Туров Н.П.

Моя кандидатская диссертация

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Присоединение Украины к Мировой организации торговли требует от национальных товаропроизводителей и от системы образования мероприятий по конкурентоспособности украинских товаров на мировом рынке, модернизации оборудования и производственных технологий. Конкурентоспособность отечественной продукции в значительной мере зависит от применения методов организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и теории решения инженерных изобретательских задач (ТРИЗ). Была и остается актуальной необходимость повышения уровня и качества технического творчества в общеобразовательных и внешкольных учебных заведениях, где техническое творчество характеризуется недостаточным использованием методов организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и теории решения инженерных изобретательских задач.

Почти отсутствуют исследования из применение методики решения изобретательских задач на занятиях из технологий в общеобразовательных учебных заведениях, в частности, в ходе обучения ученикам 7-11 классов. Именно в этот сенситивный период развития у учеников возникает потребность в креативному мышлении, предметно-преобразовательной деятельности, техническому творчеству.

Основным недостатком современных методик обучения есть поверхностное ознакомление с сутью творческого процесса, формальное применение средств решения изобретательских задач без понимания сути преобразований, которые должны состояться, а иногда и без осознания путей применения полученных техник-технологических явлений. Все это приводит к низкому творческому потенциалу не только выпускников школ, но и студентов высших технических учебных заведений.

Проблему конструктивно-технического творчества исследовали Т.В. Кудрявцев, О.Р. Лурия, С.А. Мілерян, В.О. Моляко, П.С. Перспелиця, В.В. Рыбак. Однако эти исследователи не занимались проблемами обучения изобретательству учеников основной и средней школы.

Проблемы обучения изобретательству учеников исследовались В.Є Алексеевым, П.М. Андриановим, М.А Видничуком, В.Д. Путиліним и др. В научных исследованиях, посвященных техническому творчеству учеников, недостаточно выяснена причины низкого технического творческого потенциала выпускников общеобразовательных школ. Не разрешима проблема надлежащего овладения методологией изобретательства, которая мало отображена в действующей школьной программе по трудового обучению (технологий).

Разногласие между теорией и практикой обучения изобретательству заключается в неопределенности причин низкого творческого потенциала учеников, в отсутствии научного обеспечения процесса формирования изобретательских умений: исследовать причины возникновения изобретательской задачи, осознанно применять сущность типичных путей и принципов создания и развития технических систем. Указанные разногласия обусловили выбор темы диссертационного исследования: «Методика обучения решению изобретательских задач учеников 7-11 классов в процессе трудовой подготовки».

Связь работы с научными программами, планами. Выбор направления исследования совпадает с общей темой научно-исследовательской работы лаборатории трудовой подготовки и политехнического творчества Института педагогики НАПН Украины: «Содержание и методика технологического образования в 12-летней средней общеобразовательной школе» (номер государственной регистрации 0102U000210). Тема исследования утверждена решениям ученого совета Института педагогики НАПН Украины от 27 апреля 2000 г. и советом из координации научных исследований в области педагогики и психологии в Украине НАПН Украины (протокол № 9 с 29.11.2005 года).

Цель и задачи исследования. Целью исследования является теоретическое обоснование, усовершенствование и экспериментальная проверка эффективности методики обучения решению изобретательских задач учениками общеобразовательной школы в процессе трудовой подготовки.

Задача исследования:

1. Обработать научные источники из теоретико-методичних основ педагогически целесообразной организации процесса решения инженерных изобретательских задач учеников общеобразовательной школы в процессе трудовой подготовки.

3. Обосновать концептуальные основы усовершенствования методов решения инженерных изобретательских задач и теории решения инженерных изобретательских задач учениками средней школы.

3. Усовершенствовать теорию и методику обучения решению инженерных изобретательских задач учениками основной и старшей школы.

4. Разработать рекомендации относительно внедрения в практику работы общеобразовательных школ модифицированной теории и методики обучения ученикам 7-11 классов решения инженерных изобретательских задач.

. Объект исследования: процесс трудовой подготовки учеников 7-11 классов в общеобразовательных учебных заведениях.

Предмет исследования: методика обучения решению изобретательских задач учениками основной и старшей школы.

Гипотеза: эффективное решение изобретательских задач в общеобразовательной школе возможное при условии сознательного овладения ими алгоритмом решения инженерных изобретательских задач, в частности, логическими действиями, а также универсальными техническими эвристическими преобразованиями.

Исследовательский приемы:

• теоретические: анализ психолого-педагогической, методической, философской и технической литературы, теории и методики решения инженерных изобретательских задач в системе образования;
• эмпирические: изучение передового педагогического опыта по проблеме исследования, метод педагогических наблюдений, опрашивание, беседы, педагогический эксперимент, анализ процесса решения и решений изобретательских задач, а также статистический анализ экспериментальных данных.

Научная новизна результатов исследования заключается в том, что:

- впервые научно обоснована усовершенствованная методика обучения ученикам 7-11 классов решения инженерных изобретательских задач, которой предусмотрена преемственность в использовании эффективных способов обучения ученикам решения изобретательских задач; экспериментально доказана эффективность педагогических условий обучения ученикам 7-11 классов алгоритма, универсальных эвристических технических преобразований и средств решения инженерных изобретательских задач;

• актуализирован опыт применения знаний из поэтапного развития технических систем и соответствующего поэтапного усвоения учениками универсальных эвристических технических преобразований на этих этапах: типичных приемов и стандартных решений изобретательских задач;
• разработана пирамида основных этапов развития технических систем с учетом последовательного применения универсальных эвристических технических преобразований;
• уточнено логическую суть принципов выбора многих типичных приемов и стандартных решений изобретательских задач и преобразований;
• предложена совокупность задач, направленных на осознание учениками сути универсальных эвристических технических преобразований и принципов их выбора.

