Проблеми оптимізації переліків засобів навчання

Оптимізація переліків ЗН кабінету фізики з точки зору фінансових витрат зводиться до мінімізації складу обладнання за рахунок усунення дублювання. Усунення дублювання обладнання може бути реалізоване за рахунок:

1) використання на різних лабораторних роботах тих самих ЗН, якщо це дозволяє методика проведення роботи;

2) використання в роботах фізичного практикуму, в більшості, того обладнання (ЗН), яке використовується у процесі виконання фронтальних робіт;

3) використання у демонстраційному експерименті, в більшості, того обладнання (ЗН), яке використовується у процесі виконання фронтальних робіт.

Названі заходи мають бути обґрунтовані в процесі спеціально організованих комплексних наукових досліджень в галузі методики викладання фізики у середній школі. Розробка таких ЗН передбачає здійснення низки заходів, а саме: передпроектних досліджень, освоєння виробництва, експлуатації.

У процесі передпроектного дослідження на основі аналізу і прогнозування технічного рівня конкурентних виробів, а також на основі вивчення, аналізу і прогнозування потреб ринку формуються параметри і показники технічного завдання (Т3) на проектування. Отже, прийняті рішення відносяться до номенклатури і рівня тих показників, що має забезпечити конструктор при розробці виробів з метою відповідності потребам ринку і конкурентноздатності. У Т3 має бути включено дуже обмежене коло показників, що визначають в основному функціональне призначення виробу.

На етапі проектно-технологічної розробки рішення приймаються по:

· принциповим, функціональним, структурним і іншим схемам виробу;

· рівню надійності;

· рівню уніфікації;

· рівню технологічності;

· вибору матеріалів;

· технології виготовлення тощо.

На етапі освоєння виробництва прийняті рішення уточнюються і доопрацьовуються відповідно до можливостей виробництва і результатам іспитів досліджуваних зразків; у документацію вносяться конструкторські і технологічні зміни, що дозволяють підвищити рівень технологічності, і уніфікації і, у цілому, якість об'єкта.

На етапі виробництва продовжується уточнення конструкції і технології, спрямоване головним чином на зниження собівартості виробу і зменшення виробничого браку.

У процесі експлуатації розроблювачі удосконалюють вироби, використовуючи зворотний зв'язок (у виді рекламацій споживача або цілеспрямовано налагодженого збору статистичної інформації про поводження об'єкта в тих або інших умовах), і приймаючи відповідні рішення по зміні конструктивних, технологічних і інших характеристик.

На будь-якому етапі життєвого циклу проектні рішення переслідують одну головну мету – створити виріб, який найбільшою мірою задовольняє конкретного споживача за технічними та економічними показниками і забезпечує розробнику і виробнику зниження витрат або збільшення прибутку. Споживач вибирає виріб серед функціональних аналогів-конкурентів з метою одержання максимального ефекту від використання цього виробу. Чим вище якість, чим кращі технічні параметри, тим ефект більший. Однак виробник може забезпечити ці кращі показники, тільки вкладаючи додаткові засоби в проектування і виготовлення більш якісного виробу.

Цей компроміс в умовах ринкової економіки вирішує ціна, що, з одного боку, завдяки підвищенню якості і збільшенню обсягу продажу повинна принести прибуток виробнику; з іншого, за рахунок властивостей, які більш задовольняють споживача, ніж властивості аналогів-конкурентів, принести прибуток споживачеві.

Отже, для ухвалення рішення необхідно виявити параметри і показники, що цікавлять споживача, встановити, як вони впливають один на одного. Часто навіть поліпшення одних технічних показників приводить до погіршення інших, що вимагає компромісних рішень. Усунення таких випадків може бути, певною мірою, забезпечене на етапі техніко-економічного аналізу проектного рішення. Техніко-економічний аналіз (ТЕА) проектних рішень – це дослідження взаємозв'язку технічних, організаційних і економічних параметрів і показників об'єкта, що дозволяє знайти найкраще проектне рішення при обраному критерії. Таке дослідження може бути також названо параметричним ТЕА. Отже основна передумова ТЕА – це можливість знайдення альтернативних рішень, а задача ТЕА – забезпечення найкращого рішення при виборі схеми і матеріалу об'єкта, технології його виготовлення тощо на конкретній стадії життєвого циклу виробу.

