Межпредметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 13.00.02, доктор педагогических наук Дондоков, Дамба Дондокович

• Дондоков, Дамба Дондокович
• доктор педагогических наук
• 2006

Оглавление диссертации доктор педагогических наук Дондоков, Дамба Дондокович

Введение.

Глава I. Естественнонаучные основы формирования электротехники как науки и учебной дисциплины.

1.1. Электротехника - наука и учебная дисциплина, как результат развития физических знаний.

1.2. Электротехника в структуре подготовки будущих учителей физики и технологии.

1.3. Межпредметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии.

Выводы по первой главе.

Глава II. Теоретические основы разработки концепции повышения качества знаний студентов при обучении их электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой.

2.1. Структурные и содержательные связи физики и электротехники в аспекте повышения качества знаний студентов.

2.2. Электротехнология - интегративная область электротехники и ее роль в повышении качества знаний студентов.

2.3. Методика обучения электротехнике и ее совершенствование при осуществлении межпредметных связей с физикой.

2.4. Содержательные связи физики и электротехники - условие повышения научного и методического уровня лекции.

2.4.1. Методика реализации содержательных связей физики и электротехники в лекционном курсе.

2.4.2. Лекционный физический эксперимент как средство развития познавательной активности студентов.

2.5. Совершенствование методики организации лабораторного эксперимента по электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой.

2.6. Организация самостоятельной работы студентов по электротехнике в условиях межпредметных связей.

Выводы по второй главе.

Глава III. Методические аспекты организации технического творчества студентов в педвузе в процессе обучения их электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой.

3.1. Развитие творческого технического мышления в процессе обучения электротехнике в условиях межпредметных связей.

3.2. Электротехнология в развитии научного творчества студентов

3.3. Развитие творческой познавательной деятельности студентов на базе проектных и изобретательских работ.

Выводы по третьей главе.

Глава IV. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента

4.1. Цели, задачи и методика проведения педагогического эксперимента

4.2. Критерии оценки эффективности проведения педагогического эксперимента.

4.2.1. Критерии оценки методики обучения.

4.2.2. Оценка эффективности результатов технического проекта на основе планирования эксперимента и критериев математической статистики.

4.3. Учебно-методическое обеспечение процесса преподавания электротехники как обобщенный результат исследования.

4.4. Результаты педагогического эксперимента и их анализ.

4.4.1. Результаты эксперимента по проверке качества усвоения понятий, законов и методов.

4.4.2. Результаты эксперимента при внедрении разработанного учебного пособия «Электротехника» в образовательный процесс

4.4.3. Результаты контроля по проверке полноты усвоения знания

4.4.4. Обобщенные показатели итогов педагогического эксперимента.

Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Межпредметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии»

Проблема повышения качества обучения при подготовке специалистов высшей квалификации является одной из важных задач в развитии образовательной системы общества. Объективный процесс современного экономического и социального развития страны выдвигает новые критерии качества продукции, подходы к оценке организации труда и использования энергетических ресурсов требуют от выпускников вуза перспективности и полноты использования ими научных знаний.

Характерной особенностью современного научного познания является объективное усиление в нем интеграционных процессов. Задачи синтеза научного знания приводят к необходимости перехода от изучения совокупности частных явлений к рассмотрению обобщающих научное знание концепций и принципов.

Однако в теории обучения в высшей школе имеется немало нерешенных проблем. В частности, необходимо учитывать новые требования, предъявляемые к качеству подготовки специалистов и, прежде всего, к модернизации методов их обучения с целью повышения качества научных знаний.

Отечественные дидакты и методисты (С.И. Архангельский, П.Р. Атутов, А.А. Вербицкий, Н.В. Кузьмина, А.Г. Молибог, М.Н. Скаткин и др.) основное направление поставленной задачи связывают с внесением в содержание и методы высшего образования фундаментальных изменений, обусловленных интеграционными процессами в науке и технике. В условиях предметной системы обучения дидактическим эквивалентом интеграционных процессов являются межпредметные связи. В настоящее время в работах таких авторов как Ю.К. Бабанский, С.Н. Бабина, И.Д. Зверев, В.Ф. Ефименко, В.Н.Максимова, Н.Н. Тулькибаева, Н.Ф.Талызина, А.В.Усова, В.Н. Федорова, О.А. Яворук и других межпредметные связи рассматриваются как дидактическое условие повышения качества научного уровня знаний студентов, творческих способностей обучающихся и эффективности всего учебного процесса в системе подготовки специалистов.

