Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.02, кандидат педагогических наук Володин, Александр Анатольевич

• Володин, Александр Анатольевич
• кандидат педагогических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат педагогических наук Володин, Александр Анатольевич

Введение.

Глава I. Теоретические аспекты компьютерного имитационного моделирования в системе технологического образования.

1.1. Роль и место цифровой техники в процессе подготовки будущих учителей технологии по дисциплине «Электрорадиотехника».

1.2. Компьютерное имитационное моделирование как метод познания при подготовке будущих учителей технологии.

1.3. Теоретические аспекты использования компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии.

Выводы по главе I.

Глава II. Разработка и экспериментальная оценка содержания и методики проведения лабораторного практикума будущими учителями технологии при изучении основ цифровой техники.

2.1. Дидактический отбор лабораторных работ при изучении основ цифровой техники с использованием компьютерного имитационного моделирования

2.2. Методика использования метода компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии.

2.3. Экспериментальная оценка эффективности организации и проведения лабораторного практикума с использованием компьютерного имитационного моделирования при изучении основ цифровой техники.

Выводы по главе II.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии»

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, С.И. 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 JI.K. 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, J1.A. 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, П.А. Клещеевой, Г.М. Коджаспировой и К.В. Петрова, М.Ф. Посновой, В.Д. Разевига, Н.В. Разумовской, 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 компьютера при подготовке учителя технологии является метод компьютерного имитационного 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, 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].

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 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 исследования: какие средства и методы использовать при организации познавательной деятельности 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:

1) в процессе организации самостоятельной познавательной деятельности студентов по изучению основ цифровой техники наряду с натурным экспериментом будет использоваться компьютерное имитационное моделирование как метод познания;

2) 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;

3) 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 моделирование» и раскрыть их сущность; рассмотреть классификацию моделей и выявить место в ней компьютерных имитационных моделей; определить структуру компьютерного имитационного моделирования.

2. Обосновать и сформулировать требования к программным средствам компьютерного имитационного моделирования для использования в процессе обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники.

3. 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.

4. Разработать методику обучения студентов основам цифровой техники с использованием метода компьютерного имитационного моделирования по курсу «Электрорадиотехника».

5. 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 (JI.C. Выготский, А.Н. Леонтьев, СЛ. 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. Воронин, 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 исследуемой 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.

Организация и основные этапы исследования. Диссертационное исследование, проводившееся в течение 2000 - 2004 гг., осуществлялось в три этапа. и

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 гт.) 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 компьютерного 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 моделирования 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; 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 образовательных учреждениях всех типов, а также на курсах повышения квалификации работников 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 количества 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:

1. Компьютерное имитационное моделирование как метод познания активизирует познавательную деятельность и способствует повышению уровня обученности студентов основам цифровой техники.

2. Применение компьютерного имитационного моделирования и реализующего его ПС в самостоятельной познавательной деятельности студентов способствует формированию исследовательских умений и навыков (планирования, организации и проведения компьютерного модельного имитационного эксперимента, анализа его результатов, обобщения полученных результатов и 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

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.

Заключение диссертации по теме «Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)», Володин, Александр Анатольевич

ВЫВОДЫ по главе II N

Использование ПС КИМ существенно сокращает время на подготовку и проведение сложных экспериментов. Многократное повторения экспериментального исследования обеспечивает студентам приобретение навыков анализа результатов эксперимента, формирует умение обобщать полученные результаты и формулировать выводы по проведенному экспериментальному исследованию.

Одним из важнейших моментов методического обеспечения и организации самостоятельной познавательной деятельности студентов с применением ПС КИМ для практикума и построение их описания, по нашему мнению, обязательно должна исходить как из содержания изучаемого материала, так и особенностей проведения лекционно-теоретических занятий. Логика построения учебного курса по изучению основ цифровой техники должна реализовать дидактические принципы, осуществляя преемственность лекционно-теоретических и лабораторно-практических занятий. Кроме того, при отборе ПС КИМ необходимо учитывать дидактические требования к ПС КИМ, а также особенности построения и использования алгоритма проведения КИМ.

Структура предлагаемых нами лабораторно-практических работ основана на использовании метода КИМ как метода познания и направлена на реализацию самостоятельной познавательной деятельности студентов при выполнении работ.

