производится, как правило, самостоятельно отдельным обучаемым (или в группе) при консультации преподавателя. 45 3-ий этап: на этом этапе выполняется непосредственная работа обучаемого (группы) на тренажере под контролем преподавателя, который определяет порядок и количество решаемых задач, производит выбор ситуаций и выделяет приоритеты технологического процесса. Кроме обучения на практических занятиях, тренажеры должны использоваться и при контроле компетенций обучающихся. В этом случае действия обучаемого должны быть направлены на решение проблемных ситуаций, которые возникают при решении нештатных задач. В любом случае использование тренажеров позволяет в большей степени активизировать учебный процесс и исключить субъективность оценок. При организации тренажёрной подготовки следует обратить внимание на то, что: - выбор используемых задач (ситуаций) для подготовки рабочих и специалистов производит преподаватель; - управление тренажером и организация действий обучаемого при решении той или иной задачи производится согласно "Руководства по эксплуатации тренажера», поэтому обучаемые перед работой на тренажере должны изучить этот документ; - прохождение тренажерной подготовки не заменяет полной подготовки специалиста в рамках определенной профессии, а позволяет формировать (совершенствовать) определенные (т.е. некоторые) навыки и умения специалиста. При разумном использовании симуляторов в учебном процессе удаётся повысить эффективность учебного процесса за счет: знакомства обучающихся с УЧПУ различных типов; на одном рабочем месте получения части профессиональных компетенций в вопросах обработки деталей на станках различных групп с использованием УЧПУ различных производителей; 46 сведения к минимуму материальных затрат при обучении; проведения занятий в условиях с высоким уровнем безопасности работ; сокращения времени на освоение определенных действий за счет параллельного использования компьютерных симуляторов и станков с ЧПУ; повышения уровня успеваемости по смежным предметам за счет большего объема практических действий; повышения эффективности принятия решений при решении производственных задач; повышения интереса к занятиям. Тренажеры (в первую очередь тренажеры-имитаторы) могут быть использованы преподавателем при чтении лекций как иллюстративный материал. Однако это предполагает высокий уровень профессиональной подготовки самого преподавателя и наличие определенного опыта по использованию ПЭВМ. Поэтому молодым преподавателям до накопления определенных умений целесообразно воздерживаться от использования тренажеров для иллюстрации отдельных положений лекции. Но эта рекомендация не относится к использованию тренажеров на практических занятиях, где ограничений нет. Опыт применения ИМО позволил выявить следующие особенности: - занятия на симуляторах должны быть закреплены работой реальном оборудовании; 47 - в квалификационном экзамене обязательно должно учитываться портфолио обучающегося, так как ИМО не в состоянии охватить все профессиональные компетенции; - отсутствие методического обеспечения (разработок уроков, описаний приёмов работы на тренажёрах, учебных пособий); - не определены границы применения предлагаемых методик (уровень подготовки обучающихся, преимущественные способы усвоения материала и т.д.); - слабая информированность о имеющихся средствах и методах обучения; - отсутствие у ряда преподавателей мотивации и слабый уровень их подготовки; - можно проверить только часть профессиональных и общих компетенций; повышение требований к квалификации преподавателя; - большой объём подготовительной работы (подготовка управляющих программ, настройка компьютеров, подготовка и оформление КОС и т.д.); - недостаточный опыт в использовании симуляторов; - повышенные требования к уровню подготовки обучающихся (знание компьютера). В учебном процессе симуляторы использовались для: 1. Проведение практических занятий на темы: - изучении УЧПУ различных типов; - установка заготовки и инструмента; - привязка инструмента; - обработка виртуальной детали; - контроль выполненных работ. 2. Приём экзаменов (квалификационных). 3. Самостоятельная работа при изучении спецдисциплин. 48 Занятия проводились с применением имитационных образовательных технологий на тренажёрах станков, в процессе работы на которых воспроизводится деятельность наладчика станков и оборудования в механообработке. Работа проводится на тренажёре SwanSoftCNC Simulation Version 6.500. Соответствие электронного образовательного ресурса требованиям, предъявляемым к программным продуктам этого класса: Дидактические Общая сумма компоненты анализа баллов по программного группе продукта показателей показателей Процент соответствия программного средства критериальным требованиям Место (ранг) компонента Нормативный 5 45% 4 Психологопедагогический 9 56% 5 Содержательный 9 69% 3 Инструментальный 12 75% 2 Процессуальный 20 80% 1 В процессе внедрения симуляторов определялись требования по их использованию: Занятия на симуляторах обязательно должны закрепляться работой на станках с УЧПУ; Квалификационный экзамен должен проводить опытный преподаватель, хорошо подготовленный для работы на симуляторе; Управляющую программу следует разрабатывать и отлаживать не на симуляторе, а средствах, например CIMKOEdit; 49 Для проведения практических и самостоятельных работ необходима разработка соответствующего методического обеспечения. Описание работы на тренажёре Выполнение операций на тренажёре УЧПУ FANUC OTD Вид эмулятора токарного станка с УЧПУ FANUC OTD приводится на рисунке 1.1. Рисунок 1.1. На нём изображены: тренажёр станка (слева), пульт ЧПУ (справа) и пульт станка (внизу). Пульт ЧПУ (рисунок 1.2) состоит из дисплея, программных клавиш, клавиш ввода данных, клавиш редактирования программ, клавиш перемещения курсора, клавиш перемещения страниц, клавиши сброса. 50 Тренажер станка имеет верхнее меню, верхнюю и левую кнопочные панели и окно отображения станка. Пульт станка имеет секцию выбора режимов работы, секцию операций, секцию управления шпинделем, грибок аварийного останова, ключ защиты программ и секцию управления охлаждением. Занятие № 1.1. Настройка установочного размера токарного станка с УЧПУ FANUC. 1. Установка нуля станка. 1.1. Запустить файл SSNC.EXE 1.2. В открывшемся меню выбрать тип устройства ЧПУ – FANUC OTD, нажать надпись Run. После этого загружается тренажёр. 1.3. Для установки нуля станка активизировать соответствующий режим (кнопка Home секции OPERATION). 1.4. На пульте станка в секции AXIS/DIRECTION нажать кнопку «+Z», затем – « +X». На дисплее координаты X и Z должны принять нулевые значения. Рисунок 1.2 Пульт ЧПУ 2. Установка заготовки и инструмента. 51 2.1. На левой кнопочной панели нажать пятую кнопку снизу (№1 на рис.1.1 – Workpiece Setteng), в открывшемся меню выбрать пункт «Stock Size». В открывшемся диалоговом окне установить: - диаметр заготовки (Diametr); - длину заготовки (Length); - материал заготовки (Worckpiece Material); - способ закрепления заготовки (Penlace или Tailstock). 2.2. На левой кнопочной панели нажать шестую кнопку сверху (№2 на рис.1.1 – «Tools Manadgment»), открывая меню выбора инструмента. 52 2.2.1. Для выбора инструмента надо из данного меню выбрать требуемую строчку с указанием параметров выбранного инструмента. После этого в правой части окна появится вид выбранного инструмента. Если геометрические характеристики инструмента не соответствуют требуемым, то их можно откорректировать, для чего надо на строке сделать двойной щелчок мыши. Открывается панель настройки параметров инструмента, где можно изменить его следующие характеристики: Shank – длина; Diametr – диаметр; Shank Width – ширина. Если инструмент имеет режущую пластинку, то можно определить её геометрию через окно «Insert Parameter» и определить материал режущей части. В завершении настройки инструмента нажать кнопку «ОК». 