Проектирование и изготовление механизмов Чебышева как средство повышение уровня инженерных компетенций учащихся 7-9 классов общеобразовательной школы
|
Введение 3
Глава 1. Инженерная деятельность в общеобразовательном учреждении 8
1.1 Понятие инженерной компетенции в основном образовании 8
1.2. Способы развития инженерных компетенций у школьника 16
1.3. Механизмы Чебышева 24
Вывод по первой главе 39
Глава 2 Развитие инженерных компетенций на занятиях по конструированию механизмов Чебышева 40
2.1. Элективный курс «Механизмы Чебышева» 40
2.2. Апробация и результаты введения элективного курса 51
2.3 Методические рекомендации по использованию элективного курса .... 62
Вывод по второй главе 70
Заключение 71
Библиографический список 73
Приложение 78
Глава 1. Инженерная деятельность в общеобразовательном учреждении 8
1.1 Понятие инженерной компетенции в основном образовании 8
1.2. Способы развития инженерных компетенций у школьника 16
1.3. Механизмы Чебышева 24
Вывод по первой главе 39
Глава 2 Развитие инженерных компетенций на занятиях по конструированию механизмов Чебышева 40
2.1. Элективный курс «Механизмы Чебышева» 40
2.2. Апробация и результаты введения элективного курса 51
2.3 Методические рекомендации по использованию элективного курса .... 62
Вывод по второй главе 70
Заключение 71
Библиографический список 73
Приложение 78
Актуальность исследования определяется необходимость внедрения инженерных понятий в современном образовании, что на сегодняшний день становится неотъемлемой частью образовательного процесса учащихся 7-9 классов. Не каждый ученик понимает определение понятий, которые употребляет в повседневной жизни, помимо этого даже учащиеся старшей школы не понимают принцип работы простейших механизмов.
Формирование такого понимания требует не только полноценного объяснения принципов работы, но и предоставления возможности конструирования собственными руками, а также готовности учащегося к проявлению инициативы, что требует тщательного отбора интересных механизмов.
Для этих целей, несомненно, подойдут механизмы Чебышева. Это простейшие механизмы, на примере которых учащиеся смогут понять и выяснить, как работают сложные процессы и механизмы, которые окружают повседневно каждого из нас. Пафнутий Львович Чебышев оставил весомый след в истории мировой науки и в российскую культуре и робототехнике. Труды, которые издал П.Л. Чебышев в таких областях, как прикладная механика, математика по своей наполненности и глубине содержательного материала, привнесли ему звание одного из величайших умов математики Большое количество идей воплощенных в работах Пафнутия Львовича, по сей день являются актуальными и являются ядром развития отраслей деятельности многочисленного количества стран, даже сегодня, когда прошло 201 год со дня рождения их создателя. Механизмы П. Л. Чебышева активно используются в двигателестроении, например, рассматриваемый в представленной работе механизм для преобразования качательного движения во вращательное представлен в Роторном неполноповоротном двигателе.
Однако развитие умений и навыков конструирования механизмов Чебышева требует создания целостного методического комплекса. В рамках школьной программы подобные занятия не представлены и требуется разработать элективный курс, направленный на развитие инженерных компетенций школьников на внеурочных занятиях.
Проведя анализ научной и методической литературы, а также принимая во внимание особенности системы среднего образования в контексте развития инженерных компетенций школьников, можно выделить противоречие между социальным запросом на развитие инженерных компетенций у учащихся общеобразовательных учреждений и недостаточной обеспеченностью такой подготовки методическими средствами и учебными программами.
Проблема исследования состоит в изготовление механизмов Чебышева на внеурочных занятиях по технологии, поддержанное имеющейся материальной базой и открывающее широкий спектр интересных учебных задач, направленных на развитие инженерных компетенций, требует научно-обоснованных и проверенных на практике методических рекомендаций для проведения таких занятий.
Степень научной разработанности темы. Анализ научно-педагогической литературы свидетельствует о том, что проблеме повышения уровня инженерных компетенций учащихся основной школы, в частности компетентностного подхода освещены в работах Зимней И.А., Мерзляковой О.П., Лернера И.Я., Болотова В.А., Зеер Э.Ф, Усовой А. В., Загвоздкина В.К., А.Д Иванова и др.