В основу методики проведения занятий нами было положено использование четырех типов самостоятельных работ (воспроизводящие самостоятельные работы по образцу; реконструктивно-вариативные самостоятельные работы; эвристические самостоятельные работы; творческие (исследовательские) самостоятельные работы) выделенных П.И. Пидкасистым с применением КИМ. Такое выполнение студентами лабораторно-практических работ позволяет обеспечить более эффективную организацию процесса изучения основ цифровой техники, а также способствует повышению уровня обученности и развитию познавательной деятельности студентов.

Важным моментом предложенной методики обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники является ее направленность на развитие их творческих способностей. Это развитие осуществляется индивидуально, посредством постановки преподавателем, а затем и самим обучаемым познавательных проблем различного уровня сложности, что позволяет реализовывать дифференциацию и индивидуализацию обучения. Одна из особенностей проведения занятий по разработанной методике заключается в значительном снижении затрачиваемого времени на механическое переписывание, перечерчивание и др., что позволяет повысить уровень познавательной активности учащихся, а также их уровень знаний, умений и навыков.

Контроль над уровнем усвоения учебной информации осуществляется как самим студентом на основе самоконтроля, так и преподавателем с использованием методов опроса, решения заданий дидактического оценочного материала, проверки отчета по проделанной работе и др.

Проведенная опытно-экспериментальная проверка и оценка эффективности разработанной методики обучения студентов основам цифровой техники позволила установить следующую положительную динамику: повышение уровня познавательной деятельности студентов на лабораторно-практических занятиях с использованием КИМ, что выражалось в рационализации этой деятельности, умении ее планировать, организовывать и проводить; приобретение и развитие новых умений по работе с ПС КИМ; повышение уровня знаний, умений и навыков учащихся при развитии заинтересованности к ним и др.

При проведении эксперимента нами была установлена зависимость между выполнением самостоятельных работ студентами на занятиях с использованием

ПС КИМ CircuitMaker 2000 и повышением их уровня знаний, умений и навыков, результатом чего явилось увеличение количества правильно решаемых студентами заданий дидактического оценочного материала. Обнаружено повышение качества итоговых отчетов по проделанной работе, правильность и глубина ответов на контрольные вопросы. Выявлена положительная динамика познавательных интересов студентов проявляющаяся в осознанности учебного материала; повышении уровня самостоятельности в более высокой степени при выполнении самостоятельных работ; творческой направленности познавательной деятельности; повышении мотивации учения за счет снижения количества времени затрачиваемое на механическое сопровождение учебных экспериментов, что также приводит к снижению утомляемости.

Таким образом, результаты проведенного формирующего эксперимента позволяют утверждать, что основное положение гипотезы исследования об эффективности разработанной нами методики обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники, базирующейся на методе КИМ как методе познания нами доказано. В процессе работы решены поставленные задачи, подтверждена выдвинутая гипотеза и доказаны основные положения диссертационного исследования.

148

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенное исследование подтвердило первоначально выдвинутую нами гипотезу и дало основание сформулировать следующие выводы по ее итогам.

Анализ современных научно-методических материалов и ГОС ВПО по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство» показал, что изучение основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника» должно являться одним из приоритетных направлений профессиональной подготовки будущих учителей технологии.

Проблема моделирования - одна из важнейших методологических проблем, актуализация которой обусловлена развитием ряда естественных наук XX в., в особенности физики, химии, кибернетики. В образовательной области «Технология», которая является широко интегративной по своей структуре и методам, модели и модельный эксперимент присутствуют практически во всех учебных дисциплинах.

ПС КИМ позволяют, в отличие от натурного эксперимента более глубоко проникать в сущность происходящих явлений и процессов, что ведет за собой приобретение студентами углубленных и прочных знаний и способствует освоению профессионально значимых умений и навыков.

Использование КИМ - один из перспективных методов обучения студентов основам цифровой техники. В работе были проанализированы понятие и структура компьютерного имитационного моделирования на лабораторно-практических занятиях. Процесс проведения КИМ проходит несколько этапов, при этом его структура имеет свои особенности.

Проходя весь цикл создания имитационной модели, субъект познания осуществляет процесс построения и экспериментирования с имитационной моделью, результаты которого затем экстраполируются на объект-оригинал или реальную систему. В ходе моделирования студент отражает основные этапы научно-познавательной деятельности, что повышает его уровень развития. Многократное повторения экспериментального исследования обеспечивает студентам приобретение навыков анализа результатов эксперимента, формирует умение обобщать полученные результаты и формулировать выводы по проведенному экспериментальному исследованию.