Формування моделі, що відповідає поставленій задачі, включає формалізацію критерію у виді цільової функції, виявлення і формалізацію залежностей між показниками у вигляді обмежень і встановленні граничних умов, тобто гранично припустимих значень використовуваних в аналізі параметрів і показників. Відповідно, формується цільова функція корисності або втрат. Якщо в постановці задачі відсутні обмеження і граничні умови та задано тільки цільову функцію, то це задача безумовної оптимізації. Для таких задач поняття «оптимум» і «екстремум» збігаються. Присутність обмежень і граничних умов формує задачу умовної оптимізації. Збільшення числа обмежень не поліпшує, як правило, оптимального рішення і часто, при суперечливості вимог, може привести до неузгодженості, тобто до відсутності рішення задачі, що задовольняє всім поставленим умовам.

В якості критеріїв можуть використовуватися як технічні, так і економічні показники. Відповідно, у першому випадку одним з обмежень є економічний показник, у другому – задане значення технічного показника або параметра. Якщо при формалізації критерію ефективності не вдається представити його у вигляді безперервної функції розглянутої сукупності показників, то задача з оптимізації перетворюється в задачу вибору найкращого варіанта з розглянутих можливих за прийнятим критерієм. Методи і прийоми параметричного ТЕА обумовлені наявністю вихідної інформації з етапів створення виробу і зв'язані з параметрами і показниками, що визначають його технічний рівень і якість. Послідовність і методика проведення параметричного ТЕА не залежать від об'єкта, поставленої задачі і стадії розробки об'єкта [1].

Завданням розробників є створення пристрою заданого функціонального призначення, що задовольняє вимогам визначеного сегмента ринку (вимогам конкретних споживачів) і відповідним заданим умовам експлуатації. Отже вироби повинні мати визначені властивості. Властивість, в нашому випадку, розглядається як об'єктивна особливість виробу, що може виявлятися при його створенні або експлуатації в умовах реального навчального процесу. Існують властивості, що характеризують виріб як об'єкт проектування (наприклад, конструктивна наступність, новизна, складність, патентна чистота тощо), як об'єкт виробництва (матеріалоємність, трудомісткість тощо), як об'єкт експлуатації (продуктивність, потужність, швидкість, безпека тощо).

Сукупність цих властивостей, що обумовлюють придатність до задоволення визначених потреб, формує якість виробу. Тут показник якості є кількісною характеристикою однієї з властивостей виробу. Таким чином, показниками якості можуть бути будь-які показники і параметри виробу, що визначають рівень задоволення визначених потреб, тобто рівень якості.

Порівнювати різні варіанти розроблювальної техніки, які відрізняються безліччю показників, що по різному впливають на технічний рівень, досить складно. Тому прагнуть використовувати узагальнюючий показник у виді головного або середньозваженого. Головний показник відбиває, як правило, основне призначення виробу. Бажано, щоб він був представлений у виді функціональної залежності від інших одиничних показників. Якщо функціональної залежності не існує, можна оцінювати технічний рівень тільки по головному показнику, а інші враховувати у виді обмежень. Усі перераховані задачі вирішуються з використанням експертних методів, таких, як ранжирування, метод безпосередньої оцінки, метод парних порівнянь, метод послідовних переваг тощо [3, 4]. У нашому дослідженні ми обмежились тільки методом експертного оцінювання. Методика експертного оцінювання базувалась на показниках призначення ЗН, як їх розуміють експерти в галузі використання ЗН у навчально-виховному процесі загальноосвітніх, професійно-технічних і вищих навчальних закладів. Показники призначення характеризують виріб як об'єкт експлуатації і є визначальними при розробці виробу. Вони виражають основні функції виробу і визначають область його застосування.