2.2.2. Для установки инструмента в револьверную головку нажать кнопку «Add to tool turrent» и выбрать нужную позицию установки инструмента. Для примера выбираем первую позицию (Tool Station 1). Слева в окне появится номер установленного инструмента (001). 53 2.2.3. Для того, чтобы данный инструмент занял рабочую позицию необходимо нажать кнопку «Mount Tool» и инструмент готов к использованию. Затем нажать кнопку «ОК». 2.3. Закрыть дверцу защитного кожуха станка – третья снизу кнопка левого меню (№ 3 на рис.1, Close Mashine Door). Чтобы лучше наблюдать за процессом обработки заготовки на верхней кнопочной панели нажать 8-ю кнопку слева (2D View). Затем, с помощью кнопок Zoom Out и Zoom In (2-я и 3-я кнопки верхнего меню) установить нужный размер рабочего поля. С помощью кнопки «Pan View» можно переместить заготовку в удобное место. 3. Установка нуля детали. 3.1. Включить режим JOG (соответствующая кнопка секции OPERATION панели станка). 3.2. С помощью кнопок «–X» и «-Z» подвести инструмент к заготовке. На панели станка в секции SPNDLE нажать левую кнопку «SPDC CW» которая запускает шпиндель на вращение по часовой стрелке. 3.3. С помощью кнопок «+Z» и «-Z» подвести резец в позицию «подрезание торца» и с помощью кнопки «-Х» подрезать торец. Кнопкой «+Х» отвести инструмент от детали. 3.4. На секции функциональных клавиш пульта ЧПУ нажать кнопку «MENU OFSET», затем третью кнопку слева на секции «Программные клавиши» пульта ЧПУ. Изображение на экране должно быть таким как на рисунке 1.3. 54 Рисунок 1.3. Затем с помощью клавиш перемещения курсора выбирается строчна соответствующая номеру инструмента (например G01), курсор устанавливается в столбец Z этой строчки и с клавиш ввода данных вводится значение W. Например, для случая рис.3. вводится следующая информация: Z-396.037 и нажимается Input. Размер по оси Z установлен. 3.5. Для установки размера по оси Х переходим в режим JOG и перемещаем резец по оси Х к детали так, чтобы снять слой металла примерно 1 мм. С помощью клавиши –Z перемещаем резец на 5 – 10 мм снимая металл. С помощью клавиши +Z отводим резец от заготовки. Кнопкой «SPDL STOP» пульта станка останавливаем шпиндель. В верхнем меню тренажёра выбираем пункт «Mesure», в нём подпункт «Measure Disnance». Открывается окно измерения (рисунок 1.4). Рисунок 1.4. Замеряем диаметр проточки и вычитаем его из величины текущей координаты Х. Полученное значение запоминаем (обозначим его через Х1). 55 Вызываем меню «Mesure» и выбираем в нём подпункт «Exit Mesure» для завершения измерений. Величину Х1 записываем как значение оси Х. Привязка детали завершена. 3.6. Устанавливаем рабочие органы в нуль станка (пункты 1.3 и 1.4). На панели станка в секции «PROGRAM SOURSE» активизируем режим «MDI» и нажимаем клавишу «PROGRAM» на панели УЧПУ и программную клавишу 1 (рисунок 1.5). Рисунок 1.5 На экране отображается режим MDI – ввод и непосредственное выполнение кадров управляющей программы с клавиатуры. Вводим следующие адреса: T0101 «Input» G0 «Input» Z0«Input» X0«Input» На экране должно появиться изображение как на рис.5. Нажимаем на клавишу «Output». Рабочие органы переводятся в нуль детали, что отображается на схеме обработки детали. Настройка установочного размера завершена. Настройка установочного размера токарного станка с УЧПУ SINUMERIK 810/840D М 56 Для начала работы надо отжать кнопку аварийного выключателя кнопку и кнопку , затем . Лампочка над кнопкой «RefPoint» должна погаснуть. Пульт готов к приёму команд. Рисунок 2.13 2.3.1. Для установки нуля станка нажать кнопку «RefPoint» и последовательно на «Х», «+», «Y», «+» и «Z», «+». На тренажере рабочие органы станка установятся в нуль. На пульте станка должны зажечься лампочки X,Y,Z. Отжать кнопку «RefPoint». Установка заготовки и инструмента проводится аналогично пункту 2 занятия 2.1. 2.3.2. Установка нуля детали. Включить режим JOG. С помощью кнопок «Х», «-», «Y», «-» и «Z», «-» подвести инструмент к нулю детали. На панели станка нажать левую кнопку «SPNDLE Start» которая запускает шпиндель. 57 Нажимаем кнопку и, с помощью кнопки, переводим тренажёр в вид, изображённый на рисунке 2.14. Нажимаем клавишу «OFSET PARAM». Затем нажимаем программную клавишу «Work ofset». Получаем окно, изображенное на рисунке 2.15. Рисунок 2.14 58 Рисунок 2.15 С помощью клавиш клавишу переводим курсор в позицию «Х» и нажимаем . В соответствующей позиции появляется значение координаты «Х», например, -502.172. Затем повторяем эти действия соответственно с координатами «Y» и «Z». Нуль детали установлен. 2.3.3. Проверка установки нуля детали. 59 Рисунок 2.16 Для проверки установки нуля детали переводим рабочие органы в нуль станка (в соответствии с пунктом 2.3.1) и включаем режим MDA соответствующей кнопкой на пульте станка. С помощью кнопки рисунке 14. Нажимаем кнопку Y0 Z0 переводим тренажёр к виду, изображённому на и в окно MDI введите следующую команду: G0 X0 (рисунок 2.16). Затем переведём тренажёр в отображение пульта станка и нажмём клавишу . Рабочие органы переводятся в нуль детали. Оценка эффективности использования имитационных методов обучения 60 В ГБ ПОУ «Промышленно-технологический колледж» внедрение ИМО в учебный процесс по профессии «Наладчик станков и оборудования в механообработке» началось с 2011 года. Реально ими охвачены были выпускники 2013 и 2014 годов. В данном разделе проводится анализ результатов защит письменных экзаменационных работ в 2011 – 2014 годах. Год выпуска Кол.выпу скн. Средний бал Ср.кв.отк л. 2011 2012 2013 2014 41 19 23 27 3,65 3,57 4,17 3,92 0,76 0,69 0,72 0,62 Анализ этой таблицы позволяет выдвинуть гипотезу, что средний балл выпускников в 2013 и 2014 годах выше, чем в 2011 и 2012 годах по причине внедрения ИМО. Для доказательства этой гипотезы проведем сравнение средних значений двух выборок с оценкой значимости их различий. Результаты сравнения представлены в таблице, в которой отражается вероятность (в процентах) того, что имеются существенные различия в средних баллах: 2011 2012 2013 2014 2011 0 30 96 98,7 2012 30 0 99 99,2 2013 96 99 0 81 2014 98,7 99,2 81 0 В этой таблице жирным выделены результаты, когда не рекомендуется считать существенными различия между двумя средними. Это различия между 2011- 2012 и 2013- 2014 годами. Таки образом, можно считать наличие значимых различий в средних баллах при использовании ИМО и без них. Окончательная проверка результатов осуществлялась при сравнении суммарных выборок 2011+2012 и 2013+2014 годов. В первом случае средний 61 балл 3,63, во втором – 4,04. Вероятность наличия существенных различий – 99,7%. Вывод: с большой степенью вероятности можно утверждать, что внедрение ИМО повлияло на увеличение среднего бала при защите письменных экзаменационных работ. Двойственный характер внедрения ИМО в учебный процесс Широкое использование вычислительной техники (ВТ) в сферах деятельности современного рабочего предъявляет к его профессиональной квалификации ряд дополнительных требований, заключающихся в овладении новыми технологиями труда. Однако сущность квалификации наладчика станков с ЧПУ остается прежней и заключается не только и даже не столько во владении методами наладки станков, сколько в развитой интуиции, так называемом рабочем чутье, опирающемся на знание свойств технических объектов и процессов и умение использовать их в профессиональной деятельности. Чтобы правильно производить наладку станка на обработку детали, необходимо четко понимать физическую природу технологического процесса. Для принятия технически грамотных решений при работе на станках с ЧПУ, необходимо уметь правильно воспринимать и осмысливать как карту наладки станка, так и результаты отработки управляющей программы, учитывать наличие возможных ошибок в технологическом процессе и управляющей программе, находить правильную замену режущих инструментов (при отсутствии требуемых), при необходимости, грамотно изменять режимы резания. Автоматизация трудоёмких учебных работ ряде случаев создает предпосылки для более глубокого изучения свойств технических объектов на 62 математических моделях, проведения в учебном процессе исследований