Нынешний этап модернизации образования являет собой по сути технологический этап, намеченный еще в 1993 г., проводимый сейчас с большим опозданием. В реконструкции образовательной области предстоит преодолеть последствия общественного социально-экономического кризиса еще с 1990-х гг., который поставил образование на грань выживания.

Переход школьной образовательной системы от трудового обучения к технологическому связан с необходимостью совершенствования подготовки будущих учителей физики и технологии, и одним из важных направлений в этом деле считается обучение их в условиях интеграции физического и технологического образования.

Важную роль в такой подготовке играют общетехнические дисциплины, имеющие прикладной характер. Они дают возможность рассмотреть технические и технологические аспекты применения физических явлений, законов и теорий. Законы природы, познанные физикой, с помощью прикладных, технических наук служат техносфере, творчески используются при разработке технических устройств и изучении технологических процессов. Физика передает техническим, прикладным наукам свои методы исследования.

Методологическая ценность использования достижений физики в прикладных науках заключается во всеобщности принципов физики, что способствует единству физического и технологического познания окружающей действительности, повышает теоретический уровень прикладных исследований.

В условиях модернизации экономики наиболее остро стоит проблема разработки и использования новых эффективных видов энергосберегающей и экологической технологий, базирующихся в основном на знаниях из области физики, электротехники, электроники, автоматики. Уровень материальной, а, в конечном счете, и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества освоения и способа применения энергетических ресурсов.

Эта основополагающая истина не только должна быть известна молодежи, но и служить ориентиром при формировании знаний по соответствующим специальностям. Освоение природных энергетических ресурсов в основном производится в форме электрической энергии, как имеющей ряд известных преимущественных особенностей перед другими видами энергии. Широкое внедрение электрификации в быт, в производство и фактически во все сферы человеческой деятельности требует электротехнической грамотности, начиная еще с младших классов общеобразовательных школ.

Широкая электрификация быта, производственно-технологических процессов создает мотивацию изучения основ энергетической, электротехнической наук в образовательном процессе. Одной из важных общетехнических дисциплин, изучаемых будущими учителями физики и технологии, является курс общей электротехники. Общая электротехническая и методическая подготовка их обеспечивается при изучении единственного предмета — курса электротехники.

Проблеме совершенствования качества преподавания электротехники придается особое значение в связи с введением в школы, гимназии и лицеи образовательной области «Технология», которая включает изучение основ наиболее распространенных и перспективных технологий, чаще всего функционирующих на базе электрифицированных процессов.

Необходимость рассмотрения данной проблемы обусловлена рядом объективных факторов и тенденций. Одним из недостатков в организации обучения электротехнике является интенсивный рост научно-технической информации, необходимой для усвоения студентом, и жесткая ограниченность учебного времени.

Электротехника как общетехническая дисциплина по структуре и содержанию имеет интегративную основу. Изучение ее будет более эффективным, если будут использованы дидактические условия межпредметных связей и, прежде всего, с физикой, являющейся научным фундаментом электротехники.

Электротехника, будучи объектом изучения при подготовке будущих учителей физики и технологии, не является простой реализацией физических знаний, она имеет свои специфические законы развития. Применение общих физических законов в реальных условиях функционирования какого-либо электротехнического объекта накладывает множество определенных ограничений конструкторского, технологического, экономического, экологического и эстетического плана. Поэтому для того, чтобы материализоваться в технических объектах, физические знания должны быть трансформированы в технические знания, которые, по сравнению с физическими, менее абстрактны и идеализированы.