Анализ возможностей ПС КИМ позволяет утверждать, что применяемое нами на лабораторно-практических занятиях ПС КИМ CircuitMaker 2000 имеет преимущества перед другими аналогичными ПС. Использование ПС КИМ CircuitMaker 2000 существенно сокращает время на подготовку и проведение сложных экспериментов.

Эффективное применение ПС КИМ при организации познавательной деятельности студентов на лабораторном практикуме при изучении основ цифровой техники напрямую зависит от конкретных подходов к ее построению.

По нашему мнению, перспективным подходом к построению методики обучения студентов будет организация их самостоятельной познавательной деятельности на лабораторном практикуме. Рассмотрев различные подходы к определению сущности самостоятельной работы, ее классификаций, а также проанализировав требования к материальной базе и организации процесса обучения, основанного на выполнении студентами самостоятельных работ, мы ввели ее определение в контексте нашей работы и приняли за основу классификацию самостоятельных работ, предложенную П.И. Пидкасистым при построении учебных занятий для лабораторного практикума.

Одним из важнейших моментов методического обеспечения и организации самостоятельной познавательной деятельности студентов на лабораторно-практических занятиях является отбор и разработка лабораторных работ для практикума. Построение их описания исходит из содержания изучаемого материала и особенностей проведения лекционно-теоретических занятий. Логика изучения основ цифровой техники должна реализовывать дидактические принципы и осуществлять преемственность лекционно-теоретических и лабораторно-практических занятий, связь теории с практикой.

Структура предлагаемых нами лабораторно-практических работ по основам цифровой техники базируется на использовании метода КИМ как метода познания и направлена на реализацию самостоятельной познавательной деятельности студентов. Мы утверждаем, что используемый на лабораторном практикуме дидактический материал по изучению основ цифровой техники с применением КИМ для эффективного использования должен отражать алгоритм КИМ в сочетании с условиями самостоятельной работы студентов на занятиях, а также включать задания различного уровня сложности для самостоятельной работы.

В основу методики обучения основам цифровой техники студентов было положено использование четырех типов самостоятельных работ с применением КИМ. На лабораторно-практических занятиях с использованием КИМ каждый обучаемый вовлекается в учебную деятельность, перед каждым ставится определенная задача, либо со стороны преподавателя, либо самостоятельно учащимся, что является стимулирующим фактором развития мыслительной деятельности студента, его интеллектуальной активности.

Самостоятельная познавательная деятельность с применением КИМ способствует возникновению проблемных ситуаций, вызывает потребность в размышлении, сравнении и сопоставлении различных данных, получаемых в ходе исследования имитационных моделей цифровых устройств, самостоятельном творчестве.

Важным моментом предложенной нами методики является ее направленность на развитие творческих способностей студентов. Одна из особенностей проведения занятий по разработанной методике заключается в значительном снижении затрачиваемого времени на механическое переписывание, перечерчивание и др., что позволяет повысить уровень познавательной активности студентов, а также их уровень знаний, умений и навыков.

Контроль над уровнем усвоения учебной информации осуществляется как самим студентом (на основе самоконтроля), так и преподавателем (с использованием методов опроса, тестовых заданий, дидактического оценочного материала, проверки отчета по проделанной работе и др.).

Проведенная опытно-экспериментальная проверка и оценка эффективности разработанной методики обучения позволила установить:

1) повышение уровня познавательной деятельности студентов на лабораторно-практических занятиях по изучению основ цифровой техники с использованием КИМ, что выражалось в рационализации этой деятельности, умении ее планировать, организовывать и проводить;

2) приобретение и развитие новых умений по работе с ПС КИМ;

3) повышение уровня знаний, умений и навыков обучаемых при развитии заинтересованности к ним и др.

При проведении эксперимента нами была установлена зависимость между выполнением самостоятельных работ студентами на занятиях с использованием ПС КИМ CircuitMaker 2000 и повышением их уровня знаний, умений и навыков, результатом чего явилось увеличение количества правильно решаемых студентами заданий дидактического оценочного материала. Обнаружено повышение качества итоговых отчетов по проделанной работе, правильность и глубина ответов на контрольные вопросы. Выявлена положительная динамика познавательных интересов студентов, проявляющаяся в осознанности учебного материала; повышении уровня самостоятельности при выполнении самостоятельных работ; творческой направленности познавательной деятельности; повышении мотивации учения за счет снижения количества времени, затрачиваемого на механическое сопровождение учебных экспериментов, что, также приводит к снижению утомляемости.