Практическое значение полученных результатов состоит в разработке обобщенного алгоритма решения инженерных изобретательских задач и усовершенствовании совокупности универсальных эвристических технических преобразований, которые являются необходимыми для решения изобретательских задач. Объединение универсальных эвристических технических преобразований в виде пирамиды этапов развития технических систем разрешило облегчить формирование у учеников представлений об основных путях и принципах развития технических систем.

Внедрение результатов исследования. Результаты исследования внедрялись в процессе последипломного образования учителей, в частности, в Ровенском областном институте последипломного педагогического образования (справка № 78 от 12.04.2007 г.). Было доказано, что ученики основной и старшей школы способны владеть методами создания изобретений и фантастических идей и использовать их для создания изобретений и выдвижение перспективных дизайнерских предложений. За время исследований гуртківцями было создано несколько изобретений и полезных моделей (авторские свидетельства №№ 1653945, патенты Украины на полезные модели №№ 44503, 45980, и др..), разработано и изготовлен действующий робот для павильона «Образование Украины» в Республиканском центре выставок и ярмарка (справка № 234 от 11.06 2002 г.); предложена дизайнерская разработка внешнего вида мобильного телефона с видеокамерой и самоутюга (справка № 234 от 11. 06. 2002 г.). Учебную программу «Эвроника» было введено в Политехническом лицее при Национальном техническом университете Украины «Киевский политехнический институт» (справка № 1942 от 11.07.2001 г.). Методику обучения созданию фантастические идеи введены в общеобразовательной средней школе № 126 г. Киева (справка № 190 от 12.06.2001 г.). Обучение по методике создания новых сказок осуществлялось в г. Киеве в клубе «Компьютер» (справка № 1 от 26.06.2001 г.), в школе искусств имени Веривиковского (справка № 215 от 15.06.2001 г.). Полученные результаты было использовано при подготовке пособия для родителей и воспитателей под эгидой ЮНИСЕФ. Проект компьютерной программы «Эвроника», разработанный на началах современной технологии создания высокоэффективных изобретений, был высоко оцененный посетителями Международного салона инноваций и инвестиций, который проводился в мае 2004 года в Москве. В частности, благоприятные отзывы предоставили представители МВТУ им. Баумана. В сравнении с известными программами эвристической поддержки процесса решения изобретательских задач компьютерная программа «Эвроника» не будет требовать высокой квалификации из теории решения инженерных изобретательских задач для лиц, которые будут ее использовать, и будет действовать намного скорее по сравнению с ее аналогами. На основе этот проект разработан основы учебника на электронных носителях.

Апробация результатов исследования. Основные теоретические и практические результаты исследования были представлены в виде докладов на международных, всеукраинских, региональных научных, научно-практических конференциях, в частности:

- на международных: Support for Telematics Applications Cooperation with the Cooperation with the Commonwealth of Independet States (STACCIS, 1999 г.); Второй конференции "Рефлексивные процессы и творчество", (г. Новосибирск, 1990 г.); съезде ассоциации ТРИЗ, (г. Петрозаводск, 1991 г.); «Технология программирования 90-х», (г. Киев, 1992 г.); «История национальной науки: новое содержание и общественная значимость», (г. Киев, 2002 г.); «История национальной науки: новое содержание и общественная значимость», (г. Киев, 2002 г.); «Социально-педагогические основы деятельности современного внешкольного учреждения», (г. Киев, 2003 г.);

- на всеукраинских: «Творчество: теория и практика», (г. Киев, 1991 г.); «Философия современного образования и стан ее разработки в Украине", (г. Киев, 1996 г.); «Стан и перспективы профессиональной ориентации, трудового и профильного обучения и профессиональной подготовке учеников общеобразовательных учебных заведений», (г. Борисполь, 2002 г.); «Проблемы подготовки специалистов с интеллектуальной собственности в Украине», (г. Киев, 2002 г.);

- на региональной: «Трудовая подготовка в школе ХХІ столетие: проблемы, поиски, перспективы», (г. Умань, 2001 р).

Публикации. Основное содержание исследования отображены в публикациях автора, из которых: 2 методических пособия; 3 статье, опубликованные в профессиональных изданиях, утвержденных ВАК Украины, 8 публикаций - в других научных изданиях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из вступления, двух разделов, выводов, списка использованных источников (253 наименование), 21 приложению. Работа содержит 32 таблице. Общий объем диссертации 374 страницы, из них 209 страниц основного текста.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во вступлении обоснована актуальность проблемы и основные подходы к ее решению, раскрыты основные разногласия между необходимостью готовить учеников к изобретательской деятельности и отсутствием научно обоснованной теории и методики обучения ученикам решению инженерных изобретательских в процессе трудовой подготовки, определена цель и задачу исследования, объект, предмет, охарактеризовано исследовательский приемы, приведена научная новизна, апробацию и внедрение результатов этого исследования.

В первом разделе «Теоретико-методологические основы технического творчества учеников» рассмотрено значения технического творчества для получения конкурентных преимуществ в соревновании с ведущими товаропроизводителями. В ходе анализа литературных источников нами было выяснено, что техническое творчество - это деятельность, сутью которой является творческий процесс разработки новых, прежде неизвестных технических или технологических явлений (процессов), более эффективных, чем существующие. Изобретательскими задачами национальным патентным законодательством признано технические инженерные изобретательские задачи.

В 70-х годах 20-го столетие были проведены научные исследования В. Алексєєва, П.М. Андрианова, В.Д. Путилина,. В.Г. Разумовского, И.И. Эроцкого, О.Г. Богатирева, Е.О. Зеера, В.И. Качнева и накоплено определенный педагогический опыт относительно обучения решению инженерных изобретательских задач учеников 7-10 классов на уроках трудового обучения и на занятиях кружков юных изобретателей, рационализаторов и конструкторов внешкольных учреждений. При этом была использована усовершенствованная модификация АРИЗ 71 и ограниченное количество универсальных эвристических технических преобразований. Однако, из того времени Г.С. Альтшуллером было разработано еще две более доскональные модификации алгоритма решения инженерных изобретательских задач: АРИЗ-79 и АРИЗ-85 В. В каждой из этих модификаций последовательно отображались новые тенденции в развитии технических систем. Выявление Г.С. Альтшуллером новых тенденций развития технических систем в патентах на изобретения оказывало содействие разработке теории решения инженерных изобретательских задач.