В своей совокупности физические и технические знания, полученные студентами в условиях реализации межпредметных связей в процессе их обучения, наиболее эффективно используются при организации и проведении проектной деятельности для развития их технического творчества.

Анализ существующей системы обучения студентов электротехнике в педагогическом вузе показывает недостаточность реализации межпредметных связей. Теория осуществления межпредметных связей в учебном процессе обосновано исследованиями А.В. Усовой и др. [296, 307, 306, 300, 297. и др.], где выделены следующие направления осуществления этих связей:

- преемственность в формировании понятий, познавательных умений и навыков;

- единство в интерпретации общих понятий законов и теорий;

- единый подход к формированию общих понятий и умений;

- формирование профессионально-методических умений и навыков;

- единая терминология и единое обозначение физических величин. Наука, техника и технология как элементы системы деятельности человека полиструктурны и связаны между собой сложными, многоаспектными соотношениями. Изучение современных производственных технологий, основанных на комплексном использовании совокупности современных научно-технических знаний, будет эффективным при реализации в учебном процессе дидактических возможностей межпредметных связей.

В имеющихся исследованиях разработаны теоретические и практические вопросы обучения учащихся на основе межпредметных связей, а также отдельные аспекты подготовки учителей к применению дидактических возможностей межпредметных связей в образовательном процессе школы.

Вместе с тем в настоящее время практически отсутствуют исследования по научно-методическому обоснованию межпредметных связей физики и общетехнической дисциплины электротехники как дидактического условия повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии.

Проведенный обзор состояния обучения студентов электротехнике показывает, что для преподавателей вуза, в том числе и педагогического, требуются научно обоснованные методические рекомендации по проведению целостной системы занятий по общей электротехнике, учитывающих специфику учебного процесса по подготовке будущих учителей физики и технологии. Нужны для этих профессий учебные издания по электротехнике, соответствующие современным образовательным стандартам специальностей, то малое количество имеющихся учебных пособий не отражают профессиональной специфики будущих учителей, страдает избыточной информативностью, отсутствием логической последовательности и стройности изложения материала.

Обзор показывает необходимость основополагающих исследований в области методики обучения электротехнике в условиях осуществления интеграции технологического и физического образований. Сегодня в преподавании электротехники необходимо учитывать технологическую подготовку студентов специальностей «Физика» и «Технология и предпринимательство». Как показывает исследование, наиболее эффективным в технологической подготовке обучаемых является изучение ими новых, прогрессивных видов электротехнологий. Эти виды связаны с непрерывным поточным процессом, экологизацией технологических систем, применением безотходных, малоотходных, ресурсосберегающих технологий, использованием электрофизических, электрохимических и других методов обработки материалов, осуществляемых на основе технологических и физических знаний.

Актуальность решения теоретико-методических проблем технологической подготовки школьников и студентов педагогических вузов в условиях реформирования образования определяется тем, что эта тема становится предметом обсуждения научно-практических конференций (Международная научно-практическая конференция «Совершенствование подготовки учителей технологии» 15-16 февраля 2001 г., МПГУ, Москва; Всероссийская научно-практическая конференция «Технологическое образование: состояние, проблемы и перспективы развития» 26-29 сентября 2002 г., ИГПУ, Иркутск; Международная научно-практическая конференция «Технологическое образование в школе и вузе в условиях модернизации образования», 4-5 февраля 2003 г., МПГУ, Москва и др.).

В развитии и формировании профессионального творчества будущих учителей физики и технологии, как показывает опыт преподавания технических дисциплин, весьма актуальным является реализация дидактических возможностей межпредметных связей с целью мотивации обучаемых к решению конструкторско-технических задач, на занятиях по созданию действующих моделей и устройств, их приобщение к изобретательской деятельности при выполнении научно-технических работ, проводимых на кафедре.

Широкий круг учебных проблем, существующих в преподавании электротехники в педагогическом вузе, требует их анализа и исследования с целью реализации межпредметных связей физики и электротехники как дидактического условия повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии.

