Лабораторный практикум по инженерным дисциплинам: дидактика и методика

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ серия основана в 1 996 г.


        А.А. ДОРОФЕЕВ


ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ИНЖЕНЕРНЫМ ДИСЦИПЛИНАМ ДИДАКТИКА И МЕТОДИКА

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ


Допущено
Учебно-методическим объединением вузов Российской Федерации по университетскому политехническому образованию в качестве учебного пособия для аспирантов и слушателей системы подготовки и повышения квалификации преподавателей


znamum.com

Москва РИОР ИНФРА-М

УДК 378.147.88(075.8)
ББК 74.58я73
     Д69

   ФЗ    Издание не подлежит маркировке   
№ 436-ФЗ в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

     Рецензенты:
     Добряков А.А. — д-р психол. наук, профессор;
      Манушин Э.А. — д-р техн. наук, профессор, академик РАО



       Дорофеев А.А.
Д69     Лабораторный практикум по инженерным дисциплинам: дидак       тика и методика : учебное пособие / А.А. Дорофеев. — Москва : РИОР : ИНФРА-М, 2020. — 302 с. — (Высшее образование). — DOI: https://doi.org/10.12737/20928.
         ISBN 978-5-369-01668-8 (РИОР)
         ISBN 978-5-16-012728-6 (ИНФРА-М, print)
         ISBN 978-5-16-103165-0 (ИНФРА-М, online)
         Рассмотрены дидактические функции лабораторных работ и методики их проведения, включая психолого-когнитивные аспекты организации образовательного процесса, формирующего профессионально и социально значимые качества личности, ее творческую компоненту и способность инициативного саморазвития. Образовательная технология представляется как процесс и результат конвергенции социо-гуманитарных, когнитивных и информационных технологий на принципах «русской школы» подготовки инженеров, во многом упредившей мировую инициативу модернизации инженерного образования CDIO (планировать, проектировать, производить, применять).
         Основные разделы входили в одноименный цикл лекций, который автор разработал и читал в МГТУ им. Н.Э. Баумана на кафедре «Инженерная педагогика».
         Для слушателей системы подготовки и повышения квалификации преподавателей вузов, а также для магистрантов и аспирантов, готовящихся к педагогической деятельности.

                                                  УДК 378.147.88(075.8)
                                                  ББК 74.58я73








ISBN 978-5-369-01668-8 (РИОР)
ISBN 978-5-16-012728-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-103165-0 (ИНФРА-М, online)

© Дорофеев А.А.

        СОКРАЩЕНИЯ

    AT — тераоксид азотный, окислитель
    АЦП — аналогово-цифровой преобразователь
    АЛП УД — автоматизированный лабораторный практикум удаленного доступа
    БУШД — блок управления шаговым двигателем
    ВПО — высшее профессиональное образование
    ВУЗ — высшее учебное заведение
    ГОС — государственный образовательный стандарт
    ГОСТ — государственный стандарт
    ДО — дистанционное образование
    ДУС — датчик угловой скорости
    ЕГЭ — единый государственный экзамен
    ЕСКД — единая система конструкторской документации
    ЕСТД — единая система технологической документации
    ЖРД — жидкостный ракетный двигатель
    ЖРДМТ — жидкостный ракетный двигатель малой тяги
    ЗУН — знание, умение, навыки
    ИЭТР — интерактивные электронные технические руководства, или Interactive Electronic Technical Manual (IETM)
    КДМ — контрольно-диагностические материалы
    КИМ — контрольно-измерительные материалы
    КСР — контролируемая самостоятельная работа студентов
    КУНГ — кузов унифицированный герметизированный
    МГТУ им. Н.Э. Баумана — Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана
    ОКР — опытно-конструкторские разработки
    ОСТ — отраслевой стандарт
    ПО — программное обеспечение
    ПЭЭ — прикладная электронная энциклопедия
    РН — ракета-носитель
    РАО — Российская академия образования
    САПР — система автоматизированного проектирования
    СВЧ — сверхвысокочастотный
    ТВЭЛ — тепловыделяющий элемент ядерного реактора
    ТРЕК — технологии разделяемых единиц контента
    ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь
    ФГОС — федеральный государственный образовательный стандарт
    GPS — Global Positioning System

