Введение к работе
Актуальность проблемы. Предмет "Радиотехника" в подготовке студентов физических факультетов педагогических вузов занимает особое место. Прежде всего, теоретически и методологически он неразрывно связан со многими разделами физики. Появление и развитие радиотехники было бы невозможным без экспериментальньк и теоретических работ Гальвани, Вольта, Эрстеда, Ампера, Фарадея, Максвелла, Герца, Попова, Столетова, Планка и многих других выдающихся исследователей [31, 35, 58, 62 и др.]. Возникновение радиотехники как прикладной физики наложило отпечаток на все последующее ее развитие. В настоящее время невозможно точно очертить границы, проходящие между радиотехникой, радиоэлектроникой, радиофизикой и физикой. С одной стороны, радиотехника является прикладной частью физики и связана с научными открытиями в области электричества, магнетизма, электродинамики и квантовой физики. С другой стороны, методы и достижения радиотехники оказывают огромное влияние на дальнейшее развитие экспериментальной физики и многих других наук. Кратко рассмотрим направления физики, непосредственно связанные с современной радиотехникой и радиоэлектроникой.
1. Электромагнитные колебания и волны в различных электриче
ских цепях, системах и средах.
Теоретические и экспериментальные исследования электрических колебаний в системах с сосредоточенными и распределенными параметрами являются основой для разработки различных методов усиления, возбуждения и преобразования колебаний с частотами от единиц герц до сотен гегагерц. Рассмотрение колебательных процессов в реальных системах с учетом особенностей применяемых нелинейных элементов позволяет выяснить возможности данных систем и указать новые пути создания усилительных, генерирующих и преобразовательных устройств, а также расширить возможности существующих.
2. Электронные процессы в вакууме, газах и в твердом теле. Осо
бенности взаимодействия потока электронов с электрическими и маг
нитными полями.
Изучение взаимодействия электронных потоков с электромагнитными полями в вакууме привело к усовершенствованию конструкций электровакуумных приборов, расширению диапазона их эффективного применения и созданию новых приборов, например, высококачественных цветных кинескопов. Разработанные на основе этих иссле-
дований СВЧ приборы, характеризующиеся динамическим взаимодействием электронных пучков и электромагнитных волн (магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны, лампы обратной волны и др.), нашли применение в радиолокации, спутниковой связи и другой микроволновой технике.
Открытие полупроводниковых материалов с различным типом проводимости и исследование их электрических свойств привело к изобретению транзисторов - принципиально новых приборов для усиления, генерации, преобразования электрических сигналов. Решение проблем микроминиатюризации компонентов транзисторной радиоаппаратуры не только во много раз снизило ее вес, габариты и потребляемую энергию, но и способствовало рождению современных систем радиосвязи с микропроцессорным и компьютерным управлением (сотовой, транковой, индивидуальной спутниковой и др.).
3. Излучение, распространение и прием радиоволн.
Теоретические и экспериментальные исследования приема и излучения радиоволн, а также условий их распространения в различных средах и направляющих системах (волноводах, оптоволоконных и коаксиальных кабелях, двухпроводных линии) играют важную роль в качественном улучшении свойств существующих радиолиний и создании современных систем радиосвязи и радионавигации.
Методы исследования перечисленных направлений тесно связаны с электричеством, магнетизмом, электродинамикой, квантовой физикой, общей теорией колебаний и многими другими областями физики.
С этих позиций базовые знания по радиотехнике должны быть неразрывно связаны с физическими знаниями будущего учителя физики, а предмет "Радиотехника" может оказать значительное влияние на их формирование.
