Бескаравайный Станислав Сергеевич. Учебная лаборатория

Бескаравайный С.С.

Учебная лаборатория ВУЗа - между инновацией и музеем

В статье анализируются проблемы оснащение учебных лабораторий высших учебных заведений. Делается предложение использовать понятие "парадигма техники" как критерий выбора оборудования.

Ключевые слова: парадигма техники, эксперимент, абстракция, стиль.

Keywords: paradigm technique, experiment, abstract, style.

Ключовi слова: парадигма технiки, експеримент, абстракцiя, стиль.

Наглядные пособия, учебные эксперименты и, тем более, НИРС - если их еще не сделали чисто виртуальными, и не скачали из сети Интернет - дорогое и хлопотное дополнение к словам преподавателя. В большом числе случаев учащимся необходимо продемонстрировать объект или процесс не на экране, а максимально конкретно, чтобы они могли на него повлиять. Поэтому рационализация учебных пособий всегда будет актуальной проблемой в образовании.

Попытаемся поставить проблему: как выглядит идеальная учебная лаборатория ВУЗа? Если бы всё сводилось к демонстрации студентам стандартных опытов - как в школе - то полная виртуализация лаборатории стала бы неизбежностью. Разумеется, дидактическое значение наглядности, обоснованное К.Ф. Ушинским, отменить невозможно и закрепление у учащихся представлений о конкретных предметах их будущего труда чрезвычайно важно. Однако, зачем тратить деньги на реактивы, металл, на сложные установки, когда можно создать интерактивную модель, которую учащийся сможет проверять в любых режимах? В условиях хронического недофинансирования ВУЗов подобных подход приветствуется.

Если же очередная "академия" еще не стала простым колледжем, в ней поддерживается гумбольтовский стандарт университета, то там обязательно ведутся полноценные исследования. Оборудование для этих исследований невозможно свести лишь к математическим моделям. Требуется проведение экспериментов. Следовательно, необходима полноценная лаборатория.

К сожалению, большая часть литературы, в которой исследуются проблемы наглядных пособий - направлена на повышение их эффективности, но проблемы экономического характера отчасти игнорируются. Таково, например, исследование А.И. Яшина "Оборудование и наглядные пособия как средство активизации обучения специальным дисциплинам студентов художественно-графических факультетов педвузов" [5] - с 2000-го года информационные технологии совершили рывок в своем развитии, и неизбежно возникает вопрос о новых формах наглядных пособий, которые можно сделать полностью виртуальными. Есть разумеется, и профессии, в которых виртуализация и полное устранение ручного труда вообще невозможны - дизайнеры костюма, для образования которых требуются "констатирующие эксперименты" [2]. Если говорить о новейших учебных программах, которые направлены на приобретение навыков работы с современным оборудованием, например "Технологический центр 3D сборки с производством электронных наноматериалов и 3D изделий" [4] - то эта поставленная проблема еще просто не ощущается: будущих операторов учат за восемь месяцев фактически на промышленном оборудовании. В других случаях все учебные процессы надежно "виртуализированы", к примеру - обучение работе с инструментом имитационного моделирования "AnyLogic" и не подразумевает реальных экспериментов [3].

А ведь необходимо закреплять тождество формулы и предмета, который она описывает. Иначе перед будущим инженером возникает проблема соотношения абстрактного и конкретного в полученном объеме знаний - ему будет все сложнее отличать виртуальные модели от реальных явлений (проблема, сейчас характерная скорее для финансистов). Даже если "некое чувство, что живет в нашей груди", которое упоминает Д. Юм, и которое позволят отличить реальность от вымысла, не изменит инженеру - оно не поможет решить проблему: какую именно из десятков математических моделей применять в данном конкретном случае неполадки технического агрегата?

В текущий реалиях для учебных лабораторий необходим выбор наглядных пособий и учебно-экспериментальных установок, которые были бы позволили сообщить будущему инженеру максимальный объем полезных сведений, не "перегрузив" его информацией и, одновременно, не разорив учебное заведение.

