Афонина Е.В., кандидат технических наук, доцент
Хапилина Н.В., кандидат педагогических наук, доцент (Брянский государственный технический университет)
ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА АЛГОРИТМИЗАЦИИ В ОБУЧЕНИИ СТУДЕНТОВ ВУЗА НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ И ИНЖЕНЕРНОЙ ГРАФИКЕ
Подготовка высококвалифицированных инженеров, способных решать в процессе профессиональной деятельности различные производственные задачи, является основным направлением развития профессионального образования. Необходимо формировать у будущих специалистов умение грамотно и рационально управлять мыслительными процессами, находить общие способы подхода к решению любой задачи, анализировать новую ситуацию и принимать верное решение.
К сожалению, как показывают опыт работы и вводный контроль по черчению и геометрии, выпускники средней школы, поступающие в вуз, не всегда обладают устойчивыми навыками рациональной мыслительной деятельности, необходимыми для успешного овладения изучаемым материалом. Контроль проводился нами в виде тестовых заданий и графической работы. Выполнение тестовых заданий подразумевало определение уровня овладения графическими знаниями. С помощью контрольной работы выявлялась сформированность базовых графических умений и навыков. В опросе участвовало более 800 респондентов. Результаты анализа исходного уровня графической подготовки студентов приведены на рис. 1.
Приходится констатировать, что уровень подготовки первокурсников к изучению графических дисциплин находится на грани среднего и низкого. Это говорит о низком качестве преподавания учебного предмета в школе.
Рис. 1. Уровни теоретической и практической подготовки студентов первого курса по черчению
Поэтому одной из главных педагогических задач преподавания инженерно-графических дисциплин становится обучение студентов таким приемам мыслительной деятельности и самостоятельной работы, которые в наибольшей степени отвечали бы особенностям их будущей профессии.
Развитию такого мышления способствует применение метода алгоритмизации в обучении [1, 2]. Всякий мыслительный процесс состоит из ряда умственных операций. Психологи подчеркивают, что для эффективного обучения эти операции надо выявить и специально им обучать. Это также необходимо, как и обучение самим правилам выполнения той или иной учебной деятельности. Без овладения операционной стороной мышления знание правил оказывается бесполезным, ибо ученик не в состоянии их применить [6].
Подобная форма представления учебного материала и организации учебной деятельности обучаемых хорошо себя зарекомендовала при изучении всех разделов начертательной геометрии и инженерной графики, способствуя лучшему пониманию материала, его осмыслению и запоминанию на основе структурно-логических связей. Эта форма оказывается перспективной еще и потому, что наилучшим способом отражает характерные особенности инженерного мышления.
Понятие алгоритма возникло в математике и стало одним из важнейших понятий информатики. В теорию и практику обучения понятие алгоритма вошло в конце 50-х гг. в связи с развитием программированного обучения и применением ЭВМ.
Участие человека в процессе обучения накладывает ряд ограничений на использование алгоритмов. При создании алгоритма для ЭВМ составителю точно известен набор доступных операций. Возможности человека определяются различными индивидуальными факторами: предыдущим приобретённым опытом, творческими способностями и другими, которые полностью учесть практически невозможно. Поэтому алгоритмы иногда, называют предписаниями алгоритмического типа. Возможность решения задач с помощью таких предписаний носит вероятностный характер и зависит от целого ряда индивидуальных особенностей исполнителя (его интеллектуального уровня, внимания, эмоционального состояния и др.) [6].
Таким образом, под алгоритмом понимают точное, общепонятное предписание определенной последовательности интеллектуальных операций, необходимых и достаточных для решения любой из задач, принадлежащих к некоторому классу (типу) [5].
Согласно теории В.П.Беспалько, основными свойствами алгоритма являются: определенность (простота и однозначность операций); массовость (приложимость к целому классу задач); результативность (обязательное подведение к ответу); дискретность (членение на элементарные шаги) [4].
Не всякое предписание о выполнении операций будет являться алгоритмом. Неалгоритмические методы, в отличие от алгоритмических, детерминируют действия решающего (например, студента) неоднозначно, или не полностью. На каком-то этапе может возникать неопределенность, требующая самостоятельного принятия решения; у разных людей неоднозначность может вызвать разные действия.
Например, для решения задачи студентам предлагается следующее предписание:
1. Внимательно прочтите и проанализируйте условие.
2. Подумайте, как могут быть связаны между собой исходные данные.
3. Сделайте выводы для поиска решения.