Другим аспектом важности радиотехнической подготовки в условиях современного общества является ее прикладной характер. Жизнь каждого человека окружена большим количеством радиотехнических и радиоэлектронных устройств и приборов, средств связи, систем отображения, хранения и переработки информации, электронной бытовой техники, что требует определенных технических знаний для правильной и безопасной ее эксплуатации. Только в 1988г. (время начала спада промышленного производства в СССР), по данным Госкомстата [48], в стране было произведено бытовых радиоприборов (телевизоров, радиоприемников, аудио- и видеомагнитофонов) более 23 млн. шт. Все это говорит о том, что десятки мил-
лионов граждан в современном обществе не только сталкиваются с радиотехническими приборами как потребители, но и многие из них" так или иначе связаны с ее производством. Немаловажное значение имеют радиотехнические знания в успешном освоении современных систем вооружения и связи при прохождении военной службы выпускниками средних школ.
Развитие науки и технический прогресс является объективным и закономерным процессом, который должен адекватно находить свое отражение в качественном улучшении преподавания физики в средней школе, усилении практической направленности данного предмета и, соответственно, должна изменяться подготовка учителя физики. Знания, полученные будущим учителем физики в курсе радиотехники, значительно расширяют его возможности показывать связь физических теорий в разделах электричества, магнетизма и электродинамики с техникой.
Кроме того, практика педагогической деятельности показывает, что одним из слабых звеньев профессиональной подготовки учителя физики являются экспериментальные умения и навыки [12, 41], которые могут быть востребованы как при постановке физического демонстрационного эксперимента на уроке физики, так и при ведении факультативов и кружков прикладного характера. Значительная часть необходимых умений и навыков будущего учителя физики может формироваться в курсе радиотехники.
Вместе с тем, несмотря на очевидную значимость радиотехнических знаний в системе подготовки учителя физики и их возрастающую роль на современном этапе развития общества, реально наблюдается обратная зависимость объема выделяемых часов на изучение радиотехники, что подтверждается анализом соответствующих программ пединститутов за последние полвека. Только с 1985 года сокращение программы по радиотехнике составляет более 40% (рис. 2).
Данное противоречие, которое в значительной мере характерно для многих специальных предметов в системе подготовки учителя физики, затронуло целый комплекс проблем совершенствования учебной работы в педагогическом вузе. Большое значение в этом отношении имеет прежде всего совершенствование форм, методов, содержания образования, оптимизация учебных планов и программ, а также приведение учебного процесса в соответствие с новыми тенденциями научно-технического прогресса и социально-экономических изменений в обществе.
Для действенного улучшения вузовского обучения и качественных перемен в результатах подготовки специалистов необходимо четко представить те конкретные структурные компоненты учебного процесса, которые нуждаются в существенном усовершенствовании.
К таким компонентам относятся:
научное обоснование цели вузовского обучения;
определение предметного содержания обучения;
выбор оптимальных форм и методов преподавания;
организация эффективной системы управления процессом обучения;
реализация психо лого-педагогических принципов и методов обучения;
регламентация научно-исследовательской и самостоятельной работы;
создание дидактических средств обучения.
Проведенный анализ показывает, что существующая система высшего педагогического образования имеет значительные резервы совершенствования, которые необходимо задействовать прежде всего из-за возникающих противоречий между возрастающими требованиями к качеству обучения в школе по всем предметам, в т.ч. и физике, и уровнем профессионально-педагогической подготовки учителей. Это обусловило актуальность научно-методического обоснования преподавания отдельных дисциплин студентам-физикам на примере радиотехники, разработки программ и комплекса учебных пособий, постановки лабораторного практикума, системы компьютерной поддержки учебного процесса, организации научно-исследовательской и самостоятельной работы и, в конечном итоге, формирования творческого подхода к будущей профессиональной деятельности.
Решению указанных проблем посвящена диссертационная работа в виде научного доклада "Научно-методические основы преподавания радиотехники в педагогическом вузе", выполненная автором в Бурятском государственном университете в 1986 - 1998 г.
Цель исследования состоит в разработке научно-методических основ преподавания радиотехники в педагогическом вузе студентам-физикам.
Объектом исследования выступает профессиональная подготовка учителя физики.
Предметом исследования является система радиотехнической подготовки студентов-физиков в педагогическом вузе (цели, содержание, принципы, методы, организационная структура), а также пути ее совершенствования.