и оптимизации. Более того, развитие новых информационных технологий в некоторых дисциплинах достигло такого высокого уровня, что позволяет, перенести акцент в обучении с освоения формализованных методов труда на углубленное изучение физических закономерностей. Так, появление и развитие систем компьютерной разработки управляющих программ, позволяет существенно упростить работу по их написанию. Применение средств создания электронных чертежей позволяет не акцентировать внимание на допуски (которые могут проставляться автоматически), исключает использование линейки и карандаша. Но при всей несомненной полезности автоматизация технического труда в учебных задачах не всегда приводит к повышению качества собственно подготовки. Относительная легкость получения результата с применением ЭВМ снижает интерес к самому результату. Так, целеустремленный поиск путем ряда проб различных вариантов управляющих программ наглядней и поучительней для будущего наладчика, чем получение только одной оптимальной управляющей программы, которую нельзя улучшить и не с чем сравнить. Плохую услугу иногда оказывает и скрытность вычислительных процессов, выполняемых на ЭВМ. Процесс написания управляющей программы, который мы нередко объявляем рутинной работой, обладают большим обучающим эффектом, так как позволяют проследить и понять технологический процесс обработки детали (например, расчёт коррекции инструмента, расчёт проходов при нарезании резьбы резцом и др.). Любопытным примером двойственного влияния компьютеризации обучения (позитивного и негативного) на подготовку наладчиков станков с ЧПУ является применение визуальных кадров и шаблонов. 63 Их применение приводит, как показывают наблюдения, к ускоренному расслоению пользователей этих систем, на две группы. Первая, к сожалению, меньшая группа рабочих быстро повышает свою квалификацию благодаря быстрому созданию различных управляющих программ. При этом настройка шаблона или визуального кадра осуществляется с высоким уровнем понимания хода технологического процесса. Эти рабочие без труда вносят корректировки как в шаблон, так и добавляют кадры в управляющую программу. Квалификация второй группы пользователей, в основном из молодых рабочих, развивается интенсивно в престижной сфере овладения сложными техническими и программными средствами станков с ЧПУ. При этом осваиваются преимущественно методика работы с шаблонами и визуальными кадрами. Умение их корректировать, добавлять кадры в управляющую программу, оказывается на втором плане, вследствие чего профессиональный опыт в предметной области, несмотря на большое количество решаемых задач, накапливается медленно, и рабочий порой перерождается в своего рода пользователя конкретной стойки устройства ЧПУ. Следовательно, использование шаблонов или визуальных кадров обладают как обучающими, так и противоположными свойствами. Причем, их применение в учебном процессе приводит к такому же расслоению обучающихся, но с еще более малочисленной группой, проявляющей склонность к корректировке управляющих программ. Именно это обстоятельство и является в ряде случаев причиной осторожного отношения преподавателей к использованию визуальных кадров в учебном процессе. Резюмируя сказанное, можно сделать вывод, что, наряду с освоением будущими рабочими новых информационных 64 технологий, в ходе компьютеризации обучения необходимо не только сохранить, но и усилить традиционную подготовку в конкретной предметной области. Метод последовательных приближений и его результативность при использовании имитационных технологий Эпиграф: Знания в училище давали прочные потому, что их повторили столько раз, сколько было нужно для того, чтобы научить всех. Лидия Чарская «Приютки» Педагогическая технология есть продуманная во всех деталях модель совместной учебной и педагогической деятельности по проектированию, организации и проведению учебного процесса с безусловным обеспечением комфортных условий для учащихся и учителя. Педагогическая технология предполагает реализацию идеи полной управляемости учебным процессом.(1) Имитационные продуктивного обучения. моделирования профессии, технологии в В - частности, это современные технология технологии имитационного является средством познания и представления будущей которой отражаются профессиональные задачи, профессиональная компетентность и личностные качества специалиста. Технология имитационного моделирования как средство профессионального обучения раскрывается в формах имитационной ситуации, учебной деловой игры, профессионально ориентированного проекта. Подробное описание методов имитационного моделирования можно найти в работах И.Г. Абрамовой, Н.В. Борисовой, Р.Ф. Жукова, В.Ф. Комарова, В .Я. Платова, А.П. Панфиловой, Б.Н. Христенко, Г.П. Щедровицкого и других известных разработчиков. Возможности применения деловых игр как формы имитационного моделирования в профессиональной подготовке специалистов и повышении квалификации кадров исследовали П.П. Блонский, Н.В. Борисова, В.В. Глухов, A.A. Голос, О.В. Козлова, Ю.П. 65 Красовский, Е.А. Литвиненко, A.JI. Лифшиц, Н.М. Платонова, И.М. Соколов, И.М. Сыроежин, Е.А. Хруцкий и др.( 2) В настоящее время в игровом имитационном моделировании широко представлены: деловые игры (военные, политические, производственные, исследовательские, учебные); аттестационные игры для подбора и назначения кадров, для оценки уровня их квалификации; ситуативно-ролевые игры; производственные деловые игры; исследовательские деловые игры; а также учебные игры. На них мы и остановимся. Преподавание таких предметов как физика, электротехника, а также ряд других в соответствии со стандартом образования требуют от преподавателя выполнения лабораторных работ с каждым обучаемым. Очень дорогой и объёмный труд как для преподавателя, так и для ученика.. В связи с этим таких работ проводится все меньше. Учитель бережет оборудование от неопытных, порой грубых рук обучаемых. Как следствие, навыкавыполненияработ с дорогостоящим оборудованием у учащихся нет. От этого оборудование страдает еще больше в тех редких случаях, когда детей к нему подпускают. Проблема настолько остра, что тратятся серьезные деньги на замену лабораторного оборудования его виртуальными аналогами. Таких разработок достаточно. Имеются виртуальные лабораторные работы, например, в курсе «Открытая физика»(3). Для курса электротехники разработаны такие ElectronicsWorkbench,Ванюшин электронные М. Мультимедийный тренажеры как курс мир «В электричества как в первый раз». 2009 , КашкаровВ.А.и др. «Начала электроники»(4). Они позволяют достаточно хорошо подготовитьученика к работе с реальными приборами. Нами разработаны и проведены несколько уроков по основам электротехники с использованием компьютерных тренажеров. В качестве примера приведем одну из таких практических работ. Практическая работа № 8 66 Принцип подключения и снятие показаний различных видов приборов учета электроэнергии по предложенным схемам Цель работы Получение основных навыков работы с программой «Основы электроники» и изучение библиотеки компонентов. Работа с мультиметром в предложенных цепях электрического тока. Определение различных электрических параметров прямыми и косвенными измерениями. Оборудование: тренажер « Основы электроники», компьютерный класс, описание работы, тетради для практических работ Ход работы 1. Загрузить схему из файла на диске «Fuse 1» Рис.1 2. К1 3. Н1 К2 Н2 Зарисовать в тетради ее принципиальную схему, места включения мультиметра указав для определения силы тока и напряжения на нагрузке Н1 4. Записать в таблицу номинальные значения параметров нагрузки Н1, предохранителя и батарейки Номинальн I (А) U (В) R (Ом) P(Вт) ые значения нагрузка предохрани тель батарейка 5. Провести измерения параметров тока в цепи с первой нагрузкой Н1, замкнув ключ К1, и записать результаты в таблицу метод I (А) U (В) R (Ом) P(Вт) Прямые измерения Косвенные измерения 6. Сравните их между собой и сделайте вывод. 