Цель исследования: разработать и апробировать рабочую программу элективного курса для учащихся 7-9 классов общеобразовательной школы по изготовлению механизмов Чебышева, позволяющую развивать инженерные компетенции учащихся.
Объект исследования: методы повышения уровня инженерных компетенций учащихся средней общеобразовательной школы.
Предмет исследования: возможности развития инженерных компетенций у учащихся 7-9 классов общеобразовательной школы на внеурочных занятиях по технологии в процессе проектирования и изготовления механизмов Чебышева.
Гипотеза: изготовление механизмов Чебышева в процессе прохождения элективного курса по технологии, позволит расширить круг научно¬технических и технологических интересов у учащихся, а полученные навыки позволят более эффективно решать инженерные задачи.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследования:
1. Провести анализ научной и методической литературы по теме исследования;
2. Определить понятие инженерной компетенции в основном образовании;
3. Определить круг механизмов Чебышева, пригодных для конструирования с использованием материальной базы общеобразовательной школы;
4. Разработать рабочую программу элективного курса по изготовлению механизмов Чебышева
5. Апробировать рабочую программу элективного курса на примере учащихся 7-9 классов;
6. Разработать методические рекомендации по повышению уровня развития инженерных компетенций учащихся на занятиях по изготовлению механизмов Чебышева.
Научная новизна исследования заключается в разработке научно-обоснованной методики повышения уровня развития инженерных компетенций у учащихся 7-9 классов на внеурочных занятиях по технологии.
Практическая значимость исследования определяется возможностью широкого внедрения разработанного элективного курса в школах, оснащенных необходимым оборудованием.
На защиту выносится следующее положение: конструирование механизмов Чебышева на внеурочных занятиях по технологии заметно повышает уровень развития инженерных компетенций учащихся.
Для выполнения работы использованы следующие методы:
Теоретические методы: анализ литературы по проблеме исследования, моделирование гипотезы и проектирование результатов исследования.
Эмпирические методы: изучение и обобщение имеющегося педагогического опыта и нормативной документации по теме исследования, тестирование, наблюдение, педагогический эксперимент, количественный и качественный анализ результатов проведенного эксперимента.
Апробация проводилась в ходе педагогической деятельности автора на базе МАОУ Гимназии № 13 «Академ» (Муниципальное автономное образовательное учреждение гимназия № 13 «Академ») на протяжении всего периода исследования 2021-2022 года.
Структура и объем диссертации: состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка и приложений. Текст иллюстрируют 3 таблицы, 16 рисунков, 2 диаграммы и 4 приложений. Объем работы составляет 90 страницы.
Основные результаты исследования опубликованы в материалах конференции:
1. XXIII Международный научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА XXI ВЕКА», тема доклада: «Повышение уровня инженерных компетенций учащихся на уроках технологии в общеобразовательной школе», (от 24 мая 2022 года, г. Красноярск);
2. XXIII Международный научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА XXI ВЕКА», тема доклада: «Научно-образовательная игра «Техно-квест «Исследуй! Изучай! Изобретай!» для увлечения школьников исследованиями и инженерией» (от 24 мая 2022 года, г. Красноярск);
3. XXII Международный научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА XXI ВЕКА», тема доклада: «Исследовательская культура как фактор профессионально-личностного развития современного выпускника педагогического вуза» (от 18 мая 2021 г)
Формирование такого понимания требует не только полноценного объяснения принципов работы, но и предоставления возможности конструирования собственными руками, а также готовности учащегося к проявлению инициативы, что требует тщательного отбора интересных механизмов.