3

        ПРЕДИСЛОВИЕ

   Российские инженерные школы всегда составляли гордость отечественной системы образования, в основу которой положен «русский метод обучения ремеслам», или «русский метод подготовки инженеров», представляющий собой сочетание глубокой фундаментальной подготовки с широкой профессиональной компетентностью («инженер широкого профиля»), что в настоящее время достигается реализацией принципа «образование на основе науки» или даже «образование через науку», предусматривающего овладение будущим инженером обязательными умениями, навыками и компетенциями научных исследований как в лабораторных, так и в промышленных условиях, в частности, в процессе разработки наукоемкой техники, прогрессивных технологий и новых материалов с уникальными свойствами.
   Отечественная высшая школа всегда рассматривала и рассматривает практическую подготовку в форме лабораторных занятий как одно из основных звеньев, соединяющих теорию и практику в процессе обучения, воспитания и профессионального становления инженеров. Этой форме занятий традиционно уделяется значительное внимание в отношении совершенствования лабораторной материальной базы, организации и методики проведения, которые должны соответствовать актуальному и перспективному состоянию науки и промышленности.
   В частности, еще в постановлении третьего пленума Научнометодического совета при Министре высшего образования СССР (16-17 марта 1950 г.) «Об улучшении постановки лабораторных занятий в высших учебных заведениях» отмечалось, что «лабораторные занятия способствуют формированию материалистического мировоззрения и имеют не только образовательное, но и воспитательное значение» [6, с. 91-93]. В этом документе представлен анализ состояния лабораторного практикума в отечественных вузах в послевоенные годы и приведены рекомендации по его совершенствованию, которые сохраняют актуальность и в наше время, поскольку и для современного периода развития высшей технической школы, соответствующего переходу к федеральным государственным образовательным стандартам высшего профессионального образования (ФГОС ВПО) следующего поколения, характерно интенсивное инновационное развитие, связанное с изменениями в базовых отраслях науки и наукоемкой техники, а также в социальной сфере с учетом глобализации последствий 4

инженерной деятельности. Современная образовательная технология выступает здесь как процесс и результат конвергенции информационных, когнитивных и социогуманитарных технологий на принципах «русской школы» подготовки инженеров, во многом упредившей мировую инициативу модернизации инженерного образования CDIO (планировать, проектировать, производить, применять).
    Гуманитаризация, гуманизация и конвергенция как атрибут современности перемещают воспитательный компонент образования в первый ряд задач, поскольку уже в вузе усваиваются моральные нормы и ценности, свойственные профессиональному сообществу и социуму в целом, и формируется личностная ответственность как социальная доминанта в мировоззрении инженера, отвергающего технократизм как основу своей профессиональной деятельности.
    Этот труд — книга учебного и учебно-методического назначения (далее, условно, учебник) для приобретающих профессию преподавателя высшей школы студентов, магистрантов и аспирантов, а также для педагогов, повышающих квалификацию. Автор не претендует на фактическую и фактологическую новизну в фундаментальном компоненте учебника. Практически все приведенные сведения по психологии и педагогике (исключая примеры и описание конкретной реализации приемов) или являются общеизвестными¹ и установить их авторов не представляется возможным, или представляют собой частную трактовку и детализацию

    ¹ Кажется, что всегда существовали принципы обучения «от простого к сложному», «повторение — мать учения», «делай как я», «ученье — путь к уменью», «век живи — век учись» как опережение болонского принципа «образовательной активности на протяжении всей жизни человека», «на ошибках учатся», «без муки нет науки» и т. п., также как уже не одну тысячу лет успешно взаимодействуют по принципу современной «педагогики сотрудничества» субъекты учебного процесса, интегрированного с производством «мастер и подмастерье» и не устаревает максима Конфуция (около 500 года до н. э.) о наглядности и деятельностном подходе «Слышу и забываю, вижу и понимаю, делаю и запоминаю». Требование учета индивидуальных способностей ученика (личностный подход) следует из поговорки «до кого что не доходило, тот того и не знает», а недостаточность только теоретической подготовленности (знания) при отсутствии приобретенных умений и освоенных навыков отражается оценкой «всему учён, только не изловчен» (явно говорится о необходимости компетентностного целеполагания).

