Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Теоретические аспекты компьютерного имитационного моделирования в системе технологического образования 16
1.1. Роль и место цифровой техники в процессе подготовки будущих учителей технологии по дисциплине «Электрорадиотехника» 16
1.2. Компьютерное имитационное моделирование как метод познания при подготовке будущих учителей технологии 26
1.3. Теоретические аспекты использования компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии 62
Выводы по главе I 81
Глава II. Разработка и экспериментальная оценка содержания и методики проведения лабораторного практикума будущими учителями технологии при изучении основ цифровой техники 83
2.1. Дидактический отбор лабораторных работ при изучении основ цифровой техники с использованием компьютерного имитационного моделирования 83
2.2. Методика использования метода компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии 99
2.3. Экспериментальная оценка эффективности организации и проведения лабораторного практикума с использованием компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники 128
Выводы по главе II 145
Заключение
- Роль и место цифровой техники в процессе подготовки будущих учителей технологии по дисциплине «Электрорадиотехника»
- Дидактический отбор лабораторных работ при изучении основ цифровой техники с использованием компьютерного имитационного моделирования
- Методика использования метода компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии
Введение к работе
Необходимость приоритетного развития образования в настоящее время обусловлена научно-техническим прогрессом и глобальной технологизацией передовых стран мира. Уровень современного производства, науки и техники, а также социальные преобразования определяют заинтересованность общества в подготовке конкурентоспособного, высококвалифицированного, интеллектуального и инициативного специалиста с развитым творческим мышлением, что обуславливает разработку и создание новых технологий обучения студентов в вузах. Подготовка студентов по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство» в области электрорадиотехнологий проходит в том числе и при обучении их основам цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника». Можно утверждать, что такая подготовка является необходимой задачей в профессиональном становлении будущего учителя технологии и фундаментальным аспектом их технологического образования.
Современные электрорадиотехнические устройства и системы являются универсальным и исключительно эффективным средством при решении различных проблем в области сбора, обработки, передачи и преобразования информации, автоматического и автоматизированного управления, выработки, преобразования и передачи энергии. Сфера применения подобных устройств и систем постоянно расширяется, а роль электрорадиотехнических дисциплин существенно возрастает в связи с широким внедрением микропроцессорной техники для обработки информации. Практически каждая достаточно сложная техническая система оснащается электронными и радиотехническими устройствами. Трудно назвать технологический процесс, управление которым осуществлялось бы без использования достижений электрорадиотехнического комплекса наук — электротехники, радиотехники, автоматики, аналоговой и цифровой электроники и др. Традиционные методы обучения студентов электрорадиотехническим дисциплинам рассматриваются в работах О.А. Абдуллиной, К.К. Аграновского и Д.Н. Златогурского и В.Г. Киселева, СИ. Баскакова, А.Н. Богатырева, Ю.А. Быстрова и И.Г. Мироненко, И.С. Гоноровского, Ю.А. Грушевского и В.А. Каторгина, Г.И. Изъюровой, А.И. Кучумов, В.М. Когана, Л.А. Мальцевой и Э.М. Фромберга, В.В. Пасынкова и Л.К. Чиркина, Э.Т. Реда, У.Ф. Стейнберга, А.А. Степанова, Р. Токхайма, Э.М. Фромберга, B.C. Ямпольского, [2, 5, 20, 21, 27, 31, 54, 58, 59, 140, 86, 93, 101, 118, 141, 191,159, 163, 172, 195] и др.
По общему мнению, на сегодняшний день самым динамично развивающимся направлением в электронике и радиотехнике является изучение проблем, связанных с разработкой и изготовлением цифровой техники. Данное положение обусловлено кризисом аналоговой информации и средств ее получения, накопления, хранения, преобразования и передачи. Это проявляется в следующих основных явлениях:
накопленную информацию сложно перерабатывать и передавать;
сложно обеспечить длительную сохранность информации;
устройства записи, хранения и воспроизведения информации чрезвычайно разнородны.
Ряд авторов в своих работах особенно подчеркивают ведущую роль цифровой техники во всех сферах жизнедеятельности человека и особенно в производстве; важность и необходимость изучения основ цифровой техники и при этом обязательное отражение ее современного уровня развития [95].