67 7. Контрольные вопросы: А) Расшифруйте символы на приборе Б) Определите цену деления стрелочных приборов СА. =….. СV=…. 8. Творческое задание.Включите ключ К2 на схеме тренажера . Объясните результат. Внесите исправления в схему. Источники: 1.Конспект занятий; 2.Тренажер «Начала электроники» КахГУ; 3.Наглядные задачи по физике.УшаковМ.А. Тренажер работает действительно.Мультиметры подключаются. Ими можно измерить напряжение, силу тока, сопротивление. С полученными данными можно делать расчеты. Результаты разумны. Тренажер включает игровые моменты в процесс своей работы. Например, перегорание предохранителя сопровождается хлопком и его потемнением.Также перегорает плитка. Если посмотреть на цель работы, она громоздка. Опытный учитель с первого взгляда скажет, что она невыполнима.И будет прав, если мы не сообщим об использовании еще одного метода в организации нами экспериментальной работы. Метод последовательных приближений в педагогике реализуется, например, в заданиях с вариативным содержанием(5 ): добавляется новый пункт в целях работы, с сохранением предыдущих.Например, только чтопредставленной практической работе с параллельно включенными плитками предшествовалаработы про параллельное соединение резисторов 68 на этом же тренажере.В ней уже были поставлены цели «Получение основных навыков работы с программой «Основы электроники» и изучение библиотеки компонентов. Работа с мультиметром». Представим ее. Практ.раб. № 1а «Параллельное соединение потребителей» Тренажер № 2 Цели работы: работа сцепью на тренажере «Начала электроники» при параллельным соединением потребителей, с мультиметром для получения законов параллельного соединения. Оборудование: компьютерный класс, тренажер электронный «Начала электроники», описание работы ( 15 экз.), тетради для практических работ. Рис. 1(а,б,в,г) Рисунок схемы рис.1 (а) Показания приборов рис.1 б, в, г б) в) г) 1. Соберите схему по рис.1а без электроизмерительных приборов 2. Резистору поставьте сопротивление 100 Ом. 3. Используйте первый мультиметр как амперметр. Измерьте силу тока на разных участках цепи. Для этого ( 3 раза)удалите одно звено провода, в место разрыва подключите клеммы мультиметра, соблюдая полярность . Не 69 забывайте размыкать цепь, делая переключения! Результаты запишите: Iобщ = Iлампа = Iрезистор = 4. Сравните их между собой и сделайте вывод о силе тока на разных участках. 5. Напишите в общем виде соотношение между токами на участках при их параллельном соединении. Iобщ I1I2 6. Второй мультиметр используйте как вольтметр. Измерьте им напряжение на лампе, на резисторе, на мультиметре в режиме амперметра, на участке провода, на лампе и резисторе вместе, на всей внешней цепи. Результаты запишите в таблицу. где сколько Uлампы Uрезстора Uамперметра Uпровода Uлампа+резистор Uвнешн. цепи 7. Сравните их между собой и сделайте вывод о напряжениях на разных участках цепи. UлампыUрезистораUамперметра Uпровода 8. Uлампа+резистор Uвнешн.цепи Напишите в общем виде соотношение между напряжениями на участках при их параллельном соединении. UобU1U2 9. Второй мультиметр используйте как омметр. Измерьте им сопротивление на лампе, на реостате, на мультиметре в режиме амперметра, на участке провода, на лампе и реостате вместе, на всей внешней цепи. Результаты запишите в таблицу. где сколько Rлампы Rрезистора Rамперметра Rпровода Rлампа+резистор Rвнешн. цепи 10. Сравните их между собой и сделайте вывод о напряжениях на разных участках цепи. Rлампы Rрезистора Rамперметра Rпровода Rлампа+реостат Rвнешн. цепи 11. Напишите в общем виде соотношение между сопротивлениями на участках цепи Rоб R1 R2 12. Вывод: параметры тока при параллельном соединении подчиняются следующим соотношениям: а) б) 70 в) . 13. Доп. вопрос. Найти цену деления приборов на рисунках 1б),в),г). Как видим целей опять много для наших учеников. Поэтому двум представленным работам предшествовала еще одна. Представляем ее. С этим же рисунком работаем как с тренажером. Идея ненова .Подобные рисунки часто используется в материалах ЕГЕ по физике (6). Практ.раб. № 1 «Параллельное соединение потребителей» Тренажер №1 Цели работы: цепи с параллельным соединением участков; аналоговые приборы: знакомство. Оборудование: тренажер и описание работы ( 15 экз.), тетради для практических работ. Рисунок схемы рис1 (а) Показания приборов рис.1 б, в, г б) в) г) Рис. 1(а,б,в,г) 71 1. Начертите принципиальную схему избраженной на рис.1 а) электрической цепи и отметьте на принципиальной схеме знаками ( +, -) полярность зажимов электроизмерительных приборов, 2. Укажите стрелками направление тока в цепи на схеме. 3. Определите фактическую силу тока лампы. Рис. 1(а,б). 4. Определите силу общего тока в цепи. Рис. 1(а,г). 5. Определите силу тока в резисторе . Рис. 1(а,б,г). Ответ объясните. 6. Определите фактическое напряжение на лампе. Рис.1 (а,в) 7. Определите фактическое значение сопротивления параллельного соединения лампы и резистора, пренебрегая сопротивлением электроизмерительных приборов и проводов. 8. Определите номинальное значение сопротивления параллельного соединения лампы и резистора по их паспортным данным, пренебрегая сопротивлением электроизмерительных приборов и проводов. 9. Вывод: (формулы параллельного соединения) Доп.вопрос 1. Какими формулами пользовались в работе? Доп.вопрос 2. Определите цену деления приборов 1б,в,г. Источники: Наглядные задачи по физике. Ушаков М.А. Главной параллельное целью данной соединение работы участков является электрической отработка цепи, понятия: работа со знакомыми из курса физики стрелочными (аналоговыми) приборами. Итак, мы попытались показать работу с имитационными технологиями по двум профессиям применительно к нашему контингенту для отработки знаний и умений приведенных ниже.. Выписка из ФГОС СПО по профессии 151902.01 Наладчик станков и оборудования в механообработке" по предмету ОП.03. Основы электротехники № блока уметь: знать: ОК 72 ПК 1 читать структурные, монтажные и простые принципиальные электрические схемы; 2 рассчитывать и единицы измерения измерять основные силы тока, напряжения, параметры простых мощности электрических схем электрического тока, сопротивления проводников использовать в электроизмерител работе ьные приборы электроизмеритель (амперметр, вольтметр), ные приборы; их устройство, принцип действия и правила включения в электрическую цепь; 3 № блока 1 свойства постоянного и переменного электрического тока; методы расчета и измерения основных параметров простых электрических цепей ОК 1 - 7 ПК 1.1 - 1.3 ПК 2.1 - 2.3 ПК 3.1 - 3.3 ПК 4.1 - 4.4 ОК 1 - 7 ПК 1.1 - 1.3 ПК 2.1 - 2.3 ПК 3.1 - 3.3 ПК 4.1 - 4.4 ОК 1 - 7 ПК 1.1 - 1.3 ПК 2.1 - 2.3 ПК 3.1 - 3.3 ПК 4.1 - 4.4 ОП.04. Охрана труда и техника безопасности уметь: знать: выполнять технологические требования на рабочем месте и в производственной зоне, 2 правила техники безопасности и охраны труда при работе с электрооборудованием; ОК ПК ОК 1 - 7 ПК 1.1 1.5 ПК 2.1 2.4 нормативные документы по использованию средств вычислительной техники и видеотерминалов; Результаты за ряд лет по предметам «Электротехника» и «Охрана труда и техника безопасности» в группах 17,18 и 39 за 2011-2012,2012-2013, 200132014, 2014-2015 учебные годы Уч.год 11- 12 12-13 13-14 14-15 группа 17от 18от 17от 18от 17от 39э Число уч. 24 5 4 3 2 4 9 10 0 25 27 27 25 1 5 0 2 8 8 11 4 12 10 16 17 0 0 0 0 н/а Успева емость 1 100 100 4 100 4 100 0 100 2 100 73 Успеш Ср.балл ность 56 3,7 43 56 41 27 3,5 3,8 3,4 3,2 Проверяемый раздел электробезопасность электробезопасность электробезопасность электробезопасность электробезопасность электрический ток Сравнение результатов входного и выходного контроля Представлено процентное распределение результатов входной и выходной ДКР (раздел: электробезопасность), среднее по 2011-2014 годам. Предмет : Охрана труда и техника безопасности. ДКР \ оценка вход выход «1» «2» «3» «4» «5» н 20% 0% 40% 0% 24% 66% 16% 30% 0% 0% 0% 4% 70% 60% 50% 40% вход 30% выход 20% 10% 0% "1" "2" "3" "4" "5" "н" Динамика результатов проверки знаний и умений по разделу «Электробезопасность» в 2012-2013 уч.