Таким образом, разработанная методика обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники с использованием метода КИМ и выполнением студентами самостоятельных работ позволила существенно повысить эффективность их обучения.

Результаты проведенного формирующего эксперимента позволяют утверждать, что основное положение гипотезы исследования об эффективности разработанной методики обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники нами доказано. В процессе работы решены поставленные задачи, подтверждена выдвинутая гипотеза и доказаны основные положения диссертационного исследования.

Проведенное нами исследование является одним из подходов к разработке проблемы организации и проведения лабораторно-практических занятий по изучению основ цифровой техники будущими учителями технологии в курсе «Электрорадиотехника». Очевидно, что более глубокого исследования требует проблема оптимального соотношения и использования натурного и модельного эксперимента в учебном процессе, что позволит значительно увеличить эффективность обучения студентов на занятиях по электрорадиотехническим дисциплинам.

Список литературы диссертационного исследования кандидат педагогических наук Володин, Александр Анатольевич, 2005 год

1. Абдеев Р.Ф. Философия информационной цивилизации / Р.Ф. Абдеев. — М.: ** «Владос», 1994. 336 с.

2. Абдуллина О.А. Общетехническая подготовка учителя в системе высшего педагогического образования: Для педагогических специальностей вузов. / О.А. Абдуллина. 2-е изд. - М.: Просвещение, 1990. - 144 с.

3. Аванесов B.C. Теоретические основы разработки заданий в тестовой форме / B.C. Аванесов. М.: «Высшая школа», 1995. - 56 с.

4. Аграновский К.К. Радиотехнические системы: Учебное пособие для студентов вузов / К.К. Аграновский, Д.Н. Златогурский, В.Г. Киселев. — М.: «Выс- г^шая школа», 1979. 333 с.

5. Адлер Ю.П. Введение в планирование эксперимента / Ю.П. Адлер. — М.: «Металлургия», 1968. 155 с.

6. Адлер Ю.П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова, Ю.В. Грановский. -М.: «Наука», 1971. 283 с.

7. Адлер Ю.П. Теория эксперимента / Ю.П. Адлер, Е.В. Маркова. — М.: «Зна-< > ние», 1982. 64 с.

8. Амосов Н.М. Моделирование мышления и психики / Н.М. Амосов. — Киев: Наукова думка, 1965. 303 с.

9. Андреев В.И. Педагогика творческого развития: инновационный курс / В.И. Андреев. — Казань: Изд-во Казанского ун-та, 1996. 570 с.

10. Архангельский С.И. Лекции по теории обучения в высшей школе / С.И. Архангельский. М.: «Высшая школа», 1974. - 320 с.

11. Архангельский С.И. Учебный процесс в высшей школе и его закономерныеосновы и методы. Учеб.-метод. пособие / С.И. Архангельский. М.: «Высшая школа», 1980. - 368 с.

12. Бабанский Ю.К. Внедрение результатов педагогических исследований в практику / Ю.К. Бабанский // Введение в научное исследование по педагогике: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов / Под ред. В.И. Журавлева. — М.: «Просвещение», 1988.-С. 199-215.

13. Бабанский Ю.К. Избранные педагогические труды / Ю.К. Бабанский // Сост. М.Ю. Бабанский. М.: «Педагогика», 1989. - 560 с.

14. Бабанский Ю.К. Оптимизация процесса обучения. (Общедидактический ас-f пект) / Ю.К. Бабанский. М.: «Педагогика», 1977. - 256 с.

15. Бабанский Ю.К. Оптимизация процесса обучения. Общедидактический аспект / Ю.К. Бабанский // Избранные педагогические труды / Сост. М.Ю. Бабанский. — М.: «Педагогика», 1989.-С. 16-191.

16. Бабанский Ю.К. Педагогический эксперимент / Ю.К. Бабанский // Введение в научное исследование по педагогике: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов / Под ред. В.И. Журавлева. М.: «Просвещение», 1988. - С. 91 - 106.

17. Бабанский Ю.К. Проблемы повышения эффективности педагогических исследований / Ю.К. Бабанский. М.: Педагогика, 1982. - 192 с.