Можно сказать, что площадка возможностей, на которой существует учебная лаборатория ВУЗа, ограничена четырьмя факторами:

- абстрактными иллюстрациями с одной стороны и конкретными, но лишенными теоретической базы, пособиями, с другой;

- чисто учебными рассуждениями, с одной стороны (их можно скачать из сети Интернет в ещё лучшем качестве, чем пересказ среднего преподавателя), и научными исследованиями, сложность которых превышает возможности данного ВУЗа - с другой.

Итак, попытаемся сформулировать объект и предмет статьи.

Объект: оснащение учебной лаборатории, как отражение взаимосвязи между наукой, системой образования и техникой.

Предмет: парадигма техники а так же процедуры измерения, как основа выбора учебно-экспериментальных установок.

Чтобы полнее раскрыть проблему - проанализируем научно-учебную лабораторию в процессе её "жизненного цикла".

Когда оборудуется новая лаборатория - имеет смысл закупать самое современное оборудование. Если предположить, что учебное заведение располагает достаточными средствами, то вопрос выбора установок, печей, компрессоров, измерительных приборов, компьютеров - фактически не поднимается. Приобретаются "предпоследние" модификации, так как экспериментальные модели, которые выпущены "именно сегодня", как правило, чрезмерно дороги и еще ненадежны. Если же часть оборудования разрабатывается здесь же - то закупаются полуфабрикаты, запчасти и т.п. Начинаются исследования, совмещенные со студенческими лабораторными работами.

Потом начинается неизбежный процесс морального и материального старения оборудования.

Новые компьютерные программы появляются уже через несколько месяцев, а иногда и недель. Их можно купить сравнительно дешево, а в условиях постсоветского пространства - элементарно пользоваться ими без лицензии. Появляются новые, более точные измерительные приборы. Они могут быть куда дороже, но и эта проблема решаема.

Наиболее затратная часть оборудования в большей части лабораторий - это установки по получению принципиально новых состояний вещества (или тех состояний, которые не были использованы в данной лаборатории). Разнообразные печи, центрифуги, раздачи, облучатели и т.п. Менять или модернизировать их под каждый новый цикл экспериментов - немыслимо дорого. Потому уже раз созданная установка - например, для экспериментов по сжиганию топливных брикетов в кипящем слое - используется аспирантами много лет, пока на ней не будут проделаны все возможные типы экспериментов, и только потом окончательно "устаревает", либо переходя в ведение студентов для проведения стандартных лабораторных работ, либо утилизируясь. Отдельной проблемой есть измерительные приборы.

И, разумеется, есть само помещение лаборатории, коммуникации и т.п. - они могут заменены сравнительно редко, потому эксплуатируются до предела своих возможностей.

Но ведь эксперименты, проводимые в лаборатории, далеко не равнозначны. Возникает как бы три уровня техники, которые необходимо поддерживать там, чтобы обеспечить их проведение.

Первый: цикл экспериментов на качественно новом оборудовании - в рамках передовых исследовательских программ. Исследуются новые вещества, новые явления.

Передовая линия требует двух вещей - новых или модернизированных установок, на которых получить принципиально новые параметры вещества. Это могут быть новые формы литья, новее сплавы, новые наноструктуры и т.п. И если на туннельном микроскопе сэкономить довольно трудно, то какая-нибудь электропечь, нагревающая новый сплав до 300^оС, вполне может насчитывать ни один десяток лет - в лучшем случае туда можно поставить новый блок управления, чтобы обеспечить точный режим нагрева сплава. Заранее невозможно добиться чёткого конструктивного соответствия такой установки новому явлению, чтобы она обеспечивала проявления с максимальным КПД - именно в силу неполноты знания об исследуемом объекте. Поэтому неизбежен перерасход ресурсов, создание конструкций с многократными запасами прочности и т.п. Но, главное, принципиально новые исследования требуют измерительных приборов: они должны быть как можно более точными и, по возможности, современными. Именно они обеспечивают связь между математической моделью, которую придумывает исследователь (таких моделей может быть бесконечно множество) и реальным процессом.

