Політехнічний аналіз навчального матеріалу

Вже на початку XIX ст. були спроби узагальнити досвід у галузі технології обробки матеріалів порівнянням різних способів, що застосовуються в промисловості. Пізнанню у процесі порівняння надавали надзвичайно великого значення такі видатні педагоги, як Ян Амос Коменський, К.Д. Ушинський та ін. Можливо, врахувавши все це, проф.С.М. Шабалов запропонував порівняльно-політехнічний аналіз основ виробництва, суть якого він розкриває так: "Нескінченна кількість конкретних явищ у виробництві береться не тільки в їх специфіці, й порівнюється, зіставляється, групується та узагальнюється на основі тих наукових принципів, які виводяться наукою з практики, з дійсності, як об'єктивно властиве цій дійсності".

Рекомендації щодо порівняння технічних об'єктів та явищ, що вивчаються, можна зустріти і в інших літературних джерелах.

Розглянемо деякі методичні прийоми політехнічного аналізу навчального матеріалу:

Політехнічний аналіз матеріалів. Як відомо, на заняттях у навчальній майстерні школярі набувають знань та вмінь про властивості й сортимент найпоширеніших у народному господарстві матеріалів (металів, деревини й пластичних мас).

Про основні породи деревини п'ятикласники дізнаються з вивчення відповідної теми. Передбачається проробити матеріал про деякі породи деревини - сосни, ялини, берези, дуба й липи, їх практичне застосування, навчитись визначати розташування волокон. Маючи такі відомості, школярі можуть приступити до безпосередньої обробки деревини. Але постає питання: чи всяка методика навчального процесу надає знанням учнів політехнічного характеру? Безперечно, ні. Навчальний матеріал можна викладати так, що кожна порода вивчатиметься поза будь-яким зв'язком з іншими породами, без порівняння з ними.

Звичайно, учні набувають і в даному разі знань та практичних навичок відповідно до програми. Проте це не сприятиме виробленню умінь застосовувати набуті знання в нових умовах, зокрема, коли виникне потреба обробити незнайомі їм породи деревини.

Ефективнішою є така будова навчального процесу, коли породи деревини порівнюють між собою, учні самостійно визначають галузь практичного застосування тієї чи іншої породи. Завдяки цьому вони зможуть у разі потреби вибрати породу деревини залежно від технічних умов, призначення деталі тощо, тобто розв'язувати ті виробничі завдання, що їх розв'язують робітники на підприємствах. Загальні відомості про деревину поглиблюються при вивченні лісоматеріалів. Тут теж треба подавати матеріал так, щоб учні, ознайомившись з процесом заготівлі і сушіння окремих порід, мали уявлення про такі процеси і щодо будь-яких інших порід.

Вивчаючи операції обробки (пиляння, остаточна обробка тощо), учні бачать що зміст трудових операцій та інструмент, який при цьому застосовується, часто визначаються властивостями деревини. Наприклад, зуби пилка вибирають залежно від того, як виконуватиметься пиляння: вздовж чи впоперек волокон; враховуючи величину припуску, вибирають тип рубанка і т.д. А тому особливості обробки, зумовлені властивостями певної породи деревини, учні повинні добре усвідомлювати, а не сприймати як рецептурні відомості. Годі вони намагатимуться визначити властивості породи і, на основі набутого досвіду, зможуть розв'язати питання про її обробку. Отже, діти не розгублюватимуться, якщо їм доведеться обробляти незнайомі породи деревини.

Ознайомлення з металами та їх властивостями починається при вивченні листового металу і дроту. Виклад найдоцільніше почати, як показує практика, з порівняння технологічних властивостей металів і деревини. Під час вивчення кольорових металів і сплавів (алюмінію, латуні) треба звернути увагу на те, що за своїми механічними властивостями вони проміжні між деревиною і чорними металами.

Пізніше учні дізнаються про основні властивості чавуну й сталі, дістають деякі відомості про пластичні маси. Перехід до цього навчального матеріалу повинен також будуватися на порівнянні властивостей чавуну і сталі, з одного боку, і кольорових металів та деревини - з другого. Учні переконаються що технологічний процес обробки металів у багатьох випадках визначається їх властивостями. Так, залежно від міцності металу застосовують напилок з одинарною або двійчастою насічкою, різні охолодні рідини під час свердління тощо.

Політехнічний аналіз матеріалів має показати учням вплив економічного фактора на підбір їх, оскільки без цього неможливо зрозуміти суть багатьох технічних об'єктів і явищ. Дуже переконливими є такі приклади, як застосування біметалів, заміна кольорових металів чавунами, металів - пластичними масами і т.д.