Цифровые технологии объединили текст, звук, графику, фото, видео в однородном цифровом представлении, а соответственно, и средства обработки, хранения, воспроизводства массивов информации стали концептуально одинаковыми. Цифровая форма представления и хранения информации позволяет не только появляться новым технологиям радиоэлектроники, но и на новом качественном уровне развивать запись, хранение, обработку и передачу знако-символьной, звуковой и видеоинформации. В наступившей эпохе глобальных информационных технологий технической базой стал персональный компьютер с цифровым представлением информации. В таких условиях наиболее актуальным представляется изучение цифровой техники при подготовке учителя технологии.
Широкое проникновение, внедрения и использования математических методов, в частности использование математических моделей электронных устройств, а также компьютерных средств при разработке и производстве новых образцов электрорадиотехнических устройств вносят изменения и в подходах к изучению, анализу и синтезу электронных и радиотехнических изделий, в том числе устройств цифровой техники. Со всей очевидностью проявляется необходимость разработки и внедрения новых технологий обучения студентов основам цифровой техники, базирующихся на использовании компьютеров и специального программного обеспечения.
Одним из перспективных направлений таких разработок является использование широких возможностей методов моделирования, в частности метода компьютерного имитационного моделирования (КИМ) при обучении студентов основам цифровой техники.
Сегодня персональный компьютер является необходимым и неотъемлемым элементом процесса подготовки будущих учителей, в том числе и учителей образовательной области «Технология». Персональный компьютер всерьез и надолго нашел свое применение в качестве инструментального средства в процессе подготовки учителей технологии, особенно при выполнении обучающимися учебного эксперимента. Однако компьютерное обучение должно и может быть взаимосвязано с классическими методами обучения.
Компьютеризация образования создает благоприятные условия для широкого внедрения в практику обучения студентов различным дисциплинам на основе применения новых информационных технологий. Проблемы компьютеризации обучения рассматриваются в работах Ю.А. Воронина, Б.С. Гершунского, В.А. Ефимова, Л.А. Растригина, И.В. Роберт [41, 44, 51, 68, 139, 142] и др. Методы обучения с использованием компьютерной техники и программных средств (ПС) компьютерного моделирования при изучении технологических дисциплин стали объектом исследования в работах В.И. Андреева, Ю.А. Воронина, Ю.А. Грушевского и В.А. Каторгина, И.И. Дрига и Г.И. Раха, Д.М. Клеймана, Н.А. Клещеевой, Г.М. Коджаспировой и К.В. Петрова, М.Ф. Посновой, В.Д. Разевига, Н.В. Разу мовской, O.K. Филатова, С.Н. Шайланова [10, 43, 58, 59, 65, 82, 84, 87, 129, 135, 136, 137, 138, 167,186, 49, 50,116, 192,132] и др.
Одним из перспективных направлений использования персонального ком- пьютера при подготовке учителя технологии является метод компьютерного ими тационного моделирования, который может применяться при изучении студентами различных дисциплин, например, «Автоматика и цифровая электроника», и ее составной части - цифровой техники — в интегрированном курсе «Электорадио-техника».
Проблема моделирования - одна из важнейших методологических проблем, т выдвинутых на передний план развитием ряда естественных наук XX в., в особенности физики, химии, кибернетики. Прошедшее столетие принесло этому методу новые успехи, но одновременно поставило его перед серьезными испытаниями. С одной стороны, кибернетика обнаружила новые возможности и перспективы этого метода в раскрытии общих закономерностей и структурных особенностей систем различной физической природы, принадлежащих к разным уровням организации материи, формам движения. С другой же стороны, теория относительности, в особенности квантовая механика, указали на неабсолютный, относительный характер механических моделей, на трудности, связанные с моделированием. Но как бы там ни было, интерес к моделям и моделированию стал всеобщим, и теперь нет, пожалуй, ни одной науки, ни одной отрасли знания, где не пытались бы говорить о моделях, заниматься моделированием [41, с. 4]. ft Естественно, что модели и модельный эксперимент не обошел вниманием и процесс образования. Во многих случаях мы говорим о моделировании, понимая под этим термином такой широкий диапазон понятий, начиная от моделирования учебного процесса и заканчивая кибернетическим моделированием в контурах управления.