году. Приведены средние результаты по гр.17 и 18. когда Результат Входной контроль(сентябрь) 3/ 14 Выходной контроль (декабрь) 8/14 74 Контроль остаточных знаний (апрель) 5/14 Сравнение результатов входного и выходного контроля Представлено процентное распределение результатов входной и выходной ДКР (раздел:Электрический ток) в 2014-2015 учебном году в группе 39.. Предмет : Основы электротехники. ДКР \ оценка вход выход «1» «2» «3» «4» «5» Ср.балл 52 0 43 63 0 23 5 14 0 0 1,6 2,5 Проведение экзамена (квалификационного) с использованием ИМО Необходимость (квалификационном) применения симуляторов диктуется следующими на экзамене особенностями профессионального образования: - предметом оценки выпускника, в соответствии с ФГОС, являются компетенции (способность применять знания, умения и практический опыт для успешной трудовой деятельности) профессиональные и общие; - оценка уровня освоения компетенций не возможна при проведении устного вопроса или тестового контроля, требуется, требуется демонстрация умения решения производственных задач; 75 - не всегда выгодна и возможна реализация производственной ситуации во время экзамена; - симуляторы позволяют моделировать работу различного оборудования в различных ситуациях с минимальными материальными затратами и высоким уровнем безопасности. В данной работе приводится пример использования ИМО на экзамене (квалификационном) для ПМ 03 «Наладка станков и манипуляторов с программным управлением» профессии 151902.01 «Наладчик станков и оборудования в механообработке». Проведение экзамена Экзамен (квалификационный) проводится с применением имитационных образовательных технологий на тренажёрах станков, в процессе работы на которых воспроизводится деятельность наладчика станков и оборудования в механообработке. Работа проводится на тренажёре SwanSoftCNC Simulation Version 6.500. Каждый обучающийся получает задание, в котором представлена технологическая карта изготовления детали на станке определённой группы. В соответствии с картой, обучающие выбирают требуемый имитатор, заполняют Определяют инструментальный требуемые магазин размеры и необходимым способ инструментом. базирования заготовки. Осуществляют установку нуля детали. Настраивают инструменты на размер. Вводят управляющую программу, проверяют её и осуществляют обработку детали. По окончании обработки снимают размеры полученной детали, которые записывают в соответствующую таблицу. Пример таблицы: Наименование размера Диаметры детали По чертежу 12 14 16 25 На тренажере 76 Отклонение 28 5 Длина левого участка Длина крайнего правого участка Дина конуса Длина шаровой часть Ширина фаски Длина детали 16 12 11 1.2 54 Разрабатывают инструкцию оператору по обслуживанию станка при обработке детали. Условия выполнения заданий. Требования охраны труда: Инструкция № 8 по охране труда в кабинете информатики. Оборудование: персональный компьютер. Литература для экзаменующихся (справочная, методическая и др.): Руководство оператора (для УЧПУ различных типов) Рекомендации по определению оценки 1. Ознакомьтесь с заданиями для экзаменующихся, оцениваемыми компетенциями и показателями оценки (обязательный элемент). 2. Наблюдайте за выполнением заданий, проверяя последовательность действий по настройке имитатора станка на обработку детали, умение читать чертежи, знание инструмента и оснастки, умение пользоваться УЧПУ требуемого типа. Отмечать все неправильные действия обучающихся. 3. Отметьте действия обучающегося по измерению полученной виртуальной детали, правильность выбора измерительного инструмента, соответствие снимаемых размеров тому, что получилось, проверьте максимальные отклонения размеров на предмет соответствия их допустимым значениям. Профессиональные и общие компетенции, которые возможно сгруппировать для проверки ПК 3.1. Осуществлять наладку Показатели оценки результата (показатели ПК и ОК) Результат Выпо осуществления лнил процесса/полученно «+» го продукта Составление простейших Выбранные размеры управляющих программ. заготовки, 77 Не выпо лнил «-» обслуживаемых станков. ОК 2. Организовывать собственную деятельность, исходя из цели и способов ее достижения, определенных руководителем. Соблюдение правил сдачи налаженного станка оператору. Применение способов корректировки режимов резания по результатам обработки пробной детали. Ввод корректоров инструментов. Творческий подход при выполнении заданий. Выбор и применение эффективных методов и способов решения профессиональных задач в процессе обработки деталей на различных станках. ПК 3.2. Проводить инструктаж оператора станков с программным управлением. ОК3. Анализировать рабочую ситуацию, осуществлять текущий и итоговый контроль, оценку и коррекцию собственной деятельности, нести ответственность за результаты своей работы. ОК 4. Осуществлять поиск информации, необходимой для эффективного выполнения профессиональных задач. Составление простейших управляющих программ. Соблюдение правил сдачи налаженного станка оператору. Применение способов корректировки режимов резания по результатам обработки пробной детали. Ввод корректоров инструментов. Эффективное и качественное выполнение профессиональных задач. Осуществление самоанализа и коррекции результатов собственной работы. Нахождение и использование необходимой информации для эффективного выполнения профессиональных задач 78 правильность её установки. Последовательность действий при наладке станка Выбор режущего инструмента, правильность измерения виртуальной детали. Применение рациональных траекторий движения инструмента. Анализ ошибок при наладке тренажёра станка и обработки детали. Соблюдение техники безопасности при работе на станке. Выбор инструмента и способа базирования заготовки. Внесение изменений в настройку инструмента на размер при изменении условий обработки. Соблюдение правил техники безопасности. Установка нуля станка, привязка детали по каждому инструменту. Точность и правильность определения параметров привязки детали. Поиск информации о режимах резания, способах получения заготовки, приёмах работы с УЧПУ. Обсуждение с коллегами качества ПК 3.3. Осуществлять техническое обслуживание станков и манипуляторов с программным управлением. ОК 6. Работать в команде, эффективно общаться с коллегами, руководством, клиентами. Соблюдение правил техники безопасности. Соблюдение правил технической эксплуатации станка. Соответствие сроков проведения технического обслуживания его виду Соблюдение правил проверки станков на точность, манипуляторов на работоспособность и точность позиционирования. Правильность заполнения журнала простоев станка Успешная работа в учебной бригаде при выполнении производственных заданий. обработанной детали. Соблюдение правил техники безопасности при обслуживании станка Учёт износа инструмента. Проверка тренажёра станка на точность отработки нуля детали. Определение информации о времени работы станка Защита портфолио. По данной технологии экзамены проводились в июне 2013 года в группе 23л. Всего сдавало экзамен 12 человек. Перед экзаменом, вследствие того, что обучающиеся в течение 5 месяцев находились на производственной практике, были проведены консультации для восстановления навыков работы на тренажере. В результате на экзамене отработка задания не вызвала затруднений, была поставлена всего оценка «удовлетворительно». Второй экзамен проводился в апреле 2014 года в группе 49 л. Обучающиеся столкнулись с рядом проблем, потребовалось в некоторых случаях оперативное вмешательство преподавателя для восстановления работоспособности тренажёра после неправильных действий обучающихся. Из 13 человек, сдававших экзамен оценку «удовлетворительно» получили 4 человека, остальные имели хорошие и отличные оценки. Экзамены в июне и в декабре 2014 года проводились в группах 23л и 49 л с применением экспертной системы для оценки компетенций, статистика их результатов приводится ниже. 79 Использование симуляторов станков с ЧПУ на экзамене (квалификационном) позволило получить следующие преимущества по сравнению с традиционными методами приема экзамена: - обеспечить быстрое восстановление умений работы на тренажёрах станков после производственной практики; - свести к минимуму материальные затраты при проведении экзамена; - проводить экзамен в условиях с высоким уровнем безопасности работ. Анализ проведения экзамена позволил выявить следующее: - необходимо повысить требования к квалификации преподавателя, осуществляющего подготовку к экзамену; - вырастает объём подготовительной работы (подготовка управляющих программ, настройка компьютеров, подготовка и оформление КОС и т.