Исследователями не было взято к вниманию, которые обобщены рекомендации, предоставленные в текстах многих типичных приемов и стандартных решений, не разрешают ученикам успешно использовать их при решении изобретательских задач. Не обратили они внимания и на то, что потребность в выявлении разногласий, необходимых для поиска типичных принципов (приемов), связанная с необходимостью активизации не только мышление, но и воображения изобретателей.

Несовершенство алгоритма решения инженерных изобретательских задач первой теории решения инженерных изобретательских задач, обусловила необходимость научного обоснования методик обучения изобретательству. Исследование, проведенные в 80-х годах 20-го столетие М.А. Видничуком, не имели целью выяснить те проблемы, которые возникают во время усвоения теории решения инженерных изобретательских задач учениками 7-11 классов вследствие недостатков теории решения инженерных изобретательских задач. Поскольку М.А. Видничук использовал в обучении сокращенный вариант алгоритма решения инженерных изобретательских задач модификации АРВЗ-85 В, то ученики не усваивали аналитической части алгоритма.

Для устранения обозначенных недостатков нужно было научно обосновать внедрение в практику обучения трудовой подготовке учеников 7-11 классов, новых подходов к применению теории и обучение методам организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач, в частности, исследовать особенности их овладения учеными во всех формах трудовой подготовки: на уроках трудового обучения в школе, в кружках внешкольных учреждений и т.п..

При этом было взято к вниманию особенности кружковой работы: свободное посещение кружка учениками, отсутствие домашних задач и оценивание знаний, разный возраст учеников в одном кружке.

Проблемы, которые могут повлиять на успешность усвоения учениками 7-11 классов способов решения изобретательских задач, было распределено на две группы. Первая группа - это проблемы, связанные с возрастом учеников. Ко второй группе проблем были отнесены познавательно-психологические барьеры, которые возникают во время решения изобретательских задач вследствие неопределенности сути умственных действий, которые необходимо осуществлять для получения решения, а также психологические проблемы, связанные с неестественной для учеников деятельностью в условиях противоречивых обстоятельств.

Для устранения этих проблем рассматривался понятийный аппарат, необходимый для выяснения сути процесса решения изобретательских задач, а также примеры создания изобретений, которые являются показательными относительно причин возникновения изобретательских задач и средств их решения. Важно было сравнить логические и воображаемые действия, которые было применено для создания этих изобретений, с действиями, которые предлагаются известными методами решения изобретательских задач.

Необходимо было глубже рассмотреть и связать между собой понятие творчества, технического творчества, технических творческих задач и суть логических действий в ходе решения изобретательских задач.

На наш взгляд, к изобретательским задачам следует отнести такие технические творческие задачи, которые возникают тогда, когда существующие технические средства не разрешают получить нужний технический результат, поскольку их физические, химические и другие свойства не способны обеспечить выполнение действий, вследствие которых эти результаты могут быть достигнуты. К ним, прежде всего, должны быть отнесены задачи, которые целью которых являются обеспечения конкурентоспособности технических средств. Такие задачи возникают в случаях, когда необходимо обеспечить те же самые или весомые результаты благодаря применению других конструкций или других физических, химических явлений, материалов, формы и т.п..

Одна из главных характеристик изобретательской задачи - неопределенность как результата, который нужно достичь, так и тех изменений в технических системах, которые необходимые для его получения, а также неопределенность методики обоснования характера этих изменений. Нашей целью являются уменьшения неопределенности средств решения изобретательских задач к наименьшему из возможных уровней. Именно этому и должны оказывать содействие обновленные теория и методика решения изобретательских задач. Для разработки эффективной технологии решения инженерных изобретательских задач важно определить состав и последовательность логических действий, необходимых для решения задач, направления развития технических систем и другие особенности, которые влияют на эвристичность решение изобретательских задач учениками общеобразовательной школы.

Анализ первоисточников из истории техники, психологии творчества, методологии изобретательства разрешил сделать выводы, которые было использовано для оценивания положительных и отрицательных характеристик теории методов организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач.

Было выдвинуто требование относительно просмотра существующих оценок возможностей мозгового штурма, метода фокальных объектов и морфологического анализа в достоянии умений и привычек, необходимых для решения изобретательских задач.

На основе изучения методов, теории изобретательства и компьютерной программы «Изобретательская машина» был сделан вывод, что освоение теории решения инженерных изобретательских задач в модифицированном варианте разрешит ученикам легко усвоить законы и тенденции развития технических систем и универсальные эвристические технические преобразования: типичные принципы и стандартные решения изобретательских задач, а также речовинно-енергетичні структурные схемы проблемных ситуаций и способов их решения. Ученики смогут научиться не только эффективно решать изобретательские задачи, но и предлагать собственные изобретения.

Во втором разделе «Пути и средства усовершенствования методов обучения решение инженерных изобретательских задач» cформулировано концепцию усовершенствования теории и методики решения изобретательских задач, обосновано педагогические условия повышения эффективности овладения усовершенствованным алгоритмом и теорией решения инженерных изобретательских задач учениками 7-11 классов в процессе трудовой подготовки. Предложено усовершенствовать все составные части процесса решения инженерных изобретательских задач, разработать современную технологию создания высокоэффективных изобретений. Проведенные исследования разрешили уточнить совокупность и последовательность шагов, логических действий и универсальных эвристических технических преобразований в процессе решения изобретательских задач. Прежде всего, это относится к применению современных информационных технологий и прогнозирование свойств, которые должны обеспечить изобретения. Было уточнено логическую суть и определены принципы выбора для всех типичных приемов, уточнено суть некоторых стандартных решений и предложено дополнительные вещественно-структурные энергетические схемы, разработаны поисковые таблицы для выбора типичных приемов и стандартных решений на основе установления соответствия между недостатками и путями и принципами их устранения. В алгоритм решения инженерных изобретательских задач было предложено включить методику выявления и решение вторичных задач, которые возникают во время внедрения изобретения.