Теоретические основы моделирования раскрываются в работах В.А. Вени кова, Ю.А. Воронина и P.M. Чудинского, Дж. Клейнена, Я.Г. Неуймина, А.И. Уе мова, Р. Шеннона, В.А. Штоффа [33, 35, 41, 83, 111, 164, 187, 188] и др. В данной работе мы берем за основу исследования по моделированию, проводимые Ю.А. Ворониным и P.M. Чудинским.
В образовательной области «Технология», которая является интегративной по своей структуре и методам, модели и модельный эксперимент присутствуют практически во всех учебных дисциплинах. Однако проведенный анализ использования разнообразных моделей в структуре познания студентами оптимальных методов и способов преобразования материи, энергии и информации и последующего овладения ими показал, что КИМ и широкие дидактические возможности ПС КИМ не всегда применяется продуманно. В диссертационной работе рассматривается применение одного из наиболее перспективных и широко используемых видов модельного эксперимента, а точнее КИМ, на примере обучения студентов основам цифровой техники.
В результате анализа состояния проблемы исследования были выявлены противоречия между:
широким использованием цифровых устройств во всех сферах человеческой деятельности и недостаточным определением значимости основ цифровой техники в практике обучения курсу «Электрорадиотехника» при подготовке будущих учителей технологии;
современными подходами, основанными на методе компьютерного имитационного моделирования, позволяющими проникать более глубоко в сущность изучаемых явлений, процессов и закономерностей цифровой техники, и традиционно ft применяемыми средствами натурного эксперимента;
осознанной потребностью вузовской практики подготовки будущих учителей технологии в разработке методического обеспечения по использованию компьютерного имитационного моделирования в курсе «Электрорадиотехника» и ограниченными возможностями материально-технической базы, средств натурного эксперимента в педвузах.
Данные противоречия позволяют определить проблему нашего исследовать ния: какие средства и методы использовать при организации познавательной дея тельности будущих учителей технологии для эффективного изучения основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника»?
Актуальность данной проблемы, ее недостаточная разработанность обусловили выбор темы исследования: «Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии».
Целью исследования является теоретическое обоснование, разработка и экспериментальная проверка методики использования компьютерного имитационного моделирования в процессе изучения студентами педагогических ВУЗов основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника».
Объект исследования - познавательная деятельность студентов при изучении основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника».
Предмет исследования - компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники.
Гипотеза исследования. Методика использования компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии будет эффективна, если:
в процессе организации самостоятельной познавательной деятельности студентов по изучению основ цифровой техники наряду с натурным экспериментом будет использоваться компьютерное имитационное моделирование как метод познания;
содержание и структура компьютерного лабораторного практикума по изучению основ цифровой техники с использованием программных средств компьютерного имитационного моделирования будут разработаны с учетом возможностей дифференциации и индивидуализации обучения;
применять программные средства компьютерного имитационного моделирования, соответствующие обоснованным дидактическим требованиям.
В соответствии с объектом, предметом, проблемой и целью нашего диссертационного исследования были поставлены следующие задачи. 1. В рамках исследования уточнить понятия «модель», «компьютерное моделирование», «имитационная модель», «компьютерное имитационное моделирова ниє» и раскрыть их сущность; рассмотреть классификацию моделей и выявить место в ней компьютерных имитационных моделей; определить структуру компьютерного имитационного моделирования.
Обосновать и сформулировать требования к программным средствам компьютерного имитационного моделирования для использования в процессе обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники.
На основе анализа содержания и структуры Государственного образовательного стандарта ВПО по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство» разработать компьютерный лабораторный практикум по изучению основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника» с использованием программных средств компьютерного имитационного моделирования.
Разработать методику обучения студентов основам цифровой техники с использованием метода компьютерного имитационного моделирования по курсу «Электрорадиотехника».
Экспериментально проверить эффективность разработанной методики использования компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника» будущими учителями технологии.