Рабочей гипотезой исследования стало положение о том, что радиотехнические знания, умения и навыки являются важнейшими компонентами профессиональных знаний, умений и навыков учителя физики. Эффективность обучения радиотехнике студентов-физиков в педагогическом вузе обеспечивается, если:
содержание, методы и средства обучения радиотехнике будут направлены на реализацию конечной цели профессиональной подготовки - формированию творческой личности учителя физики;
система обучения радиотехнике в педвузе будет учитывать требования профессиональной подготовки учителя физики, необходимой для работы в различных типах образовательных учреждениях: специальных физико-математических школах и классах, гимназиях, лицеях, общеобразовательных средних школах и средних профессиональных учебных заведениях;
цели, содержание, принципы и методы обучения радиотехники будут реализованы с учетом психолого-педагогических особенностей процесса обучения в высшей школе, социальных требований к выпускнику педвуза и средней школы, а также прогнозируемых изменений в науке и технике;
система учебно-методических пособий и компьютерное обеспечение курса радиотехники будут направлены на организацию самостоятельной познавательной деятельности студентов с учетом целей и задач профессиональной деятельности учителя физики;
применение технических средств в процессе обучения будет обусловлено практическим анализом их пригодности к развитию моторной, умственной и мотивационной сферы личности;
лабораторный практикум по радиотехнике будет иметь практическую направленность и соответствовать требованиям к профессиональным знаниям, умениям и навыкам учителя физики.
Цели, предмет и гипотеза позволяют сформулировать задачи исследования:
-
Исследовать структуру профессиональной подготовки студентов-физиков в педагогическом вузе и показать значение радиотехнических знаний, умений и навыков в профессиональной деятельности учителя физики.
-
Разработать и обосновать содержание лекционного курса и лабораторного практикума по радиотехнике в педагогическом вузе, учитывая, что оно должно основываться на современных научно-технических достижениях в этой области, иметь практическую направ-
ленность и соответствовать требованиям к профессиональным знаниям, умениям и навыкам учителя физики, необходимых для работы в образовательных учреждениях различного типа.
3. Обосновать технологию формирования радиотехнических
знаний и умений у будущего учителя физики в рамках творческой
стратегии обучения в вузе.
4. Создать систему учебно-методического обеспечения курса ра
диотехники с целью организации эффективной самостоятельной ра
боты студентов.
5. Разработать и внедрить систему компьютерной поддержки
курса радиотехники с целью активизации и интенсификации процес
са усвоения знаний, а также расширения возможностей будущего
учителя физики применения компьютерных технологий в профессио
нальной деятельности.
Методика исследований. Исследования проблемы вузовской подготовки будущих учителей физики базировались на методах системно-структурного анализа. В качестве изучаемых систем рассматривались взаимозависимые системы высшего педагогического образования и общего среднего образования применительно к обучению учителей физики и роли радиотехнических знаний для их профессиональной деятельности. В качестве составляющих элементов рассматривалась структура целей, содержания, принципов и методов подготовки будущих учителей физики, а также структура предметных знаний по физике выпускников школ. Для анализа использовались теоретические и экспериментальные педагогические исследования, проведенные автором и другими исследователями. Основными методами исследования явились:
изучение научной и научно-методической литературы по физике, радиотехнике, компьютерным технологиям, педагогике, психологии, дидактике высшей школы, методике подготовки учителей физики, методике обучения физике;
изучение отечественного опыта подготовки учителей физики;
наблюдение за деятельностью студентов и преподавателей;
беседы со студентами и преподавателями;
анкетирование;
экспериментальная проверка эффективности предлагаемой методики обучения радиотехнике;
опытное обучение.
Научная новизна работы заключается в следующем:
- проведен структурный анализ компонентов профессионально
педагогической подготовки будущих учителей физики с точки зрения современной психолого-педагогической теории;
сформулирована научно обоснованная концепция курса радиотехники в педагогическом вузе, определяющая цель, содержание, методы и средства его формирования;
разработана структура, содержание и авторская программа курса радиотехники в педагогическом вузе.