Показники стандартизації й уніфікації характеризують співвідношення оригінальних, стандартизованих і запозичених вузлів і деталей, їхню частку в загальній номенклатурі вузлів і деталей. Підвищення рівня стандартизації й уніфікації дозволяє скоротити витрати на розробку конструкції і технології, розширити області застосування масового і серійного виробництва і, отже, знизити собівартість виробу, підвищити його ремонтоздатність і зменшити експлуатаційні витрати.

Економічні показники характеризують систему «людина-виріб» і включають гігієнічні (освітленість, температура, вологість, напруженості магнітного й електричного полів, випромінювання, токсичність, шум, вібрація тощо), антропометричні, фізіологічні і психологічні показники.

Естетичні показники відбивають інформаційну виразність, раціональність форми, цілісність композиції, досконалість виробничого виконання і стабільність товарного виду. Екологічні показники характеризують особливості продукції, що визначають рівень шкідливих впливів на навколишнє природне середовище, які виникають при експлуатації або споживанні продукції (зміст шкідливих домішок у викидах, випромінювання при збереженні і транспортуванні тощо).

Показники безпеки визначають ступінь захисту людини при експлуатації або споживанні продукції, наприклад, ймовірність безпечної роботи людини протягом визначеного часу, опір ізоляції струмопровідних частин, електрична міцність високовольтних мереж тощо. Показники транспортабельності характеризують пристосованість виробу до переміщень у просторі, не зв'язаним з експлуатацією або споживанням, і найчастіше визначаються витратами на переміщення. Ергономічні й екологічні показники, а також показники безпеки повинні відповідати вимогам і нормам України або міжнародних стандартів. Як бачимо, у наведених в роботі рейтингах властивостей ЗН ці показники також відображені.

Передпроектний аналіз, який було проведено в Інституті інформаційних технологій і засобів навчання АПН України в процесі спеціально організованого дослідження з використанням методу експертних оцінок (науковий керівник дослідження Ю.О. Жук), дозволив сформувати рейтинг властивостей ЗН, які мають забезпечити навчальний процес з фізики загальноосвітньої школи:

Рейтинг вимог педагогічних властивостей до ЗН

Засоби навчання мають відповідати:

1.01. Змiсту освiти

1.02. Завданням навчальної програми

1.06. Принципам наочностi i доступностi

1.10. Формуванню стiйкого iнтересу до предмету навчання

1.03. Сучасним методам i технологiям навчання

1.04. Дидактичним i методичним завданням, якi розв`язуються в процесi навчання

1.05. Пiзнавальним i фiзiологiчним можливостям учнiв

1.07. Сучасному науковому, технiчному та технологiчному рiвням

1.08. Рацiональностi використання навчального часу при постановцi i проведеннi експерименту

1.09. Можливостi управлiння навчальною дiяльнiстю учнiв.

Рейтинг узагальнених технічних вимог до ЗН

Засіб навчання повинен мати такі властивості:

2.01. Унiверсальнiсть (можливiсть використання при вивченнi рiзних навчальних предметiв, роздiлiв, тем)   

2.09. Забезпечувати безпеку роботи з обладнанням                 

2.07. Експлуатацiйну надiйнiсть            

2.04. Простоту i зручнiсть використання

2.03. Простоту i зручнiсть налагодження                   

2.02. Оперативнiсть i мобiльнiсть застосування             

2.05. Можливiсть використання в комплексi з обладнанням навчального кабiнету

2.10. Вiдповiдати санiтарно-гiгiєнiчним вимогам           

2.06. Бути простим за конструкцiєю                                 

2.08. Ремонтоздатність.             

Визначення першочерговості розробки, виготовлення та постачання до загальноосвітніх навчальних закладів ЗН з фізики потребує детального аналізу забезпеченості, частотності використання та рейтингу важливості засобів навчання. Такий аналіз проведено Інститутом засобів навчання АПН України [2].