Совокупность универсальных эвристических технических преобразований всех модификаций алгоритма решения инженерных изобретательских задач было структурировано в периодическую таблицу и пирамиду развития технических систем, который имеет 12 этапов: создание (1); устранение нежелательных факторов (2); развитие системы путем придания подсистем (3); повышение управляемости системы (4); пространственные преобразования (5); усовершенствование процессов и конструкций без изменения их принципа действия, изменение формы, вещества (6); изменение физического или другого принципа действия технических систем на более эффективный (7); использование фазовых переходов (8); изменение размеров и количества рабочих органов и соотношение между ними (9); переход на макроуровень (10); объединение систем (11), переход в над систему (12).

Условная схема этапов изображена на рис. 1.

Рис. 1. Условная схема этапов развития технических система

Для удобства использования универсальные эвристические технические преобразования размещенные на ступеньках пирамиды, которые отвечают этапам развития технических систем, слева направо в порядке, который отвечает последовательности их применения для развития технических систем на этом этапе. Эта теоретическая последовательность может в разных случаях не совпадать с исторической последовательностью применения каждого эвристического технического преобразования на этапе развития конкретной технической системы.

Наличие новой S-Подобной кривой означает, что на этом этапе может быть осуществлен переход технической системы на новый, более эффективный принцип действия.

Разработка пирамиды разрешила также установить зависимости между ее этапами и уровнями изобретательских задач и разработать новую систему оценивания, в которой умение учеников решать изобретательские задачи оценивались с учетом овладевания этапов развития технической системы. Обобщенно алгоритм решения инженерных изобретательских задач, а на этой основе предложена современная технология создания высокоэффективных изобретений «Эвроника», предоставлены трафареты таблицы сравнительного анализа и описания изобретения, разработан курс дистанционного обучения и проект компьютерной программы «Эвроника» для решения изобретательских задач.

Разрабатывалась методика планирования и проведение уроков, в частности, помощь учителя ученикам во время решения изобретательских задач.

Для лучшего овладения учениками типичными приемами решения изобретательских задач и стандартными решениями изобретательских задач ученикам предлагали задачу относительно выяснения сути и принципа выбора типичных решений и решений-аналогов на основе анализа существующих изобретений. Такая практика была признана необходимой также для подготовки к пользованию компьютерной программой «Изобретательская машина», предназначенной для решения изобретательских задач.

В ходе выполнения констатирующего эксперимента была поставлена цель: выяснить возможности учеников основной школы относительно решения изобретательских задач, а также определить особенности восприятия ими усовершенствованных положений теории решения инженерных изобретательских задач.

На первом этапе эксперимента выяснялось состояние изобретательства в системе внешкольного образования. В занятиях принимали участие две группы юных техников. Группы учеников было набрано из разных технических кружков клуба юных техников. В первой группе были ученики 7-9 классов, а во второй группе - ученики 10-11 классов. Во второй группе излагались основы теории решения инженерных изобретательских задач. Относилась задача - обеспечить ситуацию возникновения догадки ученика во время решения изобретательской задачи и установить основные составные догадки.

После проведения первого этапа эксперимента были сделаны выводы о том, что ученики способны выполнять логические действия относительно установления причинно-следственных связей между проблемной ситуацией возникновения изобретательской задачи, техническими результатами, которых треба достичь и свойствами средств, которые необходимо создать, т.е. воссоздавать в воображении условную модель нужного технико-технологического явления.

На втором этапе эксперимента исследования проводилось во время занятий кружка юных изобретателей Республиканской станции юных техников, организованное в школе-интернате № 23 г. Киева. Этот кружок было взято за контрольную группу. Ученикам экспериментальной группы было предложено 3 задаче - те же самые, что и в контрольной группе. В начале обучения была проведена контрольная работа № 1 для выяснения начальных умений учеников контрольной и экспериментальной групп относительно решения изобретательских задач.

Анализ решений: ученики способны решать задачи 1-2 уровней сложности. Вместе из тем, никто из них не смог решить задачу, которая относилась к третьему уровню сложности и предусматривала использование эффекта памяти формы. Для подведения итогов в контрольной и экспериментальной группах нами было взято за основу таблицы сравнения степени сложности задач и таблицу тестов успешности, предложенные А.А. Кывырялгом. На основе их обобщения нами была предложена таблица оценивания уровня умения учеников относительно решения изобретательских задач.

Дальнейшая программа обучения включала в себя изучение типичных приемов, некоторых стандартных решений, которые отвечали основным законам развития технических систем и алгоритма решения инженерных изобретательских задач модификации АРИЗ-85 В. При этом исследовались возможности овладения учениками всей совокупностью типичных приемов и намного более сложной модификацией алгоритма решения инженерных изобретательских задач - АРИЗ-85 В. Занятия проводились на протяжении учебного года.

Типичные приемы изучались таким образом: сначала экспериментатор знакомил учеников с логикой типичного приема и приводил примеры ее применения в изобретениях. Потом решались задачи, которые требовали применения типичных приемов. Если ученики не могли сразу предоставить правильные решения, экспериментатор предоставлял им помощь.

После окончания обучения ученикам с контрольной и експериментлаьної групп было предложено выполнить другу контрольную работу для выяснения умений, полученных учениками относительно решения изобретательских задач в процессе трудового обучения. Для решения ученикам были предложены новые задачи. Итоговые таблицы в конце обучения были тождественны с таблицами первой контрольной работы. Сравнения, которое выполнялось на первом этапе констатувального эксперимента уровней решений контрольных работ 1 и 2 свидетельствует, что общий творческий потенциал учеников улучшился.