Обсуждая вопрос об актуальности данного исследования, в первую очередь, отмечаем главные, наиболее характерные недостатки и противоречия, имеющие место в преподавании электротехники в педагогическом вузе. К ним относятся противоречия между:

• возможностью повышения качества знаний у будущих учителей физики и технологии на основе осуществления межпредметных связей физики и электротехники и недостаточной разработанностью методики реализации этих связей;

• структурой и содержанием учебных пособий по электротехнике, не отвечающих требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования, и необходимостью обеспечения студентов учебными и методическими пособиями, соответствующими целям и задачам специализации обучаемых, способствующими формированию у них комплексных профессионально ориентированных знаний;

• возрастающими требованиями к повышению технологического уровня подготовки студентов (включение в учебную программу курса электротехники темы «Промышленные электротехнологии») и резким сокращением учебной программы по электротехнике;

• требованиями повышения качества общетехнической подготовки будущих учителей физики и технологии посредством усиления связи обучения с элементами технологии современного производства и состоянием оборудования учебно-лабораторной базы. Существование этих противоречий обусловило актуальность нашего исследования.

Анализ данных противоречий потребовал ответа на следующие вопросы, составляющие проблему исследования.

1. Как осуществить обучение студентов электротехнике, чтобы обеспечить повышение качества их знаний на основе реализации дидактических условий межпредметных связей с физикой?

2. Как обеспечить мотивацию студентов к творческой самостоятельности при отборе и приобретении профессионально ориентированных знаний при разработке содержания и структуры учебного пособия по электротехнике, соответствующего требованиям образовательного стандарта специальности?

3. Какое место в образовательном процессе электротехники занимает технологическая подготовка студентов, как она влияет на уровень качества приобретаемых знаний?

4. Как подготовить учителей физики и технологии к осуществлению связи обучения с современной производственной технологией, необходимым компонентом при изучении учащимися физики и технологии в школе?

Все это обусловило выбор темы исследования «Межпредметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии».

Объектом исследования является процесс обучения электротехнике будущих учителей физики и технологии.

Предмет исследования: методика обучения электротехнике будущих учителей физики и технологии при осуществлении межпредметных связей с физикой.

Ведущие идеи проведенного нами исследования можно представить в следующих тезисах.

1. Обучение студентов курсу электротехники, осуществляемое в условиях межпредметных связей с физикой, являющейся ее научной основой, способствует формированию более качественных знаний и создает условия для успешной их реализации.

2. Осуществление межпредметных связей физики и электротехники обеспечивает формирование обобщенных познавательных умений и навыков, обладающих свойством широкого переноса, и создает условия успешной самостоятельной учебной деятельности студентов и развития их профессиональных творческих способностей.

3. Технологическая подготовка будущих учителей физики и технологии является важным компонентом их профессионального образования, и она успешно осуществляется в процессе обучения электротехнике, как одной из общетехнических дисциплин, являющейся образовательной моделью интеграции науки, техники и технологии.

4. Качество профессиональных знаний у будущих учителей физики и технологии повысится, если обеспечить связь обучения с современной производственной технологией, теоретическую основу которой представляет комплексное использование знаний из различных областей наук.

5. Обучение студентов электротехнике будет более успешным, если будет разработано учебное пособие, соответствующее требованиям современного стандарта профессионального образования специальности.

Цели исследования состоят в том, чтобы:

- обосновать и разработать концепцию и модель межпредметных связей физики и электротехники с целью повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии при обучении электротехнике;

- обосновать и разработать методику обучения электротехнике при использовании межпредметных связей с физикой;

- разработать на основе сформулированной концепции и методики обучения содержание курса электротехники и учебное пособие.

На основе анализа состояния объекта исследования была выдвинута гипотеза исследования в следующей формулировке.

Качество освоения содержания образования по электротехнике будущими учителями физики и технологии может повыситься, если:

- их познавательная деятельность будет осуществляться в условиях межпредметных связей с физикой, формирующей фундаментальные научные теории и понятия для изучения курса электротехники;

- использовать в курсе электротехники изучение основ современной электротехнологии как ее интегративной составляющей, обеспечивающей повышение качества технологических знаний будущих учителей физики и технологии;

- разработать и использовать в учебном процессе методы развития творческих и исследовательских способностей студентов, основанных на интеграции физических и современных электротехнологических знаний, умений;

- создать учебное пособие по электротехнике, обеспечивающее мотивацию студентов к самостоятельной познавательной деятельности, раскрывающее обучающимся логику, научное содержание и методы усвоения учебного материала.