д.); - отмечается недостаточный опыт в проведении аналогичных экзаменов. - повышаются требования к уровню подготовки обучающихся (знание компьютера). О новом статусе промежуточной аттестации В соответствии с федеральным государственным образовательным стандартом (ФГОС) п. 8.3.: «Образовательным учреждением должны быть созданы условия для максимального приближения программ текущей и промежуточной аттестации обучающихся по дисциплинам и междисциплинарным курсам профессионального цикла к условиям их будущей профессиональной деятельности – для чего, кроме преподавателей конкретной дисциплины (междисциплинарного курса), в качестве внешних экспертов должны активно привлекаться работодатели, преподаватели, читающие смежные дисциплины». 80 Проблемы в привлечении работодателей и преподавателей, читающих смежные дисциплины Недостаточный опыт оценивания у работодателей. Молодые преподаватели не обладают достаточными навыками для объективной оценки компетенций. Преподаватели смежных дисциплин испытывают затруднения с получением итоговой оценки. Требуется время на освоение новых подходов к оценке результата обучения. Место экспертных систем в оценке компетенций В соответствии с рабочей программой профессионального модуля освоение компетенции оценивается на основании нескольких показателей оценки результата. Известно, что определить показатель оценки результата легче, чем полностью компетенцию. Эту работу может выполнить эксперт с меньшей квалификацией. Получить ответ, освоена или не освоена компетенция можно на основании показателей оценки результата с применением экспертных систем, учитывающих опыт экспертов – опытных преподавателей. Реализация экспертных систем В Промыщленно-технологическом колледже экспертные системы применяются при проведении экзамена (квалификационного) по профессиональному модулю ПМ 03 «Технология работ по наладке станков и манипуляторов с программным управлением» профессии «Наладчик станков и оборудования в механообработке». В соответствии программой профессионального модуля, освоение данной компетенции проверяется следующими оценками результата: 81 ПК 3.1 .Выполнять наладку станков и манипуляторов с программным управлением. Показатели результата: - правильность настройки инструмента на размер; - точность установки нуля детали; - проверка корректности работы УП; - обоснованность выбора инструмента и оснастки. Для оценки данной компетенции был разработан быстрый прототип экспертной системы. Она имеет четыре входа и один выход. Значения входных и выходных переменных определены на этапе идентификации, правила сформулированы значений лингвистических переменных. На основании этих данных была разработана анкета, которая представлена в виде таблицы При этом правила выбирались с применением метода планирования эксперимента. Анкета эксперта Таблица 1 ПК 3.1 Выполнять наладку станков и манипуляторов с ПУ /п № Правильность п настройки инструмента на размер (x1 ) Точность установки нуля детали (x 2 ) не1знает, как это делается не знает как это делается не2знает, как это делается не учитывает особенности конкретного УЧПУ не 3знает, как это делается допускает погрешности при установке нуля детали не знает как это делается не 4учитывает специфику конкретного инструмента не 5учитывает специфику конкретного инструмента не 6учитывает специфику конкретного инструмента Проверка корректности работы УП Обоснованность выбора инструмента и оснастки (x 3 ) (x 4 ) допускаются незначительные ошибки не может откорректировать УП по результатам проверки все выполняет правильно все выполняет правильно не учитывает особенности конкретного УЧПУ не может запустить УП в нужном режиме допускает погрешности при установке нуля детали допускаются незначительные ошибки 82 Степень усваивае мости все выполняет правильно 1 неправильный выбор приспособления или инструмента допускаются незначительные ошибки неправильный выбор приспособления или инструмента все выполняет правильно 2 нарушения в способе закрепления или использования 3 3 3 2 не 7учитывает специфику конкретного инструмента допускаются 8 незначительные ошибки все выполняет правильно допускаются 9 незначительные ошибки допускаются 1 незначительные ошибки не учитывает особенности конкретного УЧПУ допускает погрешности при установке нуля детали допускаются незначительные ошибки не может запустить УП в нужном режиме все выполняет правильно все выполняет правильно не знает как это делается 2 допускаются 1 незначительные ошибки все1выполняет правильно 3 все1выполняет правильно не учитывает особенности конкретного УЧПУ не может запустить УП в нужном режиме все выполняет правильно 4 все1выполняет правильно 5 все1выполняет правильно допускает погрешности при установке нуля детали все выполняет правильно не может запустить УП в нужном режиме допускаются незначительные ошибки не 1знает, как это делается все выполняет правильно 6 не может откорректировать УП по результатам проверки 0 1 не знает как это делается не может откорректировать УП по результатам проверки не может откорректировать УП по результатам проверки инструмента допускаются незначительные ошибки 4 нарушения в способе закрепления или использования инструмента допускаются незначительные ошибки неправильный выбор приспособления или инструмента все выполняет правильно 2 допускаются незначительные ошибки нарушения в способе закрепления или использования инструмента все выполняет правильно 2 неправильный выбор приспособления или инструмента нарушения в способе закрепления или использования инструмента 3 4 1 5 4 3 3 После заполнения этой таблицы необходимо определить значения последнего столбца таблицы и приступить к созданию быстрого прототипа экспертной системы. Обозначим значения лингвистических переменных образом: Правильность настройки инструмента на размер: 1- не знает, как это делается, значения; 2- не учитывает специфику конкретного инструмента; 3- допускаются незначительные ошибки; 83 следующим 4- все выполняет правильно, значения более 3,5. Точность установки нуля детали: 1- не знает, как это делается значения; 2- не учитывает особенности конкретного УЧПУ; 3 - допускает погрешности при установке нуля детали; 4- все выполняет правильно. Проверка корректности работы УП: 1- не может запустить УП в нужном режиме; 2- не может откорректировать УП по результатам проверки; 3- допускаются незначительные ошибки; 4- всё делает правильно, значения более 3,5. Обоснованность выбора инструмента и оснастки: 1- неправильный выбор приспособления или инструмента; 2- нарушения в способе закрепления или использования инструмента; 3- допускаются незначительные ошибки; 4- всё делает правильно. Если задать вид 4-х мерного полинома: ПК 3.1 = a0 + a1 x1+ a2 x2 + a3 x3 + a4 x4 + a5 x1 x2 + a6 x1 x3 + a7 x1 x4 + a8 x2 x3 + a9 x2 x4 + a10 x3 x4 + a11 x12 + a12 x22+ a13 x32+ a14 x42 и использовать данные таблицы 1 можно получить систему из 16 уравнений с неизвестными a0 … a14 . Методом наименьших квадратов определяем эти коэффициенты, однако, полученный результат не даёт эффективной аппроксимации. Поэтому построение многомерного полинома начинаем с самых простых моделей (состоящих из двух коэффициентов из a0 … a14 ). Из полученных моделей выбираем ту, эффективность которой определяется статистическими критериями. Выбираем из полученных моделей наиболее эффективную, затем рассматриваем