В ходе подведения итогов этой части эксперимента были сделаны выводы, что ученики седьмых-девятых классов могут овладевать методы организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и основные положения теории решения инженерных изобретательских задач, в частности типичные приемы решения изобретательских задач. Выяснилось, что ученики 7-9 классов способны усвоить алгоритм решения инженерных изобретательских задач модификации АРИЗ-85 В і его типичные приемы решения изобретательских задач, использовать их для решения учебных и практических изобретательских задач 1-2 уровней сложности. Вместе из тем, исследование показали, что на протяжении одного учебного года ученики не смогут овладеть всеми необходимыми способами организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и теории решения инженерных изобретательских задач и научиться пользоваться компьютерной программой «Изобретательская машина». Также на протяжении одного учебного года невозможно было применять основы для обучения ученикам установлению зависимостей в технологических явлениях для достояния ими умений, необходимых для быстрого выявления из примеров решения изобретательских задач сути проблемных ситуаций.

Кроме того, выяснилось, что ученики не запомнили содержания всех шагов алгоритма решения инженерных изобретательских задач модификации АРИЗ 85 В. И потому экспериментатор при дальнейшем решении задач вынужденный был напоминать те шаги, что ученики не запомнили. Были подтверждены выводы 1-го раздела диссертации, что алгоритм решения инженерных изобретательских задач модификации АРИЗ-85 В є сложным дидактическим средством, и для его усвоения в полном объеме нужно целеустремленно овладеть каждым из понятий, положений и логических средств, которые вошли в состав его основных частей: исследовательской, преобразующей и внедренческой.

К общим выводам нужно отнести то, что ученикам седьмых - девятых классов нравится решать изобретательские задачи. Они стараются получить решения своими силами, без помощи экспериментатора. При этом большинство решений учебных изобретательских задач 1-2 уровней сложности была полученная учениками мгновенно в случаях, когда ученикам была понятной из условий задачи физическая суть причин возникновения проблемы, т.е. если им были известные физические и технические принципы действия средств, необходимых для выполнения работы, которая приведет к достижению нужного результата деятельности технической системы, которую треба улучшить. Однако, при решении задач 3 уровня сложности экспериментатор вынужденный был разъяснять ученикам физическую природу технических средств, которые необходимо было усовершенствовать, и физических явлений, которые требовались нужны изменения принципа действия технической системы на более эффективный. Это означает, что вследствие обучения творческий потенциал учеников повысился, но для наработки учениками умений и привычек, необходимых для решения изобретательских задач 3-4 уровней, которые возникают при необходимости переведения технической системы на новые принципы действия ради достижения конкурентоспособности, необходимо обеспечить более расширенное и основательное овладения учениками знаний и умений из использование физических явлений и эффектов, нужных для усовершенствования существующих или создание новых технических систем. Если усвоение типичный прием решения изобретательских задач есть необходимым при подготовке будущих изобретателей, то усвоение физических и других явлений и эффектов должны быть достаточным для этого. Необходимым есть и усвоение методики решения изобретательских исследовательских задач, которая разрешает использовать физические и другие явления и эффекты для выяснения причин нежелательных явлений, которые возникают во время изготовления и эксплуатации технической системы.

В несколько этапов осуществлялся формовочный эксперимент. В экспериментальной группе была использована таблица оценивания уровня умения учеников относительно решения изобретательских задач. В этой группе нами был апробирован первый вариант методики обучения ученикам 7 - 11-х классов методам организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и теории решения инженерных изобретательских задач.

Программу и занятие экспериментальной группы было нацелено на овладение большинством из модификаций алгоритма решения инженерных изобретательских задач для овладения учениками всех логических действий, необходимых для решения изобретательских задач, а также на овладение всех универсальных эвристических технических преобразований. Целью имелось достижение мгновенного применения универсальных эвристических технических преобразований учениками при пользовании компьютерной программой «Изобретательская машина» для решения изобретательских задач. Сначала планировалось провести обучение за 2 года. Но реально на усвоение такого объема знаний понадобилось 3 года.

Во время проведения формовочного эксперимента было осуществлено постепенное овладение учениками частями процесса решения изобретательских задач, основными логическими действиями, универсальными эвристическими техническими преобразованиями, физическими и другими явлениями и методами, необходимыми для их решения. Это было достигнуто путем изучения модификаций алгоритма решения инженерных изобретательских задач в порядке, который отвечает исторической последовательности появления этих модификаций. С целью подготовки учеников экспериментальной группы к пользованию компьютерной программой «Изобретательская машина» были использованы основы развивающего обучения, согласно которым ученики учили выявлению и формулированию зависимостей в технологических явлениях для достояния ими умений, необходимых для быстрого выявления сути проблемных ситуации и их решений из примеров изобретений. Основы развивающего обучения использовались на занятиях по овладению универсальных эвристических технических преобразований и методики решения исследовательских изобретательских задач. В свою очередь, практика выяснения сути универсальных эвристических технических преобразований и законов развития технических систем разрешила ученикам получить привычки быстрого выявления логической сути как проблемных ситуаций так и решений, предоставленных в примерах, а также быстрого применения выявленных путей и принципов для усовершенствования технических систем, предоставленных в условиях учебных задач.

Выяснилось, что вследствие обучения у учеников экспериментальных групп появились способности выполнять эти действия мгновенно, в частности, при решении изобретательских и других творческих задач с помощью компьютерной программы «Изобретательская машина». Это очень актуально, поскольку при пользовании «Изобретательской машиной» необходимо анализировать по несколько десятков примеров решения изобретательских задач-аналогов для отыскания логики решения и ее применение для изменений технических систем, которые совершенствуют или создают новые системы. В конце обучение в экспериментальной группе было проведено контрольную работы, где ученикам были предоставленные те же задачи, что и в контрольной группе.

При определении критериев учебных достижений учеников из решения инженерных технических изобретательских задач в контрольной и экспериментальной группах вследствие нами была предложена такая формула:

К = М / n x Р, (1.1)

где К - средняя совокупность уровней решений, М - общая сумма баллов

Р - количество задач в контрольной работе, n – количество учеников в группе.