Цель и гипотеза проблемы позволили сформулировать задачи исследования:

1. Провести анализ состояния проблемы межпредметных связей в образовательном процессе по физике и электротехнике в педагогическом вузе, определить пути повышения качества предметных знаний у будущих учителей физики и технологии.

2. Определить методологические и исторические аспекты развития физических знаний и в формировании электротехники как науки и учебной дисциплины.

3. Обосновать и определить роль и значение электротехнического знания в системе подготовки учителей физики и технологии.

4. Обосновать и разработать концепцию повышения качества знаний студентов при обучении их электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой.

5. Раскрыть структурные, содержательные связи физики и электротехники и реализовать эти связи в совершенствовании дидактического обеспечения образовательного процесса по электротехнике.

6. Обосновать изучение основ современной электротехнологии в курсе электротехники как ее интегративной составляющей, обеспечивающей повышение эффективности технологической подготовки будущих учителей физики и технологии.

7. Разработать учебное пособие по электротехнике, обеспечивающее мотивацию студентов к самостоятельной познавательной деятельности и способствующее их электротехнологической подготовке.

8. Обосновать методику организации технического творчества студентов на базе проектной и изобретательской деятельности.

9. Разработать методику педагогического эксперимента, проверить эффективность результатов исследования при их внедрении в образовательный процесс.

Методологической основой исследования явились актуальные для педагогической науки принципы теории познания и методика формирования теоретических и практических знаний. Это - диалектический метод познания, методы единства исторического и логического, теоретического и эмпирического, восхождения от конкретного к абстрактному, теория единства научной и реальной картины мира.

Анализ общих закономерностей развития высшей школы осуществлен на основании работ: С.И. Архангельского, В.П. Беспалько, А.А. Вербицкого, С.И. Зиновьева, И .Я. Конфедератова, А.В. Петровского, С.Д. Смирнова и др.

Психолого-педагогические предпосылки к разработке дидактических и методических основ обучения студентов основывались на общетеоретических работах: JI.C. Выготского, П.Я. Гальперина, А.Н. Леонтьева, С.П. Рубинштейна, Д.Б. Эльконина, Б.П. Есипова, М.А. Данилова, JI.B. Занкова, М.Н. Скаткина, А.В. Усовой и также на исследованиях актуальных проблем обучения электротехнике B.JI. Шатуновского, О.В. Долженко, Н.Г. Иоффе, M.JI. Казанника, Н.А. Пятницкого, П.И. Ставского, В.М. Грамматикати, О.А. Иониной, В.К. Петрова, JI.C. Шляпинтоха и др.

Важным научно-методологическим основанием работы стали исследования в области межпредметных связей как дидактического условия повышения эффективности образовательного процесса — М.Н. Берулава [33], С.Н. Бабина [21, 23], А.В. Усова [293, 298], И.С. Карасова [163], В.Н. Максимова [195], С.А. Крестников [177], И.Д. Зверев [140], С.А. Старченко [282], В.Н. Федорова [312], В.Д. Хомутский [316], О.А. Яворук [342, 343] и др.

При моделировании содержания профессионально ориентированных учебно-методических разработок по электротехнике автор опирался на труды: B.C. Пантюшина, М.Ю. Анвельта, Я.А. Шнейберга, В.Г. Герасимова,

A.В. Нетушил, Ю.М. Борисова, Д.Н. Липатова, Ю.Н. Зорина, Ю.Л. Хотунце-ва, А.Н. Аблина, И.П. Верещагина и др.

Также методологическим основанием для работы явились мировоззренческие аспекты изучения курса электротехники, вопросы истории формирования электротехнических знаний. Они представлены в трудах:

B.В. Петрова, О.Д. Симоненко, Я.А. Шнейберга, О.Н. Веселовского, Л.Д. Белькинда, А.Г. Иосифьяна и др.