Теоретическая значимость работы состоит в том, что в ней исследована структура познавательной деятельности студента-физика, показано различие целей и задач предметной подготовки по радиотехнике в педагогических и технических университетах, исследованы научно-методические принципы формирования курса радиотехники, обоснована в качестве доминирующей творческая стратегия обучения, определены основные направления совершенствования предметной подготовки по радиотехнике будущих учителей физики.
Практическую ценность работы представляет технология определения содержания радиотехнической подготовки будущего учителя физики и на этой основе созданная система учебно-методического и компьютерного обеспечения с целью оптимальной организации и управления познавательной деятельностью студентов-физиков на лекциях, лабораторно-практических занятиях, в процессе самостоятельной и научно-исследовательской работы.
Достоверность исследования определяется тем, что оно опирается на фундаментальные работы в области психологии, педагогики, дидактики, физики, радиотехники, анализ вузовской системы подготовки специалистов, педагогический эксперимент. Основные итоги исследования неоднократно обсуждались на научных конференциях различного ранга и получили положительные отзывы.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на следующих конференциях: Всесоюзной научно-практической конференции "Совершенствование профессиональной направленности учебно-воспитательного процесса в вузе" (Улан-Удэ, 1990); Научно-практическом семинаре "Использование новых информационных технологий в учебном процессе" (Челябинск, 1991); 8-й Республиканской научно-практической конференции "Новые информационные технологии в учебном процессе и управлении" (Омск, 1991); IV Международной конференции "Информационные технологии в об-
разовании" (Москва, 1995); Межрегиональной научно-практической конференции "Высшее образование в Бурятии: история, современность и перспективы" (Улан-Удэ, 1996); Международной конференции "Информационные технологии в образовании" (Москва, 1997); VII Международной конференции-выставке "Информатизация непрерывного образования" (Москва, 1997); VIII Международной конференции-выставке "Информационные технологии в образовании" (Москва, февраль 1998); VIII Международной конференции "Информационные технологии в образовании" (Москва, ноябрь 1998); Региональной научно-практической конференции "Совершенствование естественнонаучного образования в общеобразовательных учреждениях на современном этапе" (Улан-Удэ, апрель 1999).
Публикации. По теме исследования опубликовано 30 печатных работ, в т.ч. 1 монография и 17 учебных пособий, содержание которых полностью отражает материал диссертации. Основная концепция диссертации изложена в монографии: "Научно-методические основы преподавания радиотехники в педагогическом вузе". - Улан-Удэ: Бур. кн. изд-во, 1998. - 216 с.
На защиту выносятся следующие положения:
радиотехническая подготовка является неотъемлемой частью практической и теоретической подготовки будущего учителя физики;
в соответствии с системным подходом структура и содержание предметной радиотехнической подготовки в педагогическом вузе должны основываться на системе обучения физике в средней школе, научных и технических достижениях физики и радиотехники, а также вузовских требованиях к учебному процессу, образовательных стандартах и профессиограмме учителя физики;
основным направлением совершенствования профессиональной подготовки учителя физики должны стать фундаментализация знаний, интеграция физических, политехнических (в т.ч. радиотехнических), методических, психолого-педагогических знаний на основе усиления межпредметных связей и активизации познавательной деятельности студентов в рамках творческой стратегии обучения;
создание учебно-методического обеспечения курса радиотехники должно быть направлено на раскрытие физических принципов функционирования современной радиоэлектронной техники и устройств с целью организации эффективной самостоятельной работы студентов как на аудиторных занятиях, так и вне их, а также учитывать возможное его применение в будущей профессиональной деятельности;
- содержание лабораторного практикума по радиотехнике должно
соответствовать требованиям к профессиональным знаниям, умениям,
навыкам учителя физики и иметь практическую направленность;
- компьютерное обеспечение курса радиотехники должно активизи
ровать и интенсифицировать процесс усвоения знаний и содействовать
расширению возможности будущего учителя физики применения ком
пьютерных технологий в профессиональной деятельности.