Итогу данные по контрольным роботам обеих групп с использованием эта формула сведена в таблицу 1.

Таблица 1

Сравнение результатов обучения ученикам в контрольной и экспериментальной группах

Группа	Количество учеников в группе (n)	Общая сумма баллов за контрольные работы (М)		Количество задач в контра-льной работе (Р)		Средняя совокупность уровней решений в контрольной работе (К)
		1	2	1	2	1	2
Контрольная	120	29	60	3	3	0,48	1
Експериме-Нтальна	120	51	173	3	3	0,85	2,88

Сравнение эффективности обучения экспериментальной и контрольной группам нами выполнено с помощью определения разности между относительным улучшением результатов в контрольной и экспериментальной группах.

Сделаны выводы, что достижение относительного улучшения результатов обучения было обеспечено благодаря овладению учениками экспериментальной группы намного большей за своим объемом совокупностью логических и других действий исследовательской части процесса решения изобретательских задач. И намного большим количеством универсальных эвристических технических преобразований, явлений и эффектов, которые разрешают создавать изобретения путем предоставления решений, которые отвечают логико-математическим формулам 1-12 этапов пирамиды развития технических систем. Соответственно это привело к достоянию учениками экспериментальной группы знаний и умений, необходимых для решения задач 3-х и 4-х уровней.

Также во время работы с экспериментальной группой проводилось когортное, или лонгитудинальное статистическое исследование. Для обследования самостоятельности выполнения учениками основных составляющих процесса решения изобретательских задач нами были избраны такие показатели: данные о занятии: год, номер занятия, тема; задача: название, о чем задача, уровень сложности; самостоятельность: кто решило, общее время решения в минутах; что предложено самостоятельно: путь решения, принцип решения, свойства средств; конструкцию средств; методическая помощь экспериментатора путем: а) предоставление дополнительных вопросов об: путь решения, принцип решения, свойства средств; конструкцию средств, количество дополнительных вопросов; б) предоставлением указаний на недостатки: пути решения; принципа решения; свойств и конструкции предложенных средств; в) предоставление подсказок относительно возможных: пути решения; принципа решения; свойств и конструкции средств. Для анализа постепенного увеличения самостоятельности определения учениками пути и принципа решения изобретательских задач было проведено выборочную статистическую обработку материалов тех занятий, которые разрешили бы оценить участие учеников в решении изобретательских задач как в начале обучения, так и при овладение наиболее важных методов организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и логических и других действий (процедур) и универсальных эвристических технических преобразований разных модификаций алгоритма решения инженерных изобретательских задач и т.п., а также в конце обучение. При этом целью было оценивание участия учеников в решении интересных и сложных изобретательских и творческих задач. Были сделаны соответствующие срезы. Самостоятельность определения пути и принципа решения свидетельствовала о выявлении логики решения изобретательских задач. Ученики использовали примеры применения универсальных эвристических технических преобразований. Таким образом они овладевали привычками преобразования технических систем согласно усвоенной логике решения изобретательских задач-аналогов.

Обработка статистических данных показала, что такой средний показатель продолжительности решения задач второго, третьего уровней значительно сократился. Средний показатель количества дополнительных вопросов тоже значительно уменьшился. Это свидетельствовало о том, что благодаря экспериментальной методике решения изобретательских задач творческий потенциал учеников 7-11 классов значительно улучшился.

Проведенное исследование разрешило разработать обобщенный алгоритм решения инженерных изобретательских задач, который содержит главные логические и другие действия процесса решения изобретательских задач, образовывает единую систему универсальных эвристических технических преобразований. Все это разрешает значительно сократить время на обучение, приблизить его к количеству часов, отведенных для овладения методологии изобретательства действующей программой трудового обучения.

На втором этапе формовочного эксперимента была апробирована технология создания конкурентоспособных изобретений. Были исследованы овладения учениками 7-11 классов наиболее важными фрагментами этой технологии. Современную технологию создания высокоэффективных изобретений «Эвроника» изучала подготовленная диссертантом команда Украинского государственного центра научно-технического творчества учащейся молодежи.

С целью сравнения эффективности экспериментальной методики с методикой обучения, которую использовали последователи Г. С. Альтшуллера нами были использованы возможности Всеукраинского соревнования юных изобретателей в январе 2003 года. Все команды, которые заняли итогу призовые места в соревнованиях, избрали для решения задачу о разработке средств тушения пожара на Останкинской телебашне. Решение инженерной изобретательской задачи изучали команды Ровенской и Днепропетровской областей, которые предложили тушить пожар на Останкинской телебашне: команда Ровенской области - с помощью ракет с инертным газом, команда Днепропетровской области - растапливать лед электронагревателем и лить воду на пожар из вертолета. Подготовленная диссертантом команда Украинского государственного центра научно-технического творчества учащейся молодежи предложила использовать для тушения пожара аэростат с динамично объединенными оболочками, который нос на себе оборудование с инертным газом.

Для оценивания решений была использована традиционная методика определения эффективности изобретений по критерию экономии и предложенную диссертантом систему оценивания знаний учеников с опорой на этапы развития технических систем. Для каждого из решений была составлена таблица оценивания (в автореферате не приведенные).

За общий коэффициент эффективности решения был избран коэффициент Кр, який определялся по формуле:

Кр = Рр х К1 х К4 х Др, (2)

где Кр - общий коэффициент эффективности решения;

Рр - критерий оценивания уровня решения технической задачи;

К1 - коэффициент достигнутого положительного эффекта;

К4 - коэффициент существенных отличий;

Др. - критерий достижения нужного технического результата.