18. Баскаков Б.Ф. Проблемы повышения эффективности самостоятельной работы: Автореф. дис. . канд. пед. наук / Баскаков Борис Федорович. Л., 1980. -15 с.

19. X > 20. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы / С.И. Баскаков. М.: «Высшая школа», 1988.-432 с.

20. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника» / С.И. Баскаков. — 3-е изд., перераб. и доп. М.: «Высшая школа», 2000. - 462 с.

21. Беспалько В.П. Анализ состояния исследуемого вопроса. Накопление и фиксирование фактов науки и опыта / В.П. Беспалько // Введение в научное ис

22. Беспалько В.П. Основы теории педагогических систем (Проблемы и методы психолого-педагогического обеспечения технических обучающих систем) / В.П. Беспалько. Воронеж: Изд-во Воронеж, гос. ун-та, 1977. - 304 с.

23. Беспалько В.П. Программированное обучение (Дидактические основы) / В.П. Беспалько. М.: «Высшая школа», 1970. - 300 с.

24. Бир С. Кибернетика и управление производством / С. Бир. Пер. с англ. В .Я. Алтаева. Под ред. А.Б. Челюскина, с предисл. А.И. Берга - М.: Физматгиз,fv 1963.-275 с.

25. Бобкова М.А. Совершенствование самостоятельной работы в методической подготовке будущего учителя физики: Автореф. дис. . канд. пед. наук / Бобкова Мария Абрамовна М., 1979. — 15 с.

26. Богатырев А.Н. Радиоэлектроника, автоматика и элементы ЭВМ: Учебное пособие для 8-9 классов средней школы / А.Н. Богатырев. М.: «Просвещение», 1990. -175 с.

27. Богатырев А.Н. Теоретические основы общетехнической подготовки в системе непрерывного образования. Монография / А.Н. Богатырев. — М.: Изд-во МПГУ им. В.И. Ленина, 1991. 169 с.

28. Быстрое Ю.А. Электронные цепи и устройства: Учебное пособие для элек-тротехн. и энерг. вузов / Ю.А. Быстрое, И.Г. Мироненко. М.: «Высшая школа», 1989.-278 с.

29. Варава И.М. Дидактические условия повышения эффективности самостоя

30. Веников В.А. К вопросу о классификации моделей и методов познания / В.А. Веников//Известия вузов. Энергетика.- 1961.-№10. С. 123- 137.

31. Веников В.А. Моделирование в науке и технике / В.А. Веников. // Наука и человечество. Доступно и точно о главном в мировой науке. М.: «Знание», 1966.-Т.4.-С. 376-395.

32. Викторов Б.Н. Организация самостоятельной работы студентов в вузе (методическое пособие) / Б.Н. Викторов, Л.И. Томашевская. М.: МИЗИ, 1972. -53 с.

33. Воронин Ю.А. Компьютеризация физико-технической подготовки учителя технологии: Автореф. дис. . док. пед. наук / Воронин Юрий Александрович. Воронеж, 2003. - 42 с.Л

34. Воронин Ю.А. Моделирование в технологическом образовании: Монография / Ю.А. Воронин, P.M. Чудинский. Воронеж: Воронежский государственный педагогический университет, 2001. - 226 с.

35. Воронин Ю.А. Натурный и модельный эксперимент в учебном познании / Ю.А. Воронин, P.M. Чудинский // Наука и школа. 2002. - №3. - С. 33 - 41.

36. Воронин Ю.А. Основы теории технологической подготовки учителя технологии: Учебное пособие / Ю.А. Воронин. Воронеж: Воронежский государственный педагогический университет, 2002. - 112 с.

37. Воронин Ю.А. Перспективные средства обучения. Монография. / Ю.А. Во-f4 ронин. — Воронеж: Воронежский государственный педагогический университет, 2000. -124 с.

38. Воронин Ю.А. Соотношение натурного и модельного экспериментов в физическом практикуме / Ю.А. Воронин, P.M. Чудинский // Физическое образование в вузах. 2003. - Т. 9. - №2. - С. 59 - 75.

39. Гаврилов В.Ю. Особенности моделирования устройств управления электронных систем: Препринт / В.Ю. Гаврилов, Н.Н. Номоконова, В.В. Савельев. Владивосток: ВГУЭС, 2000. - 25 С.