Второй: группа проблем, которая возникает у современного, наиболее распространенного в промышленности оборудования. На решение подобных проблем ВУЗы чаще всего и заключают хоздоговора. Существуют стандартные образцы небольших печей, станков для выточки новых деталей. Установок, которые позволяют проверять прочность на разрыв - не с космической точностью, но достаточно точно. Здесь возникает проблема - что оставить от предыдущего поколения оборудования или какое оборудование выбрать основным? Существует проблема запчастей, расходных материалов и т.п.

И тут можно заметить, что установки должны соответствовать той парадигме техники - подробнее вопрос будет рассмотрен ниже - которая наиболее распространена в промышленности.

Наконец, третий уровень - всё то, что постепенно становится музеем. Старые весы, точность которых недостаточна для исследований. Старые паровые котлы (которые уже не работают и от них остаются лишь разрезанные для наглядности элеметы пароперегревателей). Небольшие аэродинамических трубы. Все это оборудование используется в учебных экспериментах и мало пригодно для исследований. Чем более богат Вуз, тем больше он может обеспечить студентов дорогими наглядными пособиями, однако пи первых требованиях экономии "под нож" идут именно затратные учебные эксперименты.

В учебной лаборатории идут два встречных процесса: "филогенез" той отрасли промышленности, на сотрудничество с которой ориентирован ВУЗ, и одновременно постепенное абстрагирование экспериментов прошлого этапа развития техники.

И тут мы приходим к проблеме парадигмы техники.

"Основой парадигмы техники можно назвать не просто систематизированный набор технических знаний, но и созданную на его основе совокупность технологий, которая образует единую систему и определяет конструкции серийных технических объектов" [1, с.202].

Парадигму в технике необходимо фиксировать по нескольким характерным параметрам, резкий скачок в любом из которых будет первым признаком её изменения:

-- основной конструкционный материал (переход, например, от дерева к стали, от стали к композиционным материалам);

-- характерные величины используемых энергий;

-- характерные величины работы, совершаемой устройством;

-- трансформация видов энергии (только в пределах механической, химически-механический переход и т.п.);

-- возможность обработки информации и т.п.

А новый технологический цикл формирует собственное, характерное только для этой парадигмы несущее противоречие. Причем современный технологический цикл можно рассматривать как попытку снятия предыдущего противоречия (удачную или нет - другой вопрос). Так, например, становление бронетанковых войск привело к очередному витку противоречия "броня-снаряд", при этом частично была снята проблема штурма пехотой укрепленных полос противника.

Если брать широкое применение природного газа в металлургической промышленности - то это с одной стороны частично сняло проблему утилизации шлама, угольного хозяйства и т.п. Но в современных условиях цена газа повысилась - потому обострилось противоречие между качеством топлива и экономичностью его использования.

Естественно, вся парадигма не сводится к несущему противоречию - да, его снятие позволит перейти к другой парадигме техники в данной индустрии, но одновременно существуем множество частных проблем, которые неявно задаются эти противоречием. В том же танкостроении существуют проблемы увеличения мощности двигателей, необходимых для передвижения брони, более легких сплавов той же прочности. В энергетике несущее противоречие между выработкой необходимой мощности на месте (с относительно низким КПД) и её экономичной транспортировкой (от станции с относительно высоким КПД) определяет конструкцию электросетей, расположение теплоцентралей и т.п. Но проблема теплоизоляции, которая, к примеру, может сделать экономически рентабельной подачу горячей воды на большее расстояние, чем сейчас - воплощается в собственных противоречиях: между плотностью и теплопроводностью материала.

В учебной лаборатории ВУЗа необходимо сосредоточиться на исследовании конкретных противоречий, видеть, вокруг каких проблемных узлов возникает наибольшее количество задач. Под решение данного набора задач - характерных для существующей в промышленности парадигмы - и должно быть оптимизировано оборудование. Тогда наибольшее количество студентов сможет увидеть чисто учебные эксперименты (например, по сжиганию топлива) и одновременно получить доступ экспериментальным установкам для НИРС.