Для сравнения эффективности усвоения и использование основных логических действий и универсальных технических эвристических преобразований процесса решения инженерных технических изобретательских задач нами был избран принцип соотношения полученных результатов со временем, израсходованному на подготовку к выполнению работы, которая должна была обеспечить такой результат. Этот подход реализован с помощью формулы:

Е = Кр / Ч, (3)

где Е - коэффициент эффективности усвоения и использование основных логических действий и универсальных технических эвристических преобразований процесса решения инженерных технических изобретательских задач;

Кр - общий коэффициент эффективности решения;

Ч - время, израсходованное на усвоение (в месяцах).

Для сравнения показателей команды использованы таблицу 2.

Таблица 2

Эффективность усвоения и использование основных логических действий и универсальных технических эвристических преобразований процесса решения инженерных технических изобретательских задач

№	Название команды	Кр	Ч (месяцев)	Е
1	Команда Днепропетровской области	0,11	94	0,001
2	Команда Ровенской области	66	22	3
3	Команда Украинского государственного центра научно-технического творчества учащейся молодежи	99	1	99

Графическое изображение количественных признаков коэффициенту эффективности усвоения и использование основных логических действий и универсальных технических эвристических преобразований приведено на рис. 2.

Рис. 2. График коэффициенту эффективности обучения

Сравнение результатов усвоения и применение методов организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и теории решения инженерных изобретательских задач с результатами усвоения и применение современной технологии создания высокоэффективных изобретений «Эвроника» довело возможности значительного повышения эффективности овладения основных логических действий и универсальных эвристических технических преобразований в ходе решения инженерных изобретательских задач. Было создано более эффективное изобретение командой, которая израсходовала намного меньше времени на обучение, чем ее конкуренты, которые изучали ТРИЗ. Таким образом, было подтверждено выдвинутую нами гипотезу.

Получение положительного результата можно объяснить тем, что:

1. Понимание сути основных логических и других составляющих процесса решения изобретательских задач, положенное в основу овладения обобщенным алгоритмом решения инженерных изобретательских задач, разрешило ученикам осознанно и правильно организовать творческий процесс.

2. Облегчение восприятия основных направлений, путей и принципов развития технических систем при использовании Пирамиды, возможности использования ее изображение для размещения информации о конкурирующих технических системах обеспечило быстрый выбор правильного направления усовершенствования создаваемой учениками экспериментальной группы технической системы. Обеспечивалась практическая пригодность новообразовавшейся технической системы учеников 7-11 классов.

3. Умение использования Пирамиды развития технических систем, а также умение поиска нужных физических и химических явлений и универсальных эвристических технических преобразований с помощью соответствующих перечней и таблиц выбора разрешило избрать нужны явления и преобразование.
4. Правильное построение методики обучения в условиях ограниченному времени: от ознакомления с логической сутью творческого процесса через раскрытие периодической системы развития технических систем и Пирамиды основных этапов этого развития, и дальше - через восприятие четких и понятных примеров применения алгоритма решения инженерных изобретательских задач, Пирамиды, явлений и универсальных эвристических технических преобразований разрешили за минимально возможное время эффективно подготовить экспериментальную группу учеников.

Приведенные результаты доказывают возможность эффективного овладения учениками 7-11 классов методических основ изобретательства за небольшое количество часов, отведенных в программах трудовой подготовки.

По результатам исследование сформулировано общие выводы:

1. Проанализированы научные исследования по целью выяснения теоретических основ педагогически целесообразной организации процесса решения изобретательских задач учениками общеобразовательной школы. Благодаря усовершенствованию теоретико-методических основ решения изобретательские задачи предложены: ликвидировать разногласия между старыми возможностями технической системы и новыми требованиями к нее путем устранения неспособности устаревших технических систем к развитию; сначала устанавливать причины отсутствия нужных свойств и действий, а потом искать пути и средства их предоставления; сделать переход от формулирования технических и физических разногласий к формулированию технических и физических противостояний, обеспечивать сосуществование в вариантах решений изобретательских задач противоположных физических свойств; логическую суть универсальных эвристических технических преобразований, что разрешит сформировать представление учеников об алгоритме решения изобретательских задач; создать из существующей совокупности универсальных эвристических технических преобразований стройную систему развития технических систем; систематизировать сведения о последних технических достижениях и открытии науки согласно законам развития технических систем. На современных теоретико-методических основах разработано и введена новая методика обучения, которая разрешает построить в сознании учеников стройную систему взглядов относительно эволюции технических систем и научить ученикам использовать универсальные эвристические технические преобразования и алгоритм решения инженерных изобретательских задач во время создания высокоэффективных изобретений.

2. Выявлены недостатки традиционных методик обучения ученикам решению изобретательских задач, обусловленные недостатками методов организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и теории решения инженерных изобретательских задач. Обоснованы концептуальные основы усовершенствования методов решения инженерных изобретательских задач; усовершенствована теория решения инженерных изобретательских задач, разработан алгоритм решения инженерных изобретательских задач, в том числе с использованием современных компьютерных технологий

3. Исследованы особенности процесса решения изобретательских задач разных уровней сложности, усовершенствовано методику обучение школьникам решения инженерных изобретательских задач. Методикой предусмотрено содержание алгоритма решения инженерных изобретательских задач, универсальных технических преобразований эвристического направления. Эвристическая направленность содержания изобретательских задач требует новейших форм его реализации на занятиях из трудового обучения в общеобразовательной школе. Эффективной для реализации содержания изобретательских задач оказалось взаимодействие учеников в соревнованиях по техническому творчеству, где нет границ между уроком и кружком, а вместе с тем имеет место технический проект.

4. Выявленные тенденции развития технических систем было использовано для построения Пирамиды развития технических систем, а также для разработки обобщенного алгоритм решения инженерных изобретательских задач и современной технологии создания высокоэффективных изобретений «Эвроника».

Методикой предусмотренное получение сведений о последних научно-технических достижениях из Интернета и воплощения их в технические системы с помощью стройной системы универсальные эвристические технические преобразования. Это также разрешает создавать высокоэффективные изобретения, реализация которых обеспечит конкурентоспособность отечественной промышленности и ее продукции.