40. Гарунов М.Г. Самостоятельная работа студентов (Материалы лекций прочитанных в Политехническом музее на факультете новых методов и средств обучения) / М.Г. Гарунов, П.И. Пидкасистый. Выпуск I. - М.: «Знание», 1978.-35 с.

41. Гелашвили Н.И. Педагогические основы управления самостоятельной работой студентов в процессе обучения / Н.И. Гелашвили. — Тбилиси: Ганатлеба, 1988.-202 с.

42. Герман-Галкин С.Г. Линейные электрические цепи. Лабораторные работы / С.Г. Герман-Галкин. — СПб.: Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002. — 192 с.

43. Герман-Галкин С.Г. Силовая электроника: Лабораторные работы на ПК / С.Г. ^ Герман-Галкин. СПб., Учитель и ученик, КОРОНА принт, 2002. - 304 с.

44. Глушков В.М. Гносеологическая природа информационного моделирования /В.М. Глушков//Вопросы философии. 1963.-№10. - С. 13 - 18.

45. Голант Е.Я. О самостоятельной работе в высшей школе / Е.Я. Голант. JL: ВВПИ, 1947.-16 с.

46. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы / И.С. Гоноровский. -М.: Радио и связь, 1986. — 512 с.

47. Государственный образовательный стандарт профессионального образования 030600 «Технология и предпринимателльство». М.: Минобразования России, 2000.-23 с.

48. Гришин Д.М. Самостоятельная работа студентов как средство подготовки к непрерывному образованию / Д.М. Гришин // Самостоятельная работа студентов в вузе: теория, опыт, практика: Сб. науч. тр. Калуга: КГПИ, 1990, С. 4-5.

49. Грушевский Ю.А. Методика преподавания электротехники в средней школе: Учебное пособие для студентов индустриально-педагогического факультета пединститута / Ю.А. Грушевский, В.А. Каторгин. Ульяновск: УГПИ им. И.Н. Ульянова, 1993. - 89 с.

50. Грушевский Ю.А. Методические указания к лабораторным работам по радиотехнике: Учебное пособие для студентов индустриально-педагогического факультета пединститута / Ю.А. Грушевский, В.А. Каторгин. — Ульяновск: УГПИ им. И.Н. Ульянова, 1993.-40 с.1. Г'

51. Гурин В.Е. Опросные методы в педагогическом исследовании / В.Е. гурин // Введение в научное исследование по педагогике: Учебное пособие для студентов пед. ин-тов / Под ред. В.И. Журавлева. М.: «Просвещение», 1988.1. С. 123- 138.

52. Дайри Н.Г. О сущности самостоятельной работы / Н.Г. Дайри // Народное образование. 1963. - №5. - С. 29 - 34.

53. Данилов М.А. Взаимодействие деятельности учителя и самостоятельной работы учащихся в процессе изучения нового материала / М.А. Данилов. Казань: Таткнигиздат, 1963. — 67 с.

54. Данилова JI.M. Организация самостоятельной работы студентов: Метод, рекомендации для преподавателей, слушателей ИПК и студентов пед. фак. / Под ред. Даниловой JI.M. М.: ЦУМК Центросоюза, 1990. - 33 с.

55. Дидактика и практика работы вуза. Учебное пособие / Под ред. В.А. Глуз-дов. Н. Новгород: НГПИ, 1991. - 100 с.

56. Дрига И.И. ТСО в общеобразовательной школе: Учебное пособие для сту-^ дентов педагогических институтов / И.И. Дрига, Г.И. Pax. М.: «Просвещение», 1985.-271 с.

57. Емельянов А.А. Имитационное моделирование в экономических информационных системах / А.А. Емельянов, Е.А. Власова. М.: МЭСИ, 1996. - 108 с.

58. Есипов Б.И. Самостоятельная работа учащихся на уроках / Б.И. Есипов. — у М.: Учпедгиз, 1961. 239 с.

59. Ефимов В.А. Компьютер в педвузе / В.А. Ефимов // Информатика и образование. 1989.-№б.-С. 96-98.

60. Жданов Ю.А. Моделирование в органической химии / Ю.А. Жданов // Вопросы философии. 1963. - №6. - С. 63 - 74.

61. Журавлев В.И. Наблюдение как метод педагогических исследований В.И. Журавлев // Введение в научное исследование по педагогике: Учебное посог