более сложные модели из трёх коэффициентов. Процесс 84 усложнения идёт до снижения значимости аппрксимирующего полинома. Наилучший полином по критерию значимости принимается за модель, которую можно использовать для оценки степени освоения. ПК 3.1. = -0,151162*x1x2 + 0,248995*x1x3 + 0,303088*x2x4 + 0,473461*x3 0,246848*x3x4 + 0,258491*x4 Статистические параметры этого уравнения: Стандартная ошибка уравнения регрессии = 0,580235, F-отношение = 72,92. Эти данные говорят о высокой значимости уравнения регрессии. ПК 3.2. Проводить инструктаж оператора станков с программным управлением. Показатели результата: - составление простейших управляющих программ; - соблюдение правил сдачи налаженного станка оператору; - соблюдение правил безопасной работы. Аналогично составляем анкету эксперта для ПК 3.2. Таблица 2 № п/п Составление Соблюдение правил Соблюдение правил простейших сдачи налаженного станка безопасной работы (x3 ) управляющих оператору (x2 ) программ (x1 ) Степень освоения 1 не знание правил в инструкции отсутствуют имеются случаи использования G-кодов условия безопасной работы нарушений ПТБ 2 не знание правил в инструкции слабо только устная использования G-кодов описаны особенности действий информация о незначительных при обработке конкретной детали нарушениях ПТБ 1 3 не знание правил инструкция отвечает всем информация о использования G-кодов требованиям нарушениях ПТБ отсутствует 4 составляет УП в инструкции отсутствуют только устная только с использованиемусловия безопасной работы информация о незначительных шаблонов нарушениях ПТБ 5 составляет УП в инструкции слабо информация о только с использованиемописаны особенности действий нарушениях ПТБ отсутствует шаблонов при обработке конкретной детали 4 85 2 3 4 6 составляет УП инструкция отвечает всем имеются случаи только с использованиемтребованиям нарушений ПТБ шаблонов 7 может составлять в инструкции отсутствуют информация о простые УП в G-кодах условия безопасной работы нарушениях ПТБ отсутствует 8 может составлять в инструкции слабо имеются случаи простые УП в G-кодах описаны особенности действий нарушений ПТБ при обработке конкретной детали 3 9 может составлять инструкция отвечает всем только устная простые УП в G-кодах требованиям информация о незначительных нарушениях ПТБ 5 4 3 После заполнения этой таблицы необходимо определить значения последнего столбца таблицы и приступить к созданию быстрого прототипа экспертной системы. Обозначим значения лингвистических переменных следующим образом: Составление простейших управляющих программ: 1- не знание правил использования G-кодов; 2- составляет УП только с использованием шаблонов; 3- может составлять простые УП в G-кодах. Соблюдение правил сдачи налаженного станка оператору: 1- в инструкции отсутствуют условия безопасной работы; 2- в инструкции слабо описаны особенности действий при обработке конкретной детали; 3- инструкция отвечает всем требованиям значения. Соблюдение правил безопасной работы 1 - имеются случаи нарушений ПТБ, зафиксированные в характеристике с места практики; 2 - имеется только устная информация о незначительных нарушениях ПТБ; 3 - информация о нарушениях ПТБ отсутствует. Если задать вид 3-х мерного полинома: 86 ПК 3.2 = a0 + a1 x1+ a2 x2 + a3 x3 + a4 x1 x2 + a5 x1 x3 + + a6 x2 x3 + a7 x12 + a8 x22+ a9 x32 и использовать данные таблицы 2 можно получить систему из 9 уравнений с неизвестными a0 … a9 . Аналогично ПК 3.1 построим уравнение регрессии: ПК 3.2 = -4,05806 + 1,02043*x2 + 5,00645*x1 - 3,54624*x1x2 + 2,05699*x1x3 + 0,734409*x2_2 + 2,40968*x2x3 - 2,65054*x3_2 Статистические параметры этого уравнения: Стандартная ошибка уравнения регрессии = 0,1, F-отношение = 212,29. Эти данные говорят о высокой значимости уравнения регрессии. ПК 3.3 Осуществлять техническое обслуживание станков и манипуляторов с программным управлением: Показатели результата: - соблюдение правил технической эксплуатации станка; - соблюдение правил проверки станков на точность, манипуляторов на работоспособность и точность позиционирования; - правильность заполнения документации по техническому обслуживанию станка. Аналогично составляем анкету эксперта для ПК 3.3. № п/п 1 2 Соблюдение правил технической эксплуатации станка (x1 ) имеются существенные нарушения правил ТЭС имеются существенные нарушения правил Таблица 3 Соблюдение правил Правильность Степень проверки станковзаполнения на документации по освоения точность, манипутехническому обслуживанию ляторов на работоспостанка (x3 ) собность и точность позиционирования (x2 ) не знает, как это делается отсутствуют навыки заполнения документации 1 знает как получить информацию о порядке проверки заполняет документацию с ошибками 2 87 3 4 5 6 7 8 9 ТЭС имеются существенные нарушения правил ТЭС незначительные отклонения от правил ТЭС незначительные отклонения от правил ТЭС незначительные отклонения от правил ТЭС соблюдение правил ТЭС соблюдение правил ТЭС соблюдение правил ТЭС умеет проводить проверку умеет заполнять документацию 4 не знает, как это делается заполняет документацию с ошибками 2 знает как получить информацию о порядке проверки умеет проводить проверку умеет заполнять документацию 4 отсутствуют навыки заполнения документации 3 умеет заполнять документацию отсутствуют навыки заполнения документации 4 заполняет документацию с ошибками 5 не знает, как это делается знает как получить информацию о порядке проверки умеет проводить проверку 3 После заполнения этой таблицы необходимо определить значения последнего столбца таблицы и приступить к созданию быстрого прототипа экспертной системы. Обозначим значения лингвистических переменных следующим образом: Соблюдение правил технической эксплуатации станка: 1- имеются существенные нарушения правил ТЭС; 2- незначительные отклонения от правил ТЭС; 3- соблюдение правил ТЭС. Соблюдение правил проверки станков на точность, манипуляторов на работоспособность и точность позиционирования: 1 - не знает, как это делается; 2 – знает, как получить информацию о порядке проверки; 3 - умеет проводить проверку. Правильность заполнения документации обслуживанию станка: 1 - отсутствуют навыки заполнения документации; 2 - заполняет документацию с ошибками; 3 - умеет заполнять документацию. 88 по техническому Если задать вид 3-х мерного полинома: ПК 3.3 = a0 + a1 x1+ a2 x2 + a3 x3 + a4 x1 x2 + a5 x1 x3 + + a6 x2 x3 + a7 x12 + a8 x22+ a9 x32 и использовать данные таблицы 2 можно получить систему из 9 уравнений с неизвестными a0 … a9 . Аналогично ПК 3.1 построим уравнение регрессии: ПК 3.3. = 1,56628*x1 - 0,291364*x1_2 + 0,124607*x1x3 + 0,229576*x2x3 Стандартная ошибка уравнения регрессии = 0,45, F-отношение = 149,92. Эти данные говорят о высокой значимости уравнения регрессии. Оценка значения отдельных показателей результата: Помимо облегчения процесса оценки компетенций, обработка таблицы позволяет определить и общую степень освоения компетенций, например ПК 3.1 осваивается на 3,87 (3,41), ПК 3.2 на 4,08 (3,92) и ПК 3.3 на 3,86 (3,58) по пятибалльной шкале, в скобках указаны результаты экзамена группы 49. Как мы видим, результаты в декабре ниже, чем в июне. Статистически значимое снижение уровня освоения компетенций наблюдается только для ПК 3.1. ПК 3.1 лучше всего обучающиеся выполняют настройку инструментов на размер и установку нуля детали (3,09 по 4-х бальной шкале), хуже всего обосновывают выбор инструмента (2,98), что позволяет обосновать внесение коррективов в учебный процесс. ПК 3.2. Лучше обучающиеся осваивают правила безопасной работы (2,49 по трёхбальной шкале), хуже – инструкцию оператору (2,21) ПК 3.3. Лучше освоены правила технической эксплуатации (2,28), хуже – ведение технической документации(2,01). Помимо облегчения процесса оценки компетенций, обработка таблицы позволяет определить и общую степень освоения компетенций, например ПК 89 3.1 осваивается на 3,62, ПК 3.2 на 4,0 и ПК 3.3 на 3,71 по пятибалльной шкале. Диссиминация опыта приема экзаменов с использованием ИМО В связи с переходом на новые ФГОС существенно изменились как содержание обучения, так и требования к оснащению учебного процесса. Так, по профессии «Станочник (металлообработка)» необходимо изучать профессиональный модуль ПМ 01. «Программное управление металлорежущими станками», где требуется формирование компетенции «Осуществлять обработку деталей на станках с программным управлением с использованием пульта управления». В СПб ГБ ПОУ «Колледж метрополитена» отработка этой компетенции проводится во время производственной практики. Для оценки степени её освоения воспользовавшись «ФГОС п. 8.2. Конкретные формы и процедуры текущего контроля знаний, промежуточной аттестации по каждой дисциплине и профессиональному модулю разрабатываются образовательным учреждением самостоятельно» было принято решение проводить экзамен (квалификационный) с применением имитационных образовательных технологий. В ОРЦ СПб ГБ ПОУ «Промышленно- технологический колледж» с 2010 года реализовывались имитационные методы обучения (ИМО) в профессиях укрупнённой группы профессий машиностроение и материалообработка. 