Політехнічний аналіз різальних інструментів

Порівняння конструкцій різних інструментів, які застосовуються для обробки матеріалів різанням, показує, що різальна частина кожного з них має вигляд клина. Властивості клина учні вивчають лише в старших класах в курсі фізики. Тому на заняттях у навчальній майстерні ще не можна повністю розкрити наукову основу принципу дії різальних інструментів. Однак, незважаючи на це, вже на перших практичних заняттях треба систематизувати досвід учнів, щоб потім на основі цього вони могли краще засвоїти поняття про клин. Ознайомлюючись з лучковими пилами, ножівками, різними видами рубанків, напилками, свердлами, долотами, стамесками тощо, учні самі доходять висновку, що різальна частина будь-якого інструмента має вигляд клина. Далі вони вже на основі практичного досвіду легко поповнюють свої знання відомостями про такі інструменти, як, наприклад, фрези. Учні бачать у фрезах видозмінений клин і розуміють, що така їх форма дає можливість підвищити продуктивність праці, поліпшити якість обробки деталей.

Щоб результати політехнічного аналізу були ефективні, треба показати учням.

не тільки спільне в конструкціях металорізальних інструментів, а й пояснювати що в них відмінне і чим воно спричинене Коли школярі побачать па конкретних прикладах, як впливає на геометрію й конструкцію інструмента зміна умов роботи (підвищення або зниження твердості оброблюваного матеріалу, зміна вимог до якості обробки, режиму різання тощо), то вони краще розумітимуть, у чому треба шукати пояснення особливостей конструкції досі незнайомого їм інструмента.

Політехнічний аналіз механізмів і машин

З механізмами й машинами учні ознайомлюються на прикладах устаткування для обробки різанням деревини і металів. Уперше вони бачать деревообробні й металорізальні верстати під час екскурсій. Мета цих екскурсій – набуття учнями

деяких відомостей про роботу дискових і стрічкових пилок, стругальних верстатів по дереву, про обробку листового металу в майстерні або в ремонтному цеху.

Безперечно, учні ще не підготовлені до розгляду верстати як машини Тому ознайомлення їх з верстатами повинно мати суто описовий характер. Проте вже тоді треба дбати, щоб учні набували знань, на основі яких формуватиметься поняття "машина". Для цього треба вказати на окремі особливості деревообробних і металорізальних верстатів, характерних для будь-якої машини продуктивність праці і полегшення трудовою процесу.

У наступному учні ознайомлюються з пилянням деревини на лісопильних рамах, з будовою свердлильних верстатів, а також обробляють на останніх деревину й метали. Тут відповідно до програми починається якісно новий етап вивчення механізмів машин. Учні переходять від пасивного спостереження до безпосередньої роботи, на свердлильному верстаті, дізнаються, з яких частин він складається, набувають умінь і навичок керувати ним, виконувати основні операції, щоправда, верстат ще не розглядається як машина.

У подальшому програма передбачає ознайомлення учнів з найпростішим токарним верстатом для обробки деревним, а також удосконалення набутих умінь і навичок обробки металів на свердлильному верстаті.

Нарешті металорізальні верстати розглядають як машини. Для цього є всі передумови: учні мають достатній практичний досвід і набули теоретичних знань з курсу фізики, необхідних для осмислювання його. Отже, вони підготовлені до усвідомлення поняття "машина", процес формування якого починається на прикладі токарного верстата, потім - фрезерного і шліфувального та іншого устаткування для обробки матеріалів різанням взагалі.

Вивчення будови й принципу дії машини має в даному разі велике політехнічне значення. Адже, по-перше, принцип дії будь-якої машини, що обробляє матеріали зняттям стружки, ґрунтується на використанні явища додавання рухів. Це дає учням можливість застосовувати набуті знання і вміння при самостійному вивченні ще не відомих їм машин. По-друге, обізнаність з будовою токарного верстата дає можливість сформувати в учнів певне уявлення про будову не тільки деревообробного й металорізального устаткування, а й деяких інших машин, які складаються в основному з тих самих деталей і механізмів, в яких передача рухів здійснюється з допомогою тих самих конструктивних варіантів.

Під час вивчення будови токарного верстата треба показати учням, що всі його деталі щодо призначення можна поділити на дві великі групи: загальні і спеціальні. Деталі загального призначення можна побачити в різних машинах. Це слід пояснити учням на прикладі таких машин, як автомобіль, літак, підйомний кран та ін. Деталі спеціального призначення - такі, що зустрічаються лише в окремих машинах. Це також можна проілюструвати загальними прикладами. Учні знатимуть, що будова багатьох машин має багато спільного з металорізальним верстатом, і пізніше, самостійно вивчаючи різні види металорізального устаткування, зможуть успішно використати свої знання про будову свердлильного, токарного, фрезерного й шліфувального верстатів.