Методологической и теоретической базой исследования являются теории личности и деятельности (Л.С. Выготский, А.Н. Леонтьев, С.Л. Рубинштейн и др.); теоретические положения о формировании и развитии мотивации (Л.С. Выготский, С.Л. Рубинштейн и др.); фундаментальные работы по дидактике (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, В.В. Краевский, И.Я. Лернер, П.И. Пидкасистый, М.Н. Скаткин и др.); идеи самообучения и творческого саморазвития (В.П. Беспалько, М.И. Махмутов, и др.); работы по развитию самостоятельной познавательной деятельности (М.Г. Гарунов, Н.Г. Дайри, Б.П. Есипов, П.И. Пидкасистый, А.В. Усова и др.); основы построения и использования педагогических технологий (В.П. Беспалько, Ю.А. Воронин, М.В. Кларин, Т.С. Назарова, Е.С. Полат, А.Я. Савельев, Н.Ф. Талызина и др.); работы в области моделирования (В.А. Веников, Ю.А. Во ронин, Я.Г. Неуймин, А.И. Уемов, P.M. Чудинский, Р. Шеннон, В.А. Штофф и др.), теоретические положения общетехнической подготовки будущих учителей технологии (А.Н. Богатырев).
В исследовании применялись различные методы научно-педагогического исследования, адекватные сложности изучаемого объекта. Для решения поставленных задач и проверки исходных гипотез были использованы как теоретические, так и экспериментальные методы исследования:
анализ и синтез образовательных стандартов, философской, психологической, педагогической, учебной, методической, специальной литературы по иссле г дуемой проблеме;
обобщение и систематизация научных положений по теме диссертационного исследования;
анализ учебно-методических материалов: по компьютерному имитационному моделированию и обучению студентов с использованием новых информационных технологий;
анализ результатов контроля и эксперимента.
педагогический эксперимент;
наблюдение, изучение и обобщение опыта в процессе проведения лаборатор-но-практических занятий с применением как метода компьютерного имитационного моделирования, так и натурных экспериментов при проведении педагогического эксперимента;
оценка уровня обученности с помощью дидактического оценочного материала и анкетирование студентов;
статистическая обработка результатов педагогического эксперимента.
Опытно-экспериментальная база исследования. Исследование осуществлялось на базе ГОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет», ОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт». В эксперименте приняли участие студенты в количестве 308 человек. hj Организация и основные этапы исследования. Диссертационное иссле дование, проводившееся в течение 2000 - 2004 гг., осуществлялось в три этапа.
На первом этапе (2000 - 2001 гг.) была выделена проблема и намечена тема исследования, определены объект, предмет, цели, гипотеза, задачи, научный аппарат и база исследования; проанализировано состояние проблемы в теории и практике, а именно были изучены литературные источники и учебно-методический материал по изучению электрорадиотехнических дисциплин; проведено исследование проблемы КИМ, а также анализ и отбор ПС КИМ; проанализирован ГОС ВПО к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки будущего учителя технологии по курсу «Электрорадиотехника». Была разработана методика применения ПС КИМ CircuitMaker 2000.
На втором этапе (2001 — 2003 гг.) были созданы организационные, материальные и методические условия для экспериментальной работы; разработан ряд дидактических материалов и комплекс лабораторно-практических работ по дисциплине «Электрорадиотехника» с использованием методов КИМ; экспериментально апробирована разработанная методика обучения студентов с использованием КИМ при изучении основ цифровой техники в ГОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт». В 2001 - 2002 учебном году был проведен первый констатирующий и формирующий педагогический эксперимент.
На третьем этапе (2002 - 2004 гг.) был осуществлен второй констатирующий и формирующий педагогический эксперимент (с учетом результатов первого): обобщены результаты экспериментальной работы по исследованию влияния разработанной методики на эффективность обучения студентов. Проводился качественный и количественный анализ, теоретическое обобщение результатов, полученных в ходе опытно-экспериментальной работы; была осуществлена систематизация, обобщение и статистическая обработка полученных данных. Сформулированы основные выводы по теме исследования.
Научная новизна исследования состоит в том, что уточнены в контексте диссертационной работы понятия «модель», «компьютерное моделирование», «имитационная модель», «компьютерное имитационное моделирование», «самостоятельная работа»;
разработаны структурные схемы дисциплин, и с учетом современного значения определено место и роль цифровой техники в составе дисциплин, входящих в интегрированный курс «Электрорадиотехника»;
сформулированы дидактические требования к программным средствам ком пьютерного имитационного моделирования;
предложена методика обучения студентов основам цифровой техники с использованием компьютерного имитационного моделирования.