5

изложенного в основном в упомянутых в списке литературы источниках, в числе которых желательные или даже обязательные, на наш взгляд, для нашего читателя предшествующие тома серии «Педагогика в техническом университете» с традиционным для учебников энциклопедичным компактным изложением базовых знаний. Заинтересованный читатель может изучить эти и другие книги самостоятельно и найти там много дополнительной полезной для преподавателя информации, но автор имел в виду, что читатели нашей учебной книги в большинстве своем не имеют подготовки в теории педагогики, а тем более специальных знаний из области общей и социальной психологии.
    Автор понимает сложность взятой на себя задачи: затронуть все существенные аспекты лабораторного практикума и сочетать широту охвата с должной глубиной при относительной простоте и доходчивости изложения, для чего пришлось минимизировать изложение собственно теории, но шире приводить следующие из неё практические рекомендации или приемы (в особенности, в отношении психологии), пытаясь приблизиться к подтверждению и реализации известной максимы «нет ничего практичнее хорошей теории». Свойственная данной работе, как и практической педагогике в целом, междисциплинарность обусловила терминологические трудности вследствие несогласованности понятийных аппаратов и терминологии даже таких родственных дисциплин как психология, физиология и педагогика, особенно если дело касается конвергенции в новых, в том числе смежных областях.
    Ввиду заметных рассогласований в понятийном аппарате и терминологии во многих современных работах по педагогике автор, когда это возможно, придерживается основных положений тезауруса школы академика Российской академии образования (РАО) В.А. Сластёнина в дидактике (по учебному пособию «Дидактика» проф. В.А. Ситарова [11]). Однако трактовки или определения в области педагогического понятийного аппарата, которые автор формулирует в контексте изложения материала, распространяются только на настоящую работу и не претендуют на более широкое применение.
    Большую часть своей профессиональной деятельности автор посвятил преподаванию инженерных дисциплин в МГТУ им. Н.Э. Баумана не только как педагог-практик, но и как декан факультета «Ракетно-космическая техника» при базовом предприятии «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королёва», руководил разработкой и апробацией методик преподавания инженер-6

ных дисциплин, в том числе для слушателей факультетов повышения квалификации. И, наверное, поэтому значительная часть приводимых в работе практических примеров прямо или косвенно относится к области ракетно-космической техники, а компоненты приобретаемой студентами профессиональной компетентности, которые автор считает необходимыми и базовыми, в основном соответствуют стандартам нашего университета, превосходящим государственные нормативы ФГОС ВПО по большинству показателей.
    Основная задача этой книги в авторском представлении — попытка фиксации коллективного многолетнего опыта проведения лабораторного практикума и обобщения его на структурной методической основе курса «Дидактика лабораторного практикума», разработанного и апробированного автором в течение ряда лет на факультете повышения квалификации преподавателей вузов в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Дидактика здесь — это теоретические основы проектирования методик преподавания, конкретно — проведения лабораторных работ, в том числе системно объединенных в методически согласованный цикл — лабораторный практикум. При этом методика — это реализация частной дидактики, задающая общую деятельностную структуру научно обоснованной образовательной технологии.
    Автор сознательно пытался реализовать возможно более дружественный читателям, в том числе и начинающим, и опытным преподавателям-практикам, интерфейс с преобладанием общепринятой и понятной всем терминологии, и применением понятий и терминов теоретической педагогики, общей, социальной и когнитивной психологии только при необходимости. Это особенно важно для комфортного восприятия нового педагогического материала успешными преподавателями с большим стажем работы, для которых характерны контринновационные тенденции по отношению к методическим новшествам, внедрение которых требует существенных дополнительных затрат собственных интеллектуальных и психофизиологических ресурсов преподавателя, тогда как качество педагогического процесса, напротив, возрастет незначительно, поскольку и без внедрения инноваций за счет личного мастерства преподавателя оно уже было близким к максимально достижимому для данного контингента обучающихся и привлеченных образовательных ресурсов.
Вместе с тем в практической инновационной инженерной педагогике последних лет, развивающейся в русле конвергенции 7

информационных, когнитивных и социогуманитарных технологий, стали нередкими такие нетрадиционные для педагогики категории и понятия, как когнитивный дискурс и когнитивный по целям диалог, гуманизм и гуманизация, демократизация и сотрудничество (отражение личностного, субъект-субъектного и деятельностного подходов в их системном взаимодействии по отношению к компетентностно сформулированной цели). Компетентность в нашем понимании есть результат системной интеграции усвоенных традиционных знаний и умений, составляющих когнитивную (знаю, что делать) и операционную (знаю как и умею это так делать ) части результата обучения. Эти компоненты дополняются воспитанными сформированными или усиленными обязательными личностными мотивационными слагаемыми (почему и с какой целью, зачем это должен делать я?) и социально-этическими оценками (хорошо ли я поступаю, как отнесутся к моим действиям, их результату другие сейчас и в последующем, с кем сотрудничать, с чьим мнением считаться?). Мотивация и оценки могут подвигнуть субъекта как к более или менее интенсивному, энергичному действию по достижению поставленной цели, так и к её коррекции или отказу от достижения в процессе действия или отказа уже на этапе принятия решения. Обоснование этих решений производится по результатам сопоставления ценностей цели и затраченных средств, материальных и моральных уронов или приобретений в интерпретации деятельной (действующей, руководящей, исполняющей) личности.
    В ряду профессиональных компетенций и качеств преподавателя находится и психолого-педагогическая культура, предполагающая педагогическое сопровождение личностного развития студента, которое при необходимости может быть предельно гуманно скорректировано на основе достоверной актуальной информации об особенностях личности. При этом преподаватель, творчески обучающий и воспитывающий новые поколения инженеров, должен обладать высокой духовной культурой, необходимой для плодотворного проявления своих творческих способностей в преподавании.
    Такая постановка требует профессиональной компетентности преподавателя в части психолого-педагогической диагностической и операторной культуры, которая у преподавателей-практиков формируется вместе с жизненным опытом и становлением в профессиональной предметной области за 10-15 лет, а чаще — за

