Лабораторные работы, их роль в учебном процессе и особенности проектирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лабораторные работы, их роль в учебном процессе и особенности проектирования

Лабораторные работы играют большую роль в учебном процессе по многим фундаментальным, общеинженерным и специальным дисциплинам, которые изучаются в высших и средних у4чебных заведениях. Они являются одной из форм учебных занятий и одним из практических методов обучения, в котором учебные цели достигаются при постановке и проведении учащимися экспериментов, опытов, исследований с использованием специального оборудования, приборов, измерительных инструментов и других технических приспособлений [1,2]. На лабораторных занятиях учащиеся воспринимают, наблюдают, исследуют явления природы, технические и другие процессы, изучают объекты техники, устройство и принцип действия измерительной аппаратуры, методику измерений [3].

Проведенное нами анкетирование среди преподавателей средних и высших учебных заведений показало. Что более 90% из них сталкиваются с проблемой постановки лабораторных работ, разработки методических материалов по их постановке и проведению. Более 60% опрошенных испытывают при этом трудности методического характера в связи с тем, что в педагогической литературе этим вопросам уделено очень мало внимания. В связи с этим в данной статье сделана попытка восполнить этот пробел, систематизировать и восполнить сведения о структуре и особенностях проектирования лабораторных работ.

Выполнение лабораторных работ необходимо для достижения образовательных целей на уровне специальности, а также дидактических и развивающих целей учебных дисциплин и их составляющих.

Так, они обеспечивают связь теории с практикой, развивают самостоятельность и способность к постановке и проведению экспериментов, пониманию и интерпретации фактов, к анализу явлений и синтезу, к оценке полученной информации, применению знаний на практике. На уровне учебных дисциплин лабораторные работы обеспечивают знакомство с оборудованием, приборами, средствами измерения, с методикой исследования, пополняя знания фактами, они позволяют определить и проверить теоретические зависимости.

В зависимости от задач, решаемых на лабораторных занятиях, различают ознакомительные, экспериментальные и проблемно-поисковые лабораторные работы.

В ознакомительных лабораторных работах проводится изучение конструктивных особенностей, устройство средств производственной деятельности (оборудования, инструментов приспособлений и т.д.) и средств исследовательской деятельности (испытательных установок, приборов и т.д.), а также их наладка и настройка.

Экспериментальные лабораторные работы включают экспериментальные и исследовательские задания Это могут быть задания по изучению и отработке методики проведения различных исследований (например, методики определения ударной вязкости при изучении сопротивления материалов), по конструированию, переконструированию и доконструированию различных схем и приспособлений (например, составление электрических схем для измерения свойств объектов, изменение конструкции зубчатой передачи для достижения вариаций передаточного числа, по исследованию влияния различных факторов на свойства объектов, по определению степени соответствия экспериментальных и расчетных данных, по проверке, иллюстрации, подтверждению законов, закономерностей и т.д.

Проблемно-поисковые работы также включают постановку и проведение экспериментов. Отличаются они только степенью проблемности экспериментальных задач. При этом речь идет об уровнях проблемности этих задач для учащихся: новизне объектов, условий, в которых проводится эксперимент по сравнению с известными ранее. К эитой группе лабораторных работ относятся и работы по проверке различных гипотез учебного и научного уровня проблемности.

На основе деятельностного подхода к анализу лабораторных работ в их структуре выделяют такие этапы:

вводно-мотивационный,

операционно-познавательный,

контрольно-оценочный,

заключительный [4].

Вводно-мотивационный этап включает определение и сообщение темы лабораторной работы, формирование ее дидактической и развивающей цели и мотивацию цели.

Центральным звеном лабораторной работы является операционно-познавательный. Именно он включает подготовку к выполнению практических заданий и выполнение их. При подготовке к занятию преподаватель формирует перечень практических задач и заданий, формирует перечень и проектирует методику актуализации опорных знаний и способов деятельности, проектирует методику формирования ориентировочной основы деятельности (ООД) и организацию проведения лабораторной работы. При проведении занятия на этом этапе сообщается перечень задач и заданий учащимся, актуализируются опорные знания и способы действий, формируется ООД, организуется исполнение дидактического проекта данного этапа работы, выполнение учащимися лабораторных заданий.

На этапе контроля и оценки учащиеся проводят обработку экспериментальных данных и результатов выполнения лабораторных задач, формулируют выводы, а также оценивают степень достижения целей работы.