Теоретическая значимость исследования. Конкретизированы дидактические принципы организации самостоятельной работы студентов на лабораторном » практикуме по курсу «Электрорадиотехника», а также сформулированы дидактические требования к ПС КИМ, позволяющие проводить теоретический анализ эффективности организации процесса обучения с использованием ПС КИМ. Разработана методика обучения основам цифровой техники с использованием КИМ в самостоятельной работе студентов с учетом структуры и алгоритма построения имитационных моделей при проведении компьютерного имитационного модели-рования на лабораторном практикуме, который может быть положен в основу других теоретических разработок организации лабораторного практикума с использованием КИМ.
Практическую значимость имеют разработанные:
методические рекомендации по использованию ПС CircuitMaker 2000 в учебном процессе при изучении студентами основ цифровой техники;
С комплекс лабораторно-практических работ по курсу «Электрорадиотехника» с использованием ПС КИМ CircuitMaker 2000;
методика организации и проведения лабораторно-практических занятий по изучению основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника» на основе метода КИМ, которая может быть использована в практике работы педагогических вузов;
база заданий дидактического оценочного материала по основам цифровой ;\ техники в курсе «Электрорадиотехника».
Результаты настоящего исследования показывают, что предлагаемая методика обучения студентов основам цифровой техники может быть использована при организации обучения студентов в педагогических вузах и других образователь- ных учреждениях всех типов, а также на курсах повышения квалификации работ ников образования.
Достоверность и обоснованность научных положений, выводов, рекомендаций, сформулированных в диссертации, обеспечивается использованием соответствующих цели, объекту, предмету и задачам исследования методов психолого-педагогического анализа и обобщения, получением для этого достаточного коли-р чества материалов, в том числе в ходе педагогического эксперимента; использованием математических методов обработки полученных результатов, а именно:
анализом образовательных стандартов ГОС ВПО, философской, психологической, педагогической, учебной, методической, специальной литературы по исследуемой проблеме; анализом учебно-методических материалов;
теоретическими методами исследования поставленных проблем (анализ и синтез, проведение аналогий, обобщение, систематизация научных положений по теме диссертационного исследования);
экспериментальными методами и формами работы (наблюдение педагогических явлений, интервьюирование, исследования констатирующего и формирующего характера, анкетирование, оценка уровня обученности студентов с использованием дидактических оценочных материалов, опытная проверка и внедрение разработанной методики).
Основные положения, выносимые на защиту:
Компьютерное имитационное моделирование как метод познания активизирует познавательную деятельность и способствует повышению уровня обученности студентов основам цифровой техники.
Применение компьютерного имитационного моделирования и реализующего его ПС в самостоятельной познавательной деятельности студентов способствует ri формированию исследовательских умений и навыков (планирования, организации и проведения компьютерного модельного имитационного эксперимента, анализа его результатов, обобщения полученных результатов формулированию выводов) и позволяет организовать исследовательскую деятельность студентов, что способствует формированию и развитию их творческих способностей и мышления (умения ставить проблему и/или гипотезу, строить и проверять гипотезы, сопоставлять факты, делать умозаключения, прогнозировать результаты своей деятельности). 3. Организация познавательной деятельности студентов, основанная на алгоритме проведения компьютерного имитационного моделирования в учебном познании, позволяет создать условия индивидуализации и дифференциации обучения и обеспечивает более глубокое изучение исследуемых явлений, процессов и закономерностей.