Ведущей идеей концепции является совершенствование электротехнической подготовки будущих учителей физики и технологии на основе эффективной, научно обоснованной методики обучения электротехнике с основами современной электротехнологии. Она базируется на необходимости придания общетехнической подготовке учителей физики и технологии технологической направленности с учетом творческих, экономических, экологических и других факторов и последствий (П.Р. Атутов, В.А. Поляков, И.А. Сасова, В.Д. Симоненко, С.Н. Бабина и др.).

При решении поставленных задач и проверке гипотезы применялись следующие методы исследования:

1) анализ психолого-педагогической и методической литературы по теме исследования и выяснение на этой основе различных аспектов применения методов обучения электротехнике в вузе;

2) обзор литературных источников по вопросам методологии технических наук, теории и истории техники с целью выявления структуры, содержания и особенностей электротехнического знания;

3) анализ программ, учебных и методических пособий по электротехнике для педагогических, а также и для технических высших учебных заведений;

4) анализ способов моделирования учебного процесса в условиях межпредметных связей;

5) изучение и обобщение опыта обучения курсу электротехники в педвузах;

6) проведение педагогического эксперимента в различных его формах и целевых назначениях;

7) анализ результатов исследования. Этапы исследования

Данное исследование является итогом 25-летней работы автора в Бурятском государственном педагогическом институте и в Бурятском государственном университете в качестве преподавателя электротехники.

На первом этапе работы (1978-1986 гг.) изучался опыт преподавания электротехники в педагогических вузах, проводился анализ состояния учебно-методической и материально-технической базы для обучения электротехнике. В результате этого были определены теоретико-методологические основы исследования, определен объект исследования.

На втором этапе (1987-1993 гг.) намечены подходы к обоснованию концепции по созданию оптимальной дидактической модели учебного процесса по электротехнике, соотнесенной с факторами, обеспечивающими повышение качества предметной подготовки выпускника вуза. Систематизировано учебно-методическое обеспечение образовательного процесса.

Разработана система принципов и методов контроля за самостоятельной работой студентов. На первом и втором этапах образовательный процесс по электротехнике осуществлялся в тесной связи с проведением научно-технических исследований автора по внедрению его изобретений в электротехнических исследований автора по внедрению его изобретений в электротехнологические процессы производства.

Эта работа способствовала приобретению и углублению знаний студентов по электротехнологии, развитию профессионального технического творчества на базе изобретательской деятельности. Результаты научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ обобщались в научных отчетах, прошли регистрацию и микрофильмирование во ВНТИЦентре (Всесоюзный научно-технический информационный центр).

На третьем этапе (1994-1998 гг.) исследования обосновано содержание и структура учебного пособия «Электротехника», предназначенного для студентов специальности «Технология и предпринимательство». Рукописный вариант пособия апробировался при подготовке студентов к зачетам. Проводился педагогический эксперимент по выявлению эффективности разработанного учебного пособия относительно существующих пособий при изучении студентами учебного материала. Также этот этап был посвящен анализу и интерпретации результатов опытно-экспериментальной работы по проверке эффективности разработанной методики обучения электротехнике в условиях осуществления межпредметных связей с физикой в аспекте повышения качества электротехнической подготовки будущих учителей технологии и предпринимательства и физики.

На четвертом этапе (1999-2004 гг.) издано учебное пособие «Электротехника», оно прошло апробацию, проходит внедрение в учебном процессе Бурятского государственного университета, Иркутского, Забайкальского и Челябинского педагогических университетов.

Результаты исследований систематизированы, обобщены в монографии «Методические основы преподавания электротехники в педагогическом вузе» и в данной диссертации.

Научная новизна исследования заключается в следующем: 1. Разработана концепция повышения качества освоения студентами содержания образования курса электротехники при обучении их в уеловиях межпредметных связей с физикой, формирующей фундаментальные научные теории, понятия и законы для изучения электротехники.