Заключительный этап включает оформление отчета и сдачу работы преподавателю [5].

Каждый из этапов лабораторной работы имеет свои особенности в проектировании, организации и проведении. Рассмотрим их более подробно.

Вводно-мотивационный этап.

Выбор и формулировка тем лабораторных работ.

Тематика лабораторных работ определяется учебной программой по дисциплине, конкретизируется для каждой специальности в рабочей программе по дисциплинам в зависимости от специфики и направления подготовки специалистов, часов, выделенных для лабораторного практикума в учебном плане и наличия необходимой лабораторной базы. При этом, в первую очередь планируют проведение лабораторных работ, наиболее значимых для профессиональной подготовки и формирования практических способов деятельности.

Формулировка названия лабораторной работы должна включать необходимые компоненты структуры основной задачи, решаемой на занятии, и указания на характер действий учащихся по отношению к этой задаче. Действия учащихся обычно указываются такими терминами, как изучение, конструирование, определение и т.д. Компонентами структуры основной задачи являются:

-объект - та часть материального мира, процесса, явления, на которую направлена деятельность учащегося при выполнении лабораторной работы;

-предмет - та сторона объекта, которая изучается или исследуется;

-процедура - характер, вид, способ воздействия на объект с целью получения результата [6]. При этом объект, предмет или процедура должны быть новыми для учащихся.

Формулировка цели лабораторной работы.

Цель - это сознательный образ ожидаемого результата [7], указатель будущего состояния системы (объекта), к которому она стремится [8].Поскольку лабораторные работы представляют собой одну из форм учебных занятий, их целью является изменение личности учащегося. В когнитивной области структуры личности учащихся эти изменения могут быть охарактеризованы эталонами учебных действий с указанием уровня их сформированности в соответствии с таксономией целей, предложенной Б.Блумом [9] или так, как это предложено в [10]:

ОИИ - выполнять действия с опорой на внешний источник информации (схемы, алгоритмы, инструкции, указания и т.д.);

С - выполнять действия самостоятельно, с опорой на усвоенные ранее знания и способы действия;

СА - выполнять автоматизированные действия, то есть действия на основе прочно сформированных автоматизированных навыков.

Нередко цели лабораторных работ преподаватели формулируют через действия педагога (сформировать, развить, обеспечить...)или через цели выполнения эксперимента (определить магнитную проницаемость..., измерить твердость стали...). Однако такие формулировки не дают возможности оценить, достигнута ли главная цель - изменение в личности учащегося, сформирована ли его способность выполнять те или иные практические действия...Постановка цели должна обеспечить возможность диагностики достижения целей занятия. Например, цель лабораторной работы по изучению методов измерения твердости металлических материалов является формирование способности учащихся измерять твердость таких материалов. Доказательством достижения этой цели будут служить умения самостоятельно и правильно выбирать метод измерения твердости, выполнять такие измерения и оценивать точность, с которой определена твердость.

Мотивация цели лабораторных работ чаще всего проводится путем раскрытия практического, профессионального значения результат лабораторной работы, обеспечения интереса к теме, организации соревновательности при выполнении заданий и т.д. Например: освоив методику измерения твердости металлических материалов, Вы сможете применить ее Для контроля термической обработки изделий.

Операционно-познавательный этап.

Формирование перечня практических учебных задач лабораторной работы.

Средством достижения дидактической цели лабораторной работы являются практические задачи, решаемые на занятиях и выполняемые в определенных условиях и определенными методами. Они являются этапами достижения целей всей лабораторной работы и формируются в результате декомпозиции общей задачи исследования, определяя план действий по ее решению.

Компонентами структуры задач являются: предмет - задача, находящаяся в исходном состоянии, продукт - модель требуемого (конечного) состояния предмета, то есть требования задачи, процедура, приводящая к изменению предмета задачи, то есть средства, способы и методы достижения конечного состояния предмета задачи [11].Эта процедура может быть указана учащимся, в этом случае их действия приобретают репродуктивный характер. Если же процедура им не известна или определена лишь в общем виде, деятельность учащихся по решению задачи приобретает черты творчества. Представленный таким образом перечень задач лабораторной работы позволяет составить план выполнения операционно-познавательного этапа лабораторной работы. Следует указать, что составленный таким образом план может быть реализован в случае, если имеется в наличии материальное обеспечение лабораторной работы. В противном случае его приходится корректировать с учетом особенностей материальной базы .