Для этих целей, несомненно, подойдут механизмы Чебышева. Это простейшие механизмы, на примере которых учащиеся смогут понять и выяснить, как работают сложные процессы и механизмы, которые окружают повседневно каждого из нас. Пафнутий Львович Чебышев оставил весомый след в истории мировой науки и в российскую культуре и робототехнике. Труды, которые издал П.Л. Чебышев в таких областях, как прикладная механика, математика по своей наполненности и глубине содержательного материала, привнесли ему звание одного из величайших умов математики Большое количество идей воплощенных в работах Пафнутия Львовича, по сей день являются актуальными и являются ядром развития отраслей деятельности многочисленного количества стран, даже сегодня, когда прошло 201 год со дня рождения их создателя. Механизмы П. Л. Чебышева активно используются в двигателестроении, например, рассматриваемый в представленной работе механизм для преобразования качательного движения во вращательное представлен в Роторном неполноповоротном двигателе.
Однако развитие умений и навыков конструирования механизмов Чебышева требует создания целостного методического комплекса. В рамках школьной программы подобные занятия не представлены и требуется разработать элективный курс, направленный на развитие инженерных компетенций школьников на внеурочных занятиях.
Проведя анализ научной и методической литературы, а также принимая во внимание особенности системы среднего образования в контексте развития инженерных компетенций школьников, можно выделить противоречие между социальным запросом на развитие инженерных компетенций у учащихся общеобразовательных учреждений и недостаточной обеспеченностью такой подготовки методическими средствами и учебными программами.
Проблема исследования состоит в изготовление механизмов Чебышева на внеурочных занятиях по технологии, поддержанное имеющейся материальной базой и открывающее широкий спектр интересных учебных задач, направленных на развитие инженерных компетенций, требует научно-обоснованных и проверенных на практике методических рекомендаций для проведения таких занятий.
Степень научной разработанности темы. Анализ научно-педагогической литературы свидетельствует о том, что проблеме повышения уровня инженерных компетенций учащихся основной школы, в частности компетентностного подхода освещены в работах Зимней И.А., Мерзляковой О.П., Лернера И.Я., Болотова В.А., Зеер Э.Ф, Усовой А. В., Загвоздкина В.К., А.Д Иванова и др.
Цель исследования: разработать и апробировать рабочую программу элективного курса для учащихся 7-9 классов общеобразовательной школы по изготовлению механизмов Чебышева, позволяющую развивать инженерные компетенции учащихся.
Объект исследования: методы повышения уровня инженерных компетенций учащихся средней общеобразовательной школы.
Предмет исследования: возможности развития инженерных компетенций у учащихся 7-9 классов общеобразовательной школы на внеурочных занятиях по технологии в процессе проектирования и изготовления механизмов Чебышева.
Гипотеза: изготовление механизмов Чебышева в процессе прохождения элективного курса по технологии, позволит расширить круг научно¬технических и технологических интересов у учащихся, а полученные навыки позволят более эффективно решать инженерные задачи.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи исследования:
1. Провести анализ научной и методической литературы по теме исследования;
2. Определить понятие инженерной компетенции в основном образовании;
3. Определить круг механизмов Чебышева, пригодных для конструирования с использованием материальной базы общеобразовательной школы;
4. Разработать рабочую программу элективного курса по изготовлению механизмов Чебышева
5. Апробировать рабочую программу элективного курса на примере учащихся 7-9 классов;
6. Разработать методические рекомендации по повышению уровня развития инженерных компетенций учащихся на занятиях по изготовлению механизмов Чебышева.
Научная новизна исследования заключается в разработке научно-обоснованной методики повышения уровня развития инженерных компетенций у учащихся 7-9 классов на внеурочных занятиях по технологии.
Практическая значимость исследования определяется возможностью широкого внедрения разработанного элективного курса в школах, оснащенных необходимым оборудованием.
На защиту выносится следующее положение: конструирование механизмов Чебышева на внеурочных занятиях по технологии заметно повышает уровень развития инженерных компетенций учащихся.
Для выполнения работы использованы следующие методы:
Теоретические методы: анализ литературы по проблеме исследования, моделирование гипотезы и проектирование результатов исследования.
Эмпирические методы: изучение и обобщение имеющегося педагогического опыта и нормативной документации по теме исследования, тестирование, наблюдение, педагогический эксперимент, количественный и качественный анализ результатов проведенного эксперимента.
Апробация проводилась в ходе педагогической деятельности автора на базе МАОУ Гимназии № 13 «Академ» (Муниципальное автономное образовательное учреждение гимназия № 13 «Академ») на протяжении всего периода исследования 2021-2022 года.