Разработано 2 варианта обучения, один из которых предусматривает овладение основами методологии изобретательства в условиях ограничения времени, отведенного существующей программой трудового обучения. Разработаны рекомендации по внедрению в практику работы общеобразовательных школ и внешкольных учебных заведений методики обучения ученикам 7-11 классов методам организации и активизации процесса решения инженерных изобретательских задач и теории решения инженерных изобретательских задач

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ЗА ТЕМОЙ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в научных профессиональных изданиях

1. Туров М. П. Обучение изобретательству в зарубежных странах / М. П. Туров // Трудовая подготовка в учебных заведениях. - 2005. - № 2. - С. 51-53.

2. Туров М. П. Методика развития творческих способностей учеников при изучении основ технического творчества в процессе трудовой подготовки/ М. П. Туров // Сборник научных работ Уманского государственного педагогического университета им. П. Г. Тычины: Специальный выпуск. - Киев: Научный мир, 2002. - С. 110 - 122. Укр. яз.

3. Туров М. П. Компьютерная технология “Эвроника” и концепция электронного учебника из учебной дисциплины “Создание и защита интеллектуальной промышленной собственности / М. П. Туров // Образование и управление. - 2003. - Том 6. - Число 3. - С. 147 - 151. Укр. яз.

Учебно-методические работы:

1. Туров Н. П. Алгоритм решения изобретательских задач / Н. П. Туров // Конструктор. - 2002. - № 3.- С. 8-9.

2. Туров Н. П. Компьютерная технология по решению изобретательских задач “Эвроника” / Н. П. Туров // Конструктор. - 2002. - № 4. С. 8-9.

3. Туров Н. П. НОТ конструктора: Этапы развития техники / Н. П. Туров // Конструктор. - 2002. - № 2. - С. 10-11.

4. Туров М.П. Основы изобретательства и методы поиска решения творческих технических задач / М. П. Туров // К.: «Образование Украины», 2008. - 312 с. - (Методическое пособие).

5. Туров Н. П. Периодическая система развития техники / Н. П. Туров // Конструктор. - 2003. - № 2. - С. 9-10.

6. Туров М. П. Создай себя через сказку / М. П. Туров. - К.: Кобза, 2004. - 128 с. - (Методическое пособие). Укр. яз.

7. Туров М. П. Создай свою сказку / М. П. Туров // Дошкольное воспитание. - 1997. - № 9. - С. 11. Укр. яз.

8. Туров М. П. Создаем добрую сказку / М. П. Туров // Дошкольное воспитание. - 1998. - № 11-12. - С. 6-7. Укр. яз.

9. Туров М. П. Проект концепции привлечения ученической и студенческой молодежи к техническому творчеству / М. П. Туров // Трудовая подготовка в учебных заведениях. - 2004. - № 3. - С. 51-55. Укр. яз.

10. Туров Н.П. Использование пирамиды развития технических систем и Интернета для прогнозирования создания конкурентоспособных изобретений / Н. Туров. - Практика инновационной работы и применения методов ТРИЗ на предприятиях: сборник докладов конференции, (Москва, 22-23 окт. 2010 г.) / Международная ассоциация TRIZ. - М.: Международная ассоциация TRIZ, 2010. - С. 65-69.

АННОТАЦИИ

Туров Н. П. Методика обучения решению изобретательских задач учеников 7-11 классов в процессе трудовой подготовки. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук по специальности 13.00.02 - теория и методика трудового обучения. Институт педагогики НАПН Украины. - Киев, 2010.

В диссертации теоретически обоснованы и экспериментально проверены два варианта методики обучения решению изобретательских задач. Первый основан на освоении и использовании основных модификаций алгоритма решения изобретательских задач и компьютерной программы «Изобретающая машина». А для второго разработана периодическая система и пирамида развития технических систем, что является основанием для создания современной технологии высокоэффективных изобретений. Доказанная ее эффективность в сравнении с теорией решения инженерных технических изобретательских задач. Проведены апробация и экспериментальные исследования, организовано дистанционное обучение и разработаны принципы создания учебника на электронных носителях и компьютерной программы. Проект компьютерной программы одобрен посетителями международных выставок компьютерных технологий и программного обеспечения в Ганновере (в 2002 г.) и Москве (в 2004 г.), в частности, представителями МВТУ им. Баумана.

Предоставлены также предложения по созданию базовой дисциплины «Основы технического творчества» для общеобразовательных учебных заведенный.

Ключевые слова: изобретение, методология изобретательства, современная технология создания высокоэффективных изобретений, дистанционное обучение, учебник на электронных носителях, проект компьютерной программы, базовая дисциплина.

Turov M.P. Method teaching to decision of inventors tasks of pupils 7-11>. - It is Manuscript.

Dissertation on competition of graduate degree of candidate of pedagogical sciences from speciality 13.00.02 is theory and method of labour studies. Institute of pedagogic of NAPS of Ukraine. - Kiev, 2010.

In dissertation in theory grounded and experimentally tested two variants of method of teaching to the decision of inventors tasks. The first is based on mastering and use of basic modifications of algorithm of decision of invention's tasks and computer program the «Inventing machine». And for the second developed the periodic system and pyramid of evolution the technical systems and modern technology of creation of high-efficiency inventions based on her is developed. Its most high efficiency is well-proven by comparison to the theory of decision of engineering technical invention's tasks. Approbation and experimental researches is conducted, the controlled from distance studies are organized and principles of creation of textbook are developed on electronic transmitters and computer program on its basis. The project of the computer program is approved by the visitors of international exhibitions of computers technologies and software in Hanover (in 2002) and Moscow (in 2004), in particular by the representatives of BAUMAN's Moscow Technical University.

Suggestions are given also on base discipline of «Basis of technical creation» and type teaching.

Keywords: methodology of invention, modern technology of creation of high-efficiency inventions, controlled from distance studies textbook, on electronic transmitters, project of the computer program, base discipline.