Актуализация опорных знаний и способов деятельности.

Основные теоретические положения, актуализация которых необходима для выполнения практических задач лабораторной работы, обычно составляют раздел методических указаний к лабораторной работе, называемый «Основные теоретические положения», в виде текста и ссылок на рекомендуемые литературные источники. Текст чаще всего составляется путем перечисления, определения и пояснения основных содержательных элементов, знания которых необходимы для выполнения практических задач .Этот раздел учащиеся могут осваивать на занятии или при подготовке к нему. В любом случае для допуска учащихся к выполнению практической части работы следует провести проверку усвоения опорного материала, уделив особое внимание вопросам техники безопасности. В лабораторных работах ознакомительного характера описание опорного материала зачастую входит в состав ориентировочной основы деятельности в виде описания объектов деятельности: натурных образцов, схем, оборудования, приборов и т.д.

Планирование проведения лабораторной работы требует учета ее типа (ознакомительная или экспериментальная), а разработка плана эксперимента - выбора его типа6 традиционный или факторный. При традиционном планировании изменяется лишь одна независимая переменная, при факторном плане их может быть две и больше.

Формирование ООД. Любое действие, в том числе действия учащихся по выполнению лабораторной работы, включает ориентировочную, исполнительную и контрольно-корректировочную части. Ориентировочная часть действия направлена на правильное и рациональное построение исполнительной части или выбор одного из возможных вариантов исполнения. Содержание ООД может быть различным и отличаться как полнотой определения условий выполнения действия, так и обобщенностью и способом получения. Полнота ООД характеризуется наличием или недостатком компонентов в ее структуре [12], таких как:

объект преобразования или исходный материал для деятельности (проблемы, задания, заготовки, материалы, компоненты схем и т.д.),

образ конечного продукта или представление о результатах действий (описание закономерности, численного результата, модели, схемы, образца, изделия и т.д.),

средства деятельности (справочники, таблицы, приборы, инструменты, а также знания, необходимых законов, фактов, способов преобразования, владение методами и способами выполнения действий в умственной и материальной форме),

технология деятельности ( алгоритм действия, расчетная формула, показ или описание последовательности выполнения операций в виде инструкции, технологической карты и т.д.).

В методических указаниях к лабораторной работе ООД может быть разных типов: :полной или неполной, в конкретном или общем виде.

Исполнительная деятельность учащихся по выполнению лабораторного задания.

Структура операционной части и исполнительные действия учащихся в ознакомительных лабораторных работах чаще всего включают такие действия, как наблюдение, эскизирование, зарисовка схем, запись алгоритма действия, сборка схем, регулирование и наладка механизмов и т.д. В результате выполнения этих лабораторных работ учащиеся должны демонстрировать такие действия, как: назвать и указать на образце или схеме отдельные конструктивные блоки и объяснить их функциональное назначение, перечислить конструктивные особенности устройства прибора, объяснить характер и указать сферу их использования, зарисовать схему установки или прибора и обозначить отдельные элементы, разобрать или собрать установку, измерительную схему, произвести регулировку или настройку прибора, станка и т.д.

Особым видом лабораторных работ являются те, центральной частью которых является проведение лабораторных учебных экспериментов (экспериментальные работы).По характеру задач, решаемых при выполнении таких лабораторных работ их можно разделить на два вида: работы по освоению методики измерения различных характеристик и работы по изучению поведения, характеристик объектов, измерению этих характеристик в зависимости от условий эксперимента. В последних методы измерения служат основой, базовыми операциями, которые используются учащимися при проведении исследований.

В результате выполнения экспериментальных лабораторных работ по освоению методики измерений учащиеся должны демонстрировать такие умения, как: определять характеристики объектов и измерять их предусмотренными методами с требуемым качеством, использовать методы определения свойств объектов и измерение их характеристик для выполнения экспериментальных заданий, оценивать точность выполненных измерений и характер их интерпретации и т.д. При очевидности вспомогательной функции таких лабораторных работ им следует уделять должное внимание. Не освоив методов исследования и измерения характеристик объектов, учащиеся не смогут выполнить лабораторные задания по изучению зависимостей, определению влияния различных факторов, так как результаты исследований могут оказаться недостоверными. При выполнении лабораторных работ по освоению методики измерений следует уделять большое внимание отработке методов оценки точности измерений, учету систематических и случайных погрешностей доверительного интервала, возможностей и границ использования отдельных методов и оборудования.