Структура и объем диссертации: состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка и приложений. Текст иллюстрируют 3 таблицы, 16 рисунков, 2 диаграммы и 4 приложений. Объем работы составляет 90 страницы.
Основные результаты исследования опубликованы в материалах конференции:
1. XXIII Международный научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА XXI ВЕКА», тема доклада: «Повышение уровня инженерных компетенций учащихся на уроках технологии в общеобразовательной школе», (от 24 мая 2022 года, г. Красноярск);
2. XXIII Международный научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА XXI ВЕКА», тема доклада: «Научно-образовательная игра «Техно-квест «Исследуй! Изучай! Изобретай!» для увлечения школьников исследованиями и инженерией» (от 24 мая 2022 года, г. Красноярск);
3. XXII Международный научно-практический форум студентов, аспирантов и молодых ученых «МОЛОДЕЖЬ И НАУКА XXI ВЕКА», тема доклада: «Исследовательская культура как фактор профессионально-личностного развития современного выпускника педагогического вуза» (от 18 мая 2021 г)
В процессе исследования был проведен обзор научной и методической литературы согласно тематике исследования, касаемой понятия инженерных компетенций в основном общем образовании. Под инженерной компетенцией принято решение подразумевать условия к просветительной подготовке учащегося, проявленные в совокупности взаимозависимых смысловых ориентаций, познаний, умений, навыков, а также навыка технической работы согласно взаимоотношению к конкретному окружению предметов реальности, требуемых с целью реализации индивидуальной, а также общественно важной результативной инженерной деятельности. Пересмотрены пути развития технических компетенций обучающихся, а также способы активизации независимой работы обучающихся.
Кроме того, согласно проблеме применения механизмов Чебышева в процессе обучения был определен круг механизмов, пригодных для конструирования с использованием материальной базы общеобразовательной школы. К таким механизмам относятся следующие: велосипед, сортировалка, стопоходящий механизм, круговая линейка и т.д.
Была разработана рабочая программа элективного курса «Механизмы Чебышева», благодаря применения которой появилась возможность повысить уровень инженерных компетенций обучающихся средней общеобразовательной школы 7-9 классов. После апробации элективного курса проанализированы результаты показателей уровня развитости общетехнических способностей, инженерных компетенций учащихся и сделан вывод о том, что курс показал свою успешность и выполнил задачи, поставленные перед введением элективного курса. Поведен отбор содержание для тематического планирования курса.
В процессе реализации рабочей программы постепенно были составлены методические рекомендации для учителя, которые помогут повысить эффективность внедрения элективного курса в процесс обучения.
Выполнив все вышеперечисленные задачи, была достигнута цель по разработке и апробации рабочей программы элективного курса для учащихся 7-9 классов общеобразовательной школы по изготовлению механизмов Чебышева, позволяющую развивать инженерные компетенции учащихся.
Кроме того, согласно проблеме применения механизмов Чебышева в процессе обучения был определен круг механизмов, пригодных для конструирования с использованием материальной базы общеобразовательной школы. К таким механизмам относятся следующие: велосипед, сортировалка, стопоходящий механизм, круговая линейка и т.д.
Была разработана рабочая программа элективного курса «Механизмы Чебышева», благодаря применения которой появилась возможность повысить уровень инженерных компетенций обучающихся средней общеобразовательной школы 7-9 классов. После апробации элективного курса проанализированы результаты показателей уровня развитости общетехнических способностей, инженерных компетенций учащихся и сделан вывод о том, что курс показал свою успешность и выполнил задачи, поставленные перед введением элективного курса. Поведен отбор содержание для тематического планирования курса.
В процессе реализации рабочей программы постепенно были составлены методические рекомендации для учителя, которые помогут повысить эффективность внедрения элективного курса в процесс обучения.
Выполнив все вышеперечисленные задачи, была достигнута цель по разработке и апробации рабочей программы элективного курса для учащихся 7-9 классов общеобразовательной школы по изготовлению механизмов Чебышева, позволяющую развивать инженерные компетенции учащихся.