Апробация и внедрение результатов исследования. Теоретические положения и материалы, базовые идеи и результаты исследования были изложены на заседаниях кафедры «Технической механики и технологического образования» ГОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет», на международных, Всероссийских и региональных конференциях: VIII Международной конференции «Преподавание технологии в школе. Подготовка учителей технологии и предпринимательства» (2002) в г. Москве; Международной научно-практической конференция МПГУ «Технологическое образование в школе и ВУЗе в условиях модернизации образования» (2003) в г. Москве; Всероссийской научно-методической конференции «Непрерывное техническое образование школа-колледж-вуз» (2002) в г. Екатеринбурге; Всероссийской научно-практической конференции «Технологическое образование: состояние, проблемы и перспективы развития» (2002) в г. Иркутске; Региональной научно-практической конференции «Актуальные вопросы развития образовательной области «Технология» (2002) в г. Нижнем Новгороде; VI Международной научно-практической конференции «Подготовка учителей технологии в условиях реформирования образования» (2002 г.) в г. Туле; Всероссийской электронной заочной конференции «Актуальные вопросы развития образовательной области «Технология» (2002) в г. Комсомольск-на-Амуре; Межрегиональной научно-практической конференции «Актуальные проблемы непрерывного технологического образования» (2003) в г. Шадринске; IX ГЇ Международной научно-практической конференции «Технология. Творчество. Личность.» (2003) в г. Курске; Международной научно-практической конференции «Технолого-экономическое образование в XXI веке» (2003) в г. Новосибирске; Международной научно-практической конференции «Совершенствование содержания, форм и методов подготовки и повышения квалификации учителей технологии в условиях модернизации российского образования» (2004) в г. Туле; Межвузовская научно-методическая конференция «Пути совершенствования технологической подготовки в вузе и школе» (2004) в г. Стерлитамак; X Международной конференции по технологическому образованию школьников «Технологическое развитие в условиях модернизации образования» (2004) в г. Москве.
Методика обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники с использованием метода КИМ прошла полную проверку, а результаты исследования были внедрены в процесс обучения курсу «Электрорадиотехника» при подготовке дипломированных специалистов по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство» в ГОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт», что подтверждено актами внедрения диссертационного исследования.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, двух глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.
Роль и место цифровой техники в процессе подготовки будущих учителей технологии по дисциплине «Электрорадиотехника»
Одним из направлений профессиональной подготовки будущих учителей технологии в области электрорадиотехнологий является изучение основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника». Изучение студентами электрорадиотехнических дисциплин является одним из фундаментальных аспектов их технологической подготовки, в том числе по разделам, связанным с изучением основ цифровой техники. Поэтому нам необходимо выяснить ту роль и место цифровой техники, которую она занимает в Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования.
На основе анализа ГОС ВПО по курсу «Электрорадиотехника» нами рассмотрены основные блоки, связанные с цифровой техникой, необходимые для разработки содержания и структуры компьютерного лабораторного практикума по изучению основ цифровой техники с использованием ПС КИМ.
Как известно, стандарт фиксирует те общеобразовательные знания, умения и навыки, которыми должен обладать молодой специалист, чтобы получить соответствующую квалификацию [122].
В нашей стране стандарт образования является основным нормативным документом, несущим толкование определенной части Закона РФ «Об образовании». Он развивает и конкретизирует такие характеристики образования, как содержание, уровень и форма предъявления, указывает методы и способы измерения и ин терпретации результатов обучения [119].
Министерством образования Российской Федерации утверждены государственные стандарты высшего профессионального образования, в соответствии с которыми устанавливаются самые общие требования к содержанию высшего обра зования по каждому направлению и для каждой специальности определены обяза тельные дисциплины, которые должен изучить каждый студент. Это общие гуманитарные и социально-экономические дисциплины; математические и естественно-научные; общепрофессинальные (для данного направления или специальности) и специальные дисциплины [122].
Основной целью обучения в педагогическом вузе будущих учителей техно г логии является подготовка высококвалифицированных специалистов, владеющих необходимыми знаниями, умениями и навыками в различных отраслях науки и техники. В Государственном образовательном стандарте, принятом в 2000 году, определены основные требования к уровню подготовки выпускника по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство». В контексте нашего исследования выделим основные требования, которым должен соответствовать учитель технологии:
? владение педагогическими технологиями, современными техническими средствами обучения;
? умение осуществлять проектную деятельность, начиная от осознания проблемы и кончая получением реального результата;
Y) умение пользоваться компьютерной техникой и другими средствами связи и информации, включая телекоммуникационные сети; понимание тенденций и основных направлений развития науки и техники, основных экологических проблем современной цивилизации.
Данные требования стандарта определяют основные направления в подготовке студентов.