Это не алгоритм, т.к. операции не элементарны и не однозначны. Чтобы это предписание превратить в алгоритм, надо каждое из указаний расчленить на такие простые, элементарные указания, которые студент будет знать как выполнить, и сумеет выполнить. Только тогда предписание сможет обеспечить нужные действия и, тем самым, вызвать такой мыслительный процесс, который наверняка обеспечит решение задачи.
Не полностью детерминированные действия требуют самостоятельного решения. Поэтому самостоятельная деятельность - это деятельность, не детерминированная предписаниями или детерминированная не полностью. Степень недетерминированности действий предписаниям может быть в разных случаях разной. В зависимости от этого самостоятельной или творческой будет какая-то часть процесса.
В процессе обучения решению задач необходимо разрабатывать и использовать также и неалгоритмические методы, потому что для многих задач нельзя заранее предусмотреть все условия и операции, которые будут использованы для решения.
Критерий элементарности операций является относительным, т. к. для разных людей на разных уровнях их подготовки одна и та же операция может быть элементарной и неэлементарной. Таким образом, понятие алгоритмизации (алгоритмического предписания) не является таким же строгим, как понятие алгоритма.
Соглашаясь с мнением ряда исследователей [3, 5, 6], под методом алгоритмизации мы будем понимать обусловленную принципами обучения систему регулятивных правил организации преподавателем процесса усвоения новых знаний и способов действий (включая усвоение алгоритмов) путем предписаний и показа алгоритмов выполнения заданий.
Применяя алгоритмический метод обучения, преподаватель имеет возможность показать студентам готовые образцы действий, он дает предписания, учит их алгоритмам действий, учит самостоятельно составлять их, формирует умения и навыки практической исполнительской деятельности (самостоятельное ее планирование, коррекция, контроль, разработка алгоритмов). На основе этого метода формируются индивидуальные способности усвоения новых графических знаний и овладения графическими умениями.
Например, при выполнении лабораторных работ можно предложить такой план деятельности: 1. Какова цель предстоящей работы? Какое новое знание усвоить, каким способом овладеть, какое умение выработать? 2. Что нужно определить в работе? и др.
Для построения алгоритма необходимо проанализировать содержание и цели обучения, деятельность студентов по его усвоению, деятельность преподавателя по организации этого усвоения. Построенный алгоритм обучения должен быть осуществим не только теоретически, но и практически, учитывать возрастные и индивидуальные особенности студентов.
При изучении раздела проекционного черчения нами были созданы алгоритмы - предписания, которые позволили студентам самостоятельно выполнять и проверять выполненную работу. Для этого процесс выполнения чертежа расчленялся на элементарные операции, выполняемые в определенной последовательности. Такой алгоритм может быть пригоден для выполнения любого варианта задания по изучаемой теме. Краткая блок-схема общего алгоритма решения задач проекционного черчения приведена на рис. 2. Это ветвящийся алгоритм, так как в зависимости от конкретного условия задачи он дополняется другими алгоритмами частного порядка, определяющими, например, построение линии среза, линии пересечения двух поверхностей, выполнения разрезов и т. п. (Для простоты они не приведены на рис. 2).
На рис. 3 показана последовательность выполнения чертежа модели, основанная на применении общего алгоритма. Как видно, задача по выполнению чертежа модели распадается на несколько укрупненных этапов. Первый из них связан с геометрическим анализом модели и выполнением предварительного наброска трех видов чертежа с разрезами на основании выделяемых внешних геометрических форм. Второй этап связан с точным построением линий пересечения внутренних и внешних геометрических форм, с уточнением изображения внутренних форм на чертеже. Наконец, третий этап связан с окончательным завершением чертежа, уточнением элементов модели и линий пересечения поверхностей.
Подобный подход к выполнению чертежей при изучении проекционного черчения дисциплинирует мышление студентов, помогает развитию приемов мысленного анализа и синтеза геометрических объектов, установления связи между ними на чертеже, облегчает и ускоряет в дальнейшем их работу.
Следует отметить, что алгоритмический метод используется преподавателями кафедры «Начертательная геометрия и графика» БГТУ при проведении всех видов занятий по курсу начертательной геометрии и инженерной графики. На лекциях, например, отдельные положения излагаются в виде алгоритмических предписаний (например, способы решения типо-
вых задач). При этом для краткости записи вводятся обозначения, применяемые в алгебраической теории множеств. На практических занятиях алгоритмический метод реализуется при решении конкретных задач, при выполнении расчетно-графических заданий и графических работ по инженерной графике. Положительно зарекомендовал себя опыт составления планов решения задач и алгоритмов выполнения графических заданий самими студент
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.