Політехнічний аналіз технологічних операцій і процесів

Наукова основа процесу різання не залежить від конкретної операції і навіть від оброблюваного матеріалу. Вчитель має щоразу підкреслювати, що процес стружкоутворення відбувається завжди однаково. Тоді учням буде зрозуміло, чому обробка різних матеріалів зняттям стружки супроводжується однаковими явищами: тепловиділенням, тертям, спрацюванням різальних інструментів.

Вивчення зазначених явищ сприяє розкриттю фізичної суті процесу різання, з'ясуванню його наукової основи і, отже, розширенню політехнічного кругозору школярів. Стає очевидним, що поділ технологічного процесу на окремі операції не є результатом прагнення розмежувати різновидності обробки металів зняттям стружки на основі їх фізичної суті - цього вимагало життя. В ті часи, коли технологічний процес не мав поділу, предмет, як відомо, від початку до кінця виготовлявся одним робітником. Професійна підготовка тоді здійснювалася за так званою речовою системою, внаслідок чого технічний кругозір працюючих був дуже обмежений. Робітник вважав себе спеціалістом по виготовленню лише кількох предметів. Він не замислювався над тим, що набуті ним практичні знання дають можливість виготовляти інші предмети, якщо виконання операцій передбачає ступінь точності, який відповідає його умінням.

Аналіз технологічних процесів показує, що виробництво найрізноманітнішої продукції складається в основному з однакових операцій і відрізняється лише послідовністю й точністю їх виконання.

Отже, оцінюючи кваліфікацію робітника, слід звертати увагу передусім на те, які саме трудові прийоми і наскільки досконало він опанував. Усвідомлення цього самим робітником сприятиме розширенню його технічного кругозору, кращому розумінню загальних основ технологічного процесу. Інакше кажучи, підхід робітника до технології виготовлення виробу буде політехнічним.

Заняття в навчальних майстернях проводяться за операційно-предметною системою. Це дає можливість усвідомити, що застосування трудових умінь і навичок, яких учні набули, виробляючи певні речі, є основою для виготовлення будь-якого іншого предмета. Перед початком вивчення кожної нової операції (або виду роботи) потрібно звертати увагу учнів на те, що, хоч вони застосовуватимуть цю операцію, виготовляючи кілька конкретних предметів, взагалі ж вона має значно щирте застосування. Доцільно порадити школярам самостійно назвати деталі, виготовлення яких зв'язане з даною операцією. У класі, де вивчення обробки деревини і металів з допомогою ручних інструментів закінчується, необхідно провести спеціальну бесіду й запропонувати учням перелічити всі предмети, виготовляючи які, вони виконували певну операцію (рубання, пиляння, обпилювання, різання та ін.).

Рекомендована методика аналізу технологічного процесу виготовлення виробів дасть можливість забезпечити політехнічний підхід до вивчення операцій обробки в межах кожної професії. Не менш важливо, з погляду завдань політехнічного навчання, показати наступність трудових прийомів (операцій) щодо різних професій. Однією з найхарактерніших рис сучасного промислового виробництва є швидка зміна знарядь праці, поява нових машин і в зв'язку з цим нових професій. Тепер робітник повинен при потребі оволодівати суміжними спеціальностями, тим більше, що в ряді випадків, між професіями існує наступність, особливо в обробці деревини й металів різанням. Учитель має вказати учням на це, привчати їх використовувати свої теоретичні й практичні знання при опануванні нових трудових прийомів.

Коли спостерігається наступність в операціях обробки деревини й металів (в розмічуванні, пилянні деревини і різанні металів ножівкою, струганні деревини і обпилюванні металів, довбанні деревини та рубанні металів, свердлінні деревини й металів, обробці деревини й металів на токарних верстатах)?

З'ясовуючи ці питання, важливо запобігти неправильному уявленню, яке може виникнути в учнів, ніби наступність означає, що, навчившись пиляти деревину, вони тим самим можуть вважати себе повністю підготовленими до різання ножівкою. Очевидно, навички робочої пози, тримання інструмента, вміння напрямляти ножівку по лінії розмічування, балансувати зусилля рук при користуванні ножівкою, вироблені під час обробки деревини, можна цілком перенести на різання ножівкою металів. Але обробка металів має свої особливості. Так, натискувати руками ножівку слід сильніше; ще уважніше стежити за тим, щоб і не було перекосів полотна ножівки, бо часті перекоси можуть спричинити її поломку. Для зменшення тертя полотно ножівки під час різання металів змащують густим графітним мастилом.