Кроме того, в ГОС ВПО особенно подчеркивается то, что выпускник, полу - чивший квалификацию учитель «Технологии и предпринимательства», должен быть готов осуществлять обучение и воспитание обучающихся (школьников) с учетом специфики преподаваемого предмета и обеспечивать уровень подготовки обучающихся, соответствующий требованиям государственного образовательного стандарта [55]. Следовательно, будущий специалист прежде всего должен владеть данным предметом на высоком уровне и быть готовым применять свои знания и умения в практической деятельности. Выпускник, получивший квалификацию «Учитель технологии и предпринимательства», должен знать основы общетеоретических дисциплин в объеме, необходимом для решения педагогических, научно-методических и организационно-управленческих задач.
В связи с тем, что изучение основ цифровой техники студентами - будущими учителями технологии - осуществляется в основном в курсе «Электрорадиотехника», нам в первую очередь необходимо определить трактовку этого понятия.
Под термином электрорадиотехника понимается « ... комплекс научно-технических дисциплин, из которых важнейшими являются электроника, электротехника и радиотехника» [28, с. 98].
Дидактический отбор лабораторных работ при изучении основ цифровой техники с использованием компьютерного имитационного моделирования
Обучение будущих учителей технологии основам цифровой техники в рамках дисциплины «Электрорадиотехника» проводится в процессе лекционно-теоретических и лабораторно-практических занятий.
Теоретическая подготовка студентов осуществляется, в основном, на лекциях, а практические умения и навыки они приобретают в ходе экспериментальных практических занятий. В теоретической подготовке студентов при изучении основ цифровой техники необходимо особое внимание уделять формированию системы знаний обучаемых, в основе которой лежат понятия. Образование понятий происходит в результате анализа вновь открытых научных фактов, через системы, в которых происходит формулирование научных законов и теорий. И если студентами не будут усвоены научные понятия, то и законы и теории также останутся для них недоступными. С психологической точки зрения развитие, становление и совершенствование понятий протекает в результате воздействия вербальной информации на процессы установления взаимосвязей существенных признаков в коре головного мозга на основе первой и второй сигнальных систем.
При изучении основ цифровой техники будущие учителя технологии знакомятся с понятийным аппаратом состоящим из множества электрических явлений, методов анализа, измерений электрических процессов и др. Таким образом, необходимой частью теоретической подготовки студентов при изучении основ цифро 84 вой техники является не только формирование фундаментальных законов, но и понятий, что и определяет необходимость построения лекционно-теоретических занятий с учетом психолого-дидактических условий формирования и усвоения теоретических закономерностей.
Практическая и экспериментальная подготовка студентов по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство», при изучении курса «Электрорадиотехника» проходит в форме лабораторно-практических работ, выполнение которых позволяет учащимся приобретать и развивать необходимые практические и экспериментальные умения и навыки, а также закреплять те теоретические знания, которые получены ими на лекционно-теоретических занятиях. Одним из главных отличий данного курса является экспериментальный характер, заложенный в основу проведения лабораторно-практических занятий. При традиционных формах проведения лабораторного практикума студенты приобретают свои знания, умения и навыки в процессе проведения ими натурного эксперимента на соответствующем традиционном метрологическом лабораторном оборудовании.
В настоящее время в связи с развитием компьютерной техники и средств информационных технологий натурный эксперимент в процессе изучения студентами курса «Электрорадиотехника», в том числе и при изучении основ цифровой техники, должен быть обязательно дополнен и расширен за счет использования КИМ. Целесообразность использования КИМ в процессе научного исследования и учебного познания была нами рассмотрена в параграфе 1.2.
Как отмечено выше, формы вузовского образовательного процесса различаются по основным источникам формирования у студентов знаний и умений. Вследствие того, что эффективное изучение основ цифровой техники студентами может осуществляться только лишь при условии выполнения ими лабораторно-практических работ, рассмотрим особенности проведения лабораторно-практических занятий.
Лабораторные занятия предполагают приобретение новых знаний, закрепление ранее изученного учебного материала, овладение экспериментальными умениями и навыками по данной дисциплине. Формирование познавательной самостоятельности студентов должно осуществляться и на практических, и на лабораторных занятиях [99, с. 63]. Но главное различие между практическими и лабораторными занятиями состоит в том, что лабораторные занятия предполагают работу с соответствующими экспериментальными установками и другим оборудованием, что позволяет студентам понять сущность используемых методов, а также обрабатывать экспериментальные результаты, вычислять погрешности и оценивать степень их достоверности.