150000 Металлургия, В рамках этой работы было разработано учебное пособие «Обработка деталей на станках с ЧПУ» (авторы Волченко И.О., Стругов К.В.). Данное учебное пособие легло в основу проведения экзамена в Колледже метрополитена. В результате проведённых консультаций с представителями ОРЦ и освоением ИМО преподавателем Донских И.М. был разработан комплект оценочных средств для промежуточной аттестации по ПМ 01. 90 Для проведения занятий с использованием имитационных методов обучения в учебных мастерских Колледжа метрополитена был развернут компьютерный класс, с установленными тренажерами станков с ЧПУ. Экзамен (квалификационный) проводился в этом классе. На экзамене присутствовал представитель Промышленно-технологического колледжа у которого уже был опыт проведения аналогичных экзаменов. Во время экзамена обучающие продемонстрировали следующие умения, которые формируют компетенцию «Осуществлять обработку деталей на станках с программным управлением с использованием пульта управления»: - привязку детали; - выбора режущего инструмента; - ввода и корректировки управляющей программы; - запуска управляющей программы на обработку детали; - измерения полученной виртуальной детали. На основании представленного портфолио и результатов экзамена комиссия смогла объективно оценить степень освоения компетентности. Экономические аспекты внедрения ИМО Для оценки экономической эффективности использования ИМО дадим сравнительную оценку стоимости подготовки одного обучающегося по профессии «Наладчик станков и оборудования в механообработке» с использованием тренажёра и без него. Предположим, что объём практической части при изучении раздела профессионального модуля составляет 36 часов. Эти часы можно отрабатывать на станке, или часть часов отрабатывать на тренажёре, а часть на станке. Оценим стоимость одного часа работы на станке. Она складывается из следующих составляющих: 91 С1 = Сст + Спр (стоимость одного часа работы станка и стоимость одного часа работы преподавателя). Сст = Цст/20000 + Цэл (Цст = цена станка, 20000 – ресурс станка в часах. Цэл = Цквт х Nст – стоимость электроэнергии). Для простоты примем, что стоимость 1 кВт час – 2 руб., мощность приводов станка – 5 кВт, тогда Цэл = 2 х 5 = 10 руб. Приняв цену станка 2000 тыс.руб. получим Сст = 100 + 10 = 110 руб/час. Спр = Цч/12 – цена одного часа преподавателя, 12 – число обучающихся в подгруппе. Приняв Цч = 480 руб. Получаем: С1 = 110 + 40 = 150 руб/час. Определим стоимость одного часа работы при использовании ИМО: Симо = Спр + Ст, где Ст – стоимость технических средств ИМО – компьютера. Ст = Спрг + Ск + Цэл, где Ск = стоимость часа работы на компьютере, Спрг – удельная стоимость часа использования программы. Ск = Цк/Т, где Цк – цена компьютера, Тк – время его работы до списания в часах. Приняв Цк = 20000руб, а Тк = 10000часов получим Ск = 2 руб/час. Спр = Цпр/Тпр, где Цпр – цена программы, Тпр – пранируемое время использования программы. Приняв Цпр = 36000 руб, а Тпр = 5000 часов, получим Спр = 7.2 руб/час. Цэл = Цквт х Nк, где Nк – мощность компьютера. Приняв Nк = 0.4 кВт, получаем: Цэл = 0.8 руб/час. Таким образом Сими = 0.8 + 2 + 7.2 + 40 = 50 руб/час. Пусть Х – количество часов, отрабатываемых на тренажёре, Y – количество часов, отрабатываемых на станке. Тогда задача распределения часов принимает вид: 50 * X + 150 * Y -> max X + Y = 36, X >=0, Y>=0. 92 Решение этой задачи тривиально: Х=36. Стоимость подготовки составит 1800 рублей. Поэтому определим минимальный объём часов работы на станке. С учётом специфики работы учебных мастерских, его величина должна быть кратна 6 часам, поэтому целесообразно, в зависимости от изучаемой темы, отводить 6 или 12 часов. В первом случае стоимость обучения составит 2400 рублей, во втором случае – 3000 рублей. Если использовать только подготовку на станке, то стоимость обучения составит 5400 рублей. Таким образом, применение ИМО позволяет заметно снизить стоимость обучения. 93 Заключение Подводя итоги представленной на Ваше рассмотрение работе можно отметить следующее. Применение ИМО позволяет повысить эффективность учебного процесса. Однако на специальных дисциплинах и в учебных мастерских требуется закреплять полученные компетенции на реальном оборудовании. Внедрение разработанных экспертных систем для оценки компетенций на экзамене (квалификационном) позволило не только объективно оценить уровень освоения компетенций, но и выявить пути совершенствования учебного процесса. Оценка эффективности внедрения ИМО в учебный процесс показала статистически значимое увеличение среднего бала защиты письменных экзаменационных работ у обучающихся, использовавших ИМО в процессе обучения. Отмечается повышение качества обучения при применении в учебном процессе по учебным дисциплинам «электротехника» и «физика» метода последовательных приближений с использованием ИМО. 94 Литература: 1. Башмаков, М.И. Информационная среда обучения / М И. Башмаков, С.Н. Поздняков, НА. Резник. – СПб., 1997. 2. Волченко, И. О. Системный подход в управлении учебным процессом: / И. О. Волченко. – Мурманск : Изд-во МГТУ, 2008. 3. Имитационное обучение. URL: http://www.firstaid72.ru/section/168 (дата обращения 27.02.2011). 4. Кузьмина, Н.В. Профессионализм деятельности преподавателя и мастера производственного обучения / Н.В. Кузьмина. – М., 1989. 5. Нуждин, В.Н. Стратегическое управление качеством образования / В.Н. Нуждин, Г.Г. Кадамцева // Высшее образование сегодня. – 2003. – № 4. 6. Якунин, В.А. Педагогическая психология / В.А. Якунин. – СПб., 1998. 7. Dale E. Audiovisual methods in teaching. 3rd edition. New York: The Dryden Press; Holt, Rinehart and Winston. 1969. 8. Meister J. C. Corporate Universities: Lessons in Building a World-Class Work Force, Revised Edition. McGraw-Hill, 1998. 9. Троянская С. Л., Брызгалова Н. В. Электронное учебное пособие. Педагогика: тезисы лекций и практические занятия. Кафедра педагогики и педагогической психологии Удмуртского государственного университета.2013г. 10.Быстрова Инна Николаевна "Имитационное моделирование как технология подготовки специалистов технического профиля в вузе"Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук.Ростов-на-Дону 2008. 11.Диск «Открытая физика» 12.Тренажер «Начала электроники» Ках.ГУ.Кашкаров В.В. и др.; 13.РОГОЗИНА В.А..Автореферат диссертации по теме "Педагогические условия использования вариативных заданий в учебном процессе как средство развития творческих способностей школьников" АВТОРЕФЕРАТ.Специальность 13 00 01 -общая педагогика, история педагогики и образования. Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук.Москва – 2007 14.Самое полное издание типовых вариантов заданий ЕГЭ: 2011: Физика/ авт.-сост. А.В.Берков, В.А.Грибов.-М.:АСТ: Астрель,2011.-125с.(Федеральный институт педагогических измерений). 15.Письмо №12–696 «О разъяснениях по формированию учебного плана ОПОП НПО и СПО» 95