Те саме можна сказати і про інші операції. Наприклад, для розмічування деревини й металів використовуються однакові геометричні побудови, аналогічні інструменти. Однак перед розмічуванням металів їх поверхню вкривають крейдою або розчином мідного купоросу і лінії розмітки накреслюють.

Стругання деревини підготовляє учнів до обпилювання металів. Тут - та сама робоча поза, подібні прийоми тримання інструмента і рух рук. Проте під час обпилювання металів умови роботи порівняно з струганням деревини ускладнюються, бо площа дотику інструмента з деталлю значно менша, а тому важче зберегти прямолінійність його руху.

Довбання деревини передбачає, як і під час рубання металів, виконання тих самих прийомів тримання інструмента, ударів молотком, але, обробляючи метали, ударяти треба дужче.

Деревину й метали свердлять на однаковому устаткуванні, але з різними режимами різання. Тому учні повністю використовують свої вміння закріплювати деталь і керувати верстатом, набуті в процесі обробки деревини та при свердлінні металів. Те саме відбувається під час обробки матеріалів на токарних верстатах, оскільки система керування ними подібна.

Металорізальні верстати з цього погляду складніші. Переміщення інструментів тут здійснюється не тільки вручну, а й від електропривода; шпиндель і супорт можуть змінювати швидкість руху залежно від марки оброблюваного матеріалу і заданої точності і виготовлення деталі.

Існує велика різноманітність конструкцій деталей, які зведені в струнку систему за ознакою призначення деталей. Вони класифікуються й за іншою ознакою -технологічною, тобто залежно від прийнятих для обробки технологічних процесів. У свою чергу зміст технологічного процесу, послідовність операцій, з яких він складається, визначається насамперед геометричною формою та серійністю виготовлення деталі. Вплив типу виробництва на зміст технологічних процесів можна показати лише учням старших класів. А у основній школі треба пояснити тільки залежність технологічного процесу від форми деталі. До цього вони вже підготовлені, оскільки з курсу геометрії обізнані з рядом фігур: кулею, конусом, циліндром, пірамідою, призмою.

Політехнічний аналіз технологічних операцій і процесів буде ефективнішим, якщо учні самостійно складатимуть технологію виготовлення виробів. Досвід роботи кращих учителів показує, що посильні завдання технологічного характеру можна ставити перед школярами, починаючи з 5-го класу. Вони мають ускладнюватись і завершуватись виготовленням виробів (деталей). Для цього з технологічних карток рекомендується поступово вилучати окремі дані, які стосуються виготовлення виробу, з тим, щоб учні знаходили їх самостійно. Вилучати їх можна в такій послідовності: 1) вказівки про розміри та види інструментів і пристроїв; 2) те саме і правила встановлення різців, заготовок та Пристроїв; 3) те саме і вказівки про послідовність виконання операцій; 4) те саме і вказівки про деякі розміри виробів і точність обробки.

Політехнічний аналіз конструкцій виробів. Спільність у конструкціях виробів (деталей) спостерігається в тих випадках, коли вони мають схоже призначення, перебувають в однакових умовах під час експлуатації. Добре усвідомлюючи це, учні часто можуть з'ясувати призначення виробу за його конструкцією. Наприклад, яку б форму не мала гайка (круглу, чотири - або шестигранну), учень зможе встановити її призначення як деталі машини, коли він вивчав перед тим одну з різновидностей гайки. Підшипники кочення бувають різної конструкції: радіальні, упорні, радіально-упорні, однорядні, дворядні, з тілами кочення у вигляді кульок або роликів, з голко - і бочкоподібними тілами кочення. Однак у їх конструкції є багато спільного. Тому учневі досить вивчити будову одного з видів підшипників кочення, щоб, зустрівши пізніше будь-який інший вид, встановити його призначення. Побачивши деталь, що має вигляд зубчастого сектора або зубчастої рейки, учневі неважко буде зрозуміти її призначення, якщо він обізнаний із зубчастими колесами.

Чітке уявлення про причини спільності в конструкціях виробів створює сам процес конструювання. Проектуючи певні деталі, школярі намагаються використати свої знання про конструкції, що мають схоже призначення, наприклад, ящик для дрібних деталей і ящик для крейди і т.д.

Успіх у прищепленні школярам умінь і навичок аналізувати конструкції виробів великою мірою залежить від правильної побудови навчального процесу. В усіх випадках, навіть тоді, коли учні приступають до виготовлення виробів за кресленням, учитель повинен проводити аналіз конструкції, залучаючи до цього клас. Найбільш дійовим засобом, що стимулює школярів до аналізу конструкцій виробів за призначенням, є постановка завдань на конструювання.