Именно лабораторные занятия в большей степени позволяют обучающимся проявить на практике все те знания, которые были получены в ходе обучения, и установить степень самостоятельности студентов, а, следовательно, их готовность к саморазвитию и самообразованию.
Методика использования метода компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии
Рассмотрев выше использование метода КИМ как метода познания при проведении экспериментального исследования моделей цифровых устройств, а также организацию и построение лабораторного практикума по изучению основ цифровой техники, разработку и отбор лабораторно-практических работ для него, нам необходимо исследовать специфику организации процесса проведения лабораторного практикума при выполнении самостоятельных работ студентами с использованием метода КИМ в процессе подготовки будущих учителей технологии по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство» по курсу «Электрорадиотехника». Кроме того, необходимо раскрыть основные условия применения ПС КИМ при организации самостоятельной познавательной деятельности студентов на лабораторно-практических занятиях.
Использование метода КИМ как метода познания в процессе обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники предполагает разработку специальных подходов к организации обучения, обеспечивающих овладение ими умением самостоятельно приобретать новые знания, используя при этом средства информационных технологий и современные способы извлечения и представления учебной информации на их основе. Данная необходимость вытекает из ряда противоречий традиционных методик обучения электрорадиотехническим дисциплинам студентов в педвузе.
В настоящее время в учебном процессе высшей педагогической школы имеет место сложившаяся система проведения лабораторного практикума при изучении дисциплин электрорадиотехнического цикла, построенная на включении студентов в самостоятельную познавательную деятельность в процессе овладения знаниями, умениями и навыками по соответствующим разделам наук. Накоплен довольно богатый опыт организации познавательной деятельности обучающихся в процессе выполнения ими натурного эксперимента на лабораторно-практических занятиях. Однако во многих случаях исследования студентов сопряжены с определенными трудностями, например, сложные вычислительные операции, построение графиков по итогам измерений, таблиц, диаграмм. Кроме того, необходимо отметить и тот факт, что студенты испытывают значительные затруднения перед выполнением натурного опыта при проведении предварительных математических исследований.
При этом, традиционные методики обучения студентов основам цифровой техники при изучении дисциплин электрорадиотехнического цикла в большинстве своем базируются на натурном эксперименте, проведение которого, достаточно часто, связано с определенными ограничениями. Так, Ю.А. Воронин и P.M. Чу-динский [42, 43, 45] выделяют следующие сложности в проведении физического натурного эксперимента в учебном процессе:
а) используется дорогостоящее оборудование;
б) натурный (реальный) эксперимент опасен для здоровья обучающихся;
в) высокая трудоемкость и продолжительность выполнения натурного экспери мента;
г) сложности математических расчетов полученных экспериментальных данных;
д) решение задач исследования процессов, где невозможно применить современ ное метрологическое оборудование и другие.
А.А. Лактионов в своем исследовании [94, с. 108 - 109], отмечает, что подобные затруднения « ... явились явной предпосылкой для введения в процесс лабораторного практикума в качестве дополнительного, богатого своими возможностями инструмента, компьютера с соответствующим программным обеспечением. Методическое значение ПС заключается в том, что они позволяют преподавателю существенно повысить «коэффициент полезного действия» студентов при проведении лабораторных работ».
Все это позволяет сделать вывод о необходимости дополнения традиционных методик обучения новыми, включающими в себя использование персонального компьютера и ПС КИМ. При этом метод КИМ выступает здесь как метод учебно-научного познания. Такой подход к организации и проведению лабораторного практикума в высшей школе позволяет с уверенностью говорить о возможности разрешения накопленных противоречий и повышении эффективности образовательного процесса.
При разработке методики проведения лабораторного практикума мы исходили из предположения, что увеличение уровня обученности, а также развитие самостоятельности, гибкости и устойчивости мышления студентов могут быть существенно повышены, если в основу технологии обучения основам цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника» будет положена идея самостоятельной деятельности по использованию КИМ.