2. На основании концепции разработана модель методики обучения будущих учителей физики и технологии курсу электротехники, обеспечивающая повышение качества знаний в результате реализации дидактических условий межпредметных связей с физикой.

3. Разработана и апробирована методика изучения основ современных электротехнологий как интегративной составляющей курса общей электротехники с целью повышения качества технологической подготовки будущих учителей физики и технологии, обеспечивающей условия результативного развития их творческих способностей, профессиональных умений и навыков.

4. Определены условия эффективной реализации разработанной системы межпредметных связей физики и электротехники для развития технического творчества студентов.

5. Рассмотрены пути и методы осуществления процесса подготовки будущих учителей физики и технологии к организации проектной деятельности с реализацией системы межпредметных связей, обеспечивающей качественное обучение учащихся по предмету «Технология», являющемуся интегративной образовательной областью в школьном образовании.

6. Обоснована методика организации научно-исследовательской работы студентов на базе научной лаборатории, в которой осуществлялись экспериментальные исследования для производственных внедрений изобретений автора в области современной электротехнологии. Теоретическая значимость исследования заключается: в дальнейшей разработке теории и практики межпредметных связей в образовательном процессе вуза на основе моделирования методики изучения электротехники при реализации межпредметных связей с физикой, способствующей повышению качества знаний студентов.

Обоснован отбор технологического компонента в содержании курса электротехники, который является связующим звеном между естественнонаучным и техническим компонентами.

Обоснована методика технологической подготовки студентов при изучении основ современной электротехнологии в курсе общей электротехники, являющейся образовательной моделью интеграции науки, техники и технологии.

Разработанное учебное пособие «Электротехника» представляет теоретическую модель методики обучения электротехнике студентов специальностей «Физика» и «Технология и предпринимательство» в педагогическом вузе.

Определены научно-методические основы подготовки будущих учителей физики и технологии к реализации межпредметных связей в образовательном процессе школы.

Практическая значимость исследования заключается в том, что:

- разработанные автором выводы и рекомендации, полученные в результате диссертационного исследования, могут быть использованы специалистами, занимающимися в области методики преподавания общетехнических дисциплин и проблемой межпредметных связей, а также в системе повышения квалификации учителей;

- созданная и апробированная система учебно-методического обеспечения процесса обучения электротехнике в условиях межпредметных связей обеспечивает мотивацию студентов к самообразованию и создает условия повышения качества их знаний;

- научные отчеты и публикации, обобщающие научно-технологические разработки, выполненные на уровне изобретений, могут быть использованы как источник научно-технической информации в получении и углублении знаний студентов по теме «Промышленные электротехнологии», которые введены в учебную программу курса электротехники;

- разработано и издано учебное пособие «Электротехника», предназначенное студентам физических и физико-технических факультетов педагогических вузов, где впервые в курсе общей электротехники введена глава «Электротехнология»;

- определение содержания, цели и задач принципов современных перспективных электротехнологий и включение их в образовательный процесс изучения электротехники дает возможность совершенствовать технологическую подготовку будущих учителей физики и технологии;

- разработанная автором методика постановки учебного эксперимента по электротехнологии предназначена для проведения учебных экспериментов по электротехнике и физике в вузе, а также и при изучении в школе новой интегративной области «Технология». Апробация и внедрение результатов исследования

Результаты исследования нашли свое отражение в учебном пособии «Электротехника», внедренном в образовательный процесс Бурятского государственного университета, Челябинского государственного педагогического университета, в монографии «Методические основы преподавания электротехники в педагогическом вузе», в пособии «Методические указания к лабораторным работам по курсу электротехника», используемом студентами с 1989 г., в методических пособиях по использованию ЭВМ для электротехнических расчетов, в рабочих программах, научных статьях, научных отчетах, технических изобретениях, в результатах творческих договоров, докладах, тезисах конференций.

Неоднократно автор приглашался для проведения занятий в Бурятский институт повышения квалификации работников образования, а также в качестве официального оппонента при защите кандидатских диссертаций в Челябинский агроинженерный университет. Технические разработки, при выполнении которых активное участие принимали студенты, со значительным экономическим эффектом внедрены (имеются акты внедрения) в производство.