Экспериментальные работы второго вида требуют разработки плана проведения эксперимента и выбора типа алгоритма его выполнения. При этом в зависимости от характера дидактической задачи, могут использоваться разные типы алгоритмов:

алгоритм воспроизведения. Практическая лабораторная задача решается в строгом соответствии с системой правил, следуя которым учащиеся в определенном порядке воспроизводят те или иные операции (регламентированная последовательность действий);

алгоритм распознавания. Словесное описание последовательности действий заменяют чертежом, фотографией, в соответствии с которыми требуется собрать схему, механизм. При этом учащиеся из несистематизированного набора деталей, узлов должны распознать те, которые подходят для данной конструкции, увидеть за условными обозначениями чертежа различные детали, элементы схем, отобразить их и сконструировать механизм, схему;

проблемный алгоритм. Это система общепринятых правил и операций, выполняя которые в определенной последовательности учащиеся выполняют поисковую и исследовательскую деятельность, направленную на разрешение проблемной ситуации [13].

В зависимости от типа предложенного учащимся алгоритма их исполнительные действия существенно отличаются. Если в лабораторных работах ознакомительного характера чаще всего используют алгоритмы распознавания, то в экспериментальных работах по изучению методики, приемов выполнения действий - алгоритмы воспроизведения. В исследовательских лабораторных работах наряду с алгоритмами воспроизведения используют проблемные алгоритмы.

Организация выполнения лабораторных работ. может отличаться в зависимости от формы их проведения: фронтальной, цикловой, индивидуальной [13,14]. Различия в форме организации лабораторных работ определяют особенности их подготовки и методики проведения: с организацией индивидуальной или групповой деятельности учащихся. В последнем случае необходимо продумать целесообразность принципов организации группы ( цепочка, сеть, звезда [15] и методику распределения ролей в группе, в том числе --выделение лидера [16].

Организация лабораторной работы включает также подготовку материальной базы: предметов и средств учебной деятельности. К ним относятся материалы, заготовки, детали, инструменты, приспособления, измерительные средства, испытательные установки, оборудование и т.д. Этот перечень с указанием характеристик и необходимого количества предметов обязательно приводится в методических указаниях в разделе «Организация лабораторной работы».

Контрольно-оценочный этап лабораторных работ.

Целью этого этапа лабораторных работ является обработка, анализ и оценка результатов выполнения заданий и формулирование выводов. В методических указаниях по этому разделу следует указать требуемую форму представления результатов (описание, таблицы, графики, зависимости), а также, при необходимости, конкретизировать эти требования в той или иной степени: представить заголовки таблиц, графиков, формулировки выводов с пропуском ключевых слов и т.д. очень важно обратить внимание учащихся на необходимость сопоставления выводов с поставленными целями и задачами лабораторной работы для оценки достигнутого результата.

В заключительной части методических указаний к лабораторной работе формулируются требования к содержанию и оформлению отчета и критерии оценки результатов выполнения работы учащимися. Как правило в отчете требуется привести:

точное название темы лабораторной работы,

формулировку целей и задач,

протокол испытаний (если они предусмотрены) или протокол хода выполнения заданий,

таблицы и графики, полученные зависимости,

формулировку выводов,

оценку результатов (степени соответствия результата цели).

Описанная методика проектирования и подготовки лабораторных работ позволит обратить внимание преподавателей на особенности этой формы учебных занятий, конкретизировать требования, предъявляемые к структуре и содержанию методических указаний по их выполнению и облегчить выполнение лабораторных работ студентам за счет унификации их структуры и требований в разных учебных заведениях, на разных кафедрах и по разным учебным дисциплинам.

обучение лабораторный эксперимент

Литература

1. Психолого-педагогический словарь для учителей и руководителей общеобразовательных учреждений. -Ростов-на-Дону: «Феникс»,1998г.-554с.

2.Фіцула М.М.Навчальний посібник для студентів вищих педагогічних закладів освіти. - Тернопіль: 2Навчальна книга - Богдан», 1997р.-192с.

3.Арыдин В.М., Атанов Г.А. Учебная деятельность студентов / Справочное пособие для абитурьентов, студентов, молодых преподавателей /.-Донецк:ЕАЧ-пресс,2000г.-80с.

4.Чернилевский Д.В. Технологи обучения в средней специальной школе /Учебное пособие для студентов педагогических учебных заведений /.-К :ВШ,1990г.-198с.

Размещено на Allbest.ru