Одновременно использование парадигмы техники, как критерия выбора оборудования, помогает рациональнее сохранять наглядные пособия, иллюстрирующие прошлые этапы развития индустрии. Эксперимент, раскрывающий новое явление - всегда тяготеет к чисто демонстрационной форме, опирающейся на научное, но не на техническое знание. Он проще всего может быть представлен в абстрактной форме, в виде интерактивной компьютерной модели.

Но вот воплощение исследованного явления уже в рамках технического знания - требует комплексного подхода, ведь требуется получить не "лабораторно чистый" эффект, а эффект с заданным КПД, с выполнением требований по технике безопасности, по времени проявления и т.п. То есть, необходимо продемонстрировать уже готовую турбину, собранный редуктор, действующий компьютер. При этом будущему инженеру практически невозможно разъяснить все предпосылки, все умозаключения, которые задали облик технического изделия.

И тут мы подходим к еще одному фактору воздействия, которое может оказать учебная лаборатория на будущего инженера. Современные учебные программы каждый год пополняются новыми материалами. Скорость новых открытий и внедрения инноваций с одной стороны, и преподаватели, которые учились по старым программам и хотят передать студентам максимальный объем знаний - с другой стороны. В результате хороший специалист должен, фактически, учиться "за себя и за того парня", либо довольствоваться ролью копировального аппарата, который транслирует готовые ответы из сети Интернет.

Проводя занятия с наглядными пособиями, наиболее полно воплощающими парадигму определенной эпохи - он должен усваивать стиль конструирования. Разумеется, стиль - не точно измеряемая величина. Но этот как раз тот случай, когда в четкой алгоритмизации и нет необходимости. Студенту необходимо демонстрировать те инженерные решения, которые помогли снять противоречия, при этом достаточно совершенны, но еще не отягощены многочисленным усовершенствованиями. То есть те, в которых данная парадигма техники нашла своё лучшее воплощение.

Да, это прошлая парадигма, и конкретные технические решения порой уже устарели. Но как художнику требуется знакомство с лучшими картинами прошлых эпох, как философу необходимо читать первоисточники, так и инженеру необходимо конструкции, в которых нашел свое воплощение талант его предшественников.

Вывод: оборудование учебных лабораторий должно состоять из установок двух групп. Во-первых, это установки, на которых проводятся принципиально новые эксперименты - и важнейшим условиям для них есть качественная измерительная аппаратура. Во-вторых - это установки, на которых можно проводить исследования по актуальным для промышленности техническим проблемам. Эти установки должны максимально совершенно выражать парадигму тот отрасли техники, в которой они применяются, с тем, чтобы ко времени своего морального устаревания оставаться образцами правильного инженерного стиля.

Литература

-- Бескаравайный С.С., Капитон В.П. Философия техники: монография. - Днепропетровск: ДГФА, 2011. - 302 с.

-- Кузьмина, О. В. Компетентностная модель формирования конструкторской готовности дизайнера костюма в вузе Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.08: Москва, 2011 226с.

-- Программа стандартного тренинга использования инструмента имитационного моделирования "AnyLogic". Режим доступа: http://www.xjtek.ru/trainings/

-- Технологический центр 3D сборки с производством электронных наноматериалов и 3D изделий. Режим доступа: http://edu-reestr.rusnano.com/Program/default.aspx?id=b27fbc65-5384-47a8-b7aa-60ab241a168&tab=program

-- Яншин А. И. Оборудование и наглядные пособия как средство активизации обучения специальным дисциплинам студентов художественно-графических факультетов педвузов : Дис. ... канд. пед. наук : 13.00.02 : Москва, 2000 217 c. РГБ ОД, 61:01-13/1010-9

Бескаравайный Станислав Сергеевич : другие произведения.

Учебная лаборатория - между инновацией и музеем

Оставить комментарий © Copyright Бескаравайный Станислав Сергеевич (beskarss@rambler.ru) Размещен: 29/03/2012, изменен: 29/03/2012. 18k. Статистика. Статья: Философия Философия		Ваша оценка:
Аннотация: В статье анализируются проблемы оснащение учебных лабораторий высших учебных заведений. Делается предложение использовать понятие "парадигма техники" как критерий выбора оборудования.