8

15-20 лет работы, что явно не отвечает современным темпам модернизации инженерного образования.
    Процесс гуманизации инженерного образования в сочетании с технологическим представлением образовательного процесса, ориентированного на приобретение профессиональных и общегуманитарных компетенций, требует системной организации и интеграции всех компонентов с получением синергетического эффекта, при том что дифференцировано и оптимально по эффективности по месту и целям применяется весь набор методов обучения, инструментарий и полный спектр организационных форм занятий, включая практикумы и, в частности, лабораторные работы. При этом отечественная педагогическая технология должна сохранить традиционно близкое сродство и гармоничность с гуманитарными науками, а преподаватель как субъект образовательного, т. е. обучающего и воспитывающего взаимодействия, и впредь будет нести гуманистическую мораль, подчеркивая ценность каждой личности, ее решающую роль и ответственность в ситуации выбора, когда нравственные критерии могут стать определяющими. Сохраняется также важность того, что учебная по целям деятельность ведется именно в коллективе, когда запланированная, отрежиссированная, а иногда и целенаправленно спровоцированная социальность ситуации оказывает существенное влияние на индивидуальное и групповое поведение, а следовательно, и на результат совместной работы, включая воспитательную составляющую.
    Настоящий труд как учебник призван способствовать приобретению преподавателем соответствующей современным требованиям конвергентной профессиональной компетентности применительно к лабораторному практикуму по инженерным дисциплинам во всех его компонентах и аспектах, раскрывая для преподавателя возможности личностного самовыражения, приложения собственной интуиции, жизненного опыта, мастерства и творчества в реализации технологии, оставаясь активным, инициативным, ведущим ее субъектом. Вместе с тем теоретическое описание и научное обоснование приемов, алгоритмов или эвроритмов, методик образовательной технологии на основе их практической апробации приводит к выявлению новых проблем, направлений, предметов и объектов педагогических исследований, выдвижению новых гипотез.
    Описанные инвариантные относительно объекта (предмета) изучения закономерности учебного процесса и выработанные на их основе методики, приемы и операции дают потенциальную 9

возможность инновационной модификации и применения рекомендуемых образовательных технологий в целом или фрагментарно и при изучении объектов иного класса, не подпадающих непосредственно под указанные стандарты. Однако имеется в виду, что изучаются наукоемкие объекты (технические решения, технологии, устройства и материалы), которые входят в контекст будущей профессиональной деятельности студентов, и именно это кладется в основу мотивации их образовательной деятельности, моделирующей деятельность профессиональную. Вести занятия, наиболее эффективно реализующие такую концепцию, смогут преподаватели, не только обязательно знающие предметную область на профессиональном уровне, что является атрибутом отечественной инженерной школы, но и усвоившие основы психолого-педагогического мастерства, например, с помощью настоящего учебного пособия.
    Имея целью обобщение и развитие опыта проведения лабораторных работ, в том числе зафиксированного в публикациях, в исследованиях, положенных в основу этого учебника, предпринята попытка конкретизировать и применить подходы, положения и выводы, содержащиеся в трудах по гуманизации технического образования д-ра психол. наук, проф. А.А. Добрякова, которого автор с благодарностью считает своим учителем в педагогике. Автор признателен коллегам — деканам факультетов МГТУ им. Н.Э. Баумана при передовых предприятиях отечественных наукоемких отраслей техники, в частности, Р.П. Симоньянцу, с которыми обсуждались многие из затронутых в учебнике проблем, и преподавателям кафедры «Ракетные двигатели», в их числе Б.Н. Чугунову, подпитывающему автора информационно, канд. техн. наук, доценту Н.Я. Ирьянову, чей опыт доцента-методиста, организатора и руководителя приемных испытаний с пользой для дела учтен автором, а также канд. техн. наук, доценту В.Е. Медведеву, декану факультета повышения квалификации преподавателей, выступившему косвенным заказчиком и доброжелательным критиком настоящего учебника на всех этапах его разработки как труда, тематически входящего в серию «Педагогика в техническом университете». В методике реализации гуманитарной компоненты образовательной технологии отражены как общие, так и особенные стороны представлений об этом автора и его коллеги — д-ра фи-лос. наук, проф. Н.Г. Багдасарьян. Автор благодарен ей за совместное обсуждение, в частности, на научных конференциях и в публикациях, вопросов, касающихся профессиональной культу-10