С докладами и сообщениями по проблемам исследования были выступления на ежегодных научных конференциях Бурятского государственного университета начиная с 1978 г.

Результаты исследования обсуждались на перечисленных ниже научных конференциях различных уровней и опубликовались в их трудах.

Всероссийская научно-практическая конференция (Иркутск, 2002 г.), Международная научно-практическая конференция (Москва, 2003 г.), Всероссийская научно-практическая конференция (Глазов, 1999, 2000, 2001, 2002, 2004 гг.), Международный симпозиум (Москва, 1995, 1996 гг.), научно-техническая конференция (Челябинск, 1985 г.), Всесоюзная конференция (Одесса, 1989 г.), Всесоюзная конференция (Москва, 1991 г.).

На заседании президиума Совета Учебно-методического объединения по специальностям педагогического образования учебному пособию «Электротехника» присвоен гриф «Допущено Учебно-методическим объединением по специальностям педагогического образования в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 030600 - технология и предпринимательство» (см. приложение 3).

Результаты исследования внедрены в Бурятском государственном университете, в Иркутском, Забайкальском и Челябинском педагогических университетах, а также используются в системе повышения квалификации работников образования в Бурятском ИПКРО.

Достоверность полученных результатов исследования обеспечивалась методологической, теоретической и практической обоснованностью, а также экспертными оценками при их обсуждении в научных кругах. Содержащиеся в диссертации научные положения и выводы прошли длительную экспериментальную проверку.

В процессе производственно-технологических исследований было организовано обучение студентов к использованию метода активного планирования эксперимента. Анализ достоверности полученных данных и адекватность математической модели изучаемого процесса оценивались на уровне значимости 0,05 критериями математической статистики, что явилось важным этапом научно-исследовательской подготовки студентов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная автором методика обучения электротехнике в педагогическом вузе, в основу которой принята модель межпредметных связей физики и электротехники как дидактического условия повышения качества знаний студентов.

2. Обоснование необходимости введения технологической подготовки студентов в процессе изучения электротехники, обеспечивающей условия повышения познавательной и учебно-преобразующей деятельности студентов на основе интеграции физического и технологического образования.

3. Технология обучения студентов техническому творчеству на базе проектных и изобретательских работ с производственным внедрением.

4. Методика применения комплекса технических и дидактических средств для проведения лекционных демонстраций с целью активизации познавательной деятельности обучаемых и стендового метода выполнения лабораторных работ, обеспечивающего технологическую целостность проведения учебного эксперимента.

5. Дидактическое моделирование структуры и содержания учебного пособия «Электротехника» для студентов физико-технических специальностей педвуза и результаты педагогического эксперимента при внедрении его в учебный процесс.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографии и приложений.

Заключение диссертации по теме «Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)», Дондоков, Дамба Дондокович

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ

Анализ литературных источников и изучение опыта обучения электротехнике показали, что формирование электротехнических знаний будет более успешным, если учитывать в преподавании дисциплины следующие обобщения:

1. Изучение истории человеческого общества вообще и истории науки и техники в частности позволяет проследить сложный взаимосвязанный и взаимообусловленный процесс становления и развития науки и техники. В историческом плане формирование электротехники как науки и учебной дисциплины рассматривается как результат развития физических знаний в области практического применения электрических и магнитных явлений.

Вооружение будущих учителей историческими знаниями необходимо для решения методических и методологических вопросов, возникающих в процессе обучения учащихся основам наук. Знание истории науки помогает преподавателю сделать обучение более интересным, активизирует познавательную деятельность обучающихся, способствует углублению знаний студентов.

Обоснован принцип единства исторического и логического в преподавании электротехники.

2. В процессе развития науки и техники изменяется содержание учебного предмета. Электротехника получила свое развитие в основном за счет совершенствования и расширения ее технологий. Она как общетехническая дисциплина в своем содержании отражает связи и отношения таких важных систем, как наука, техника и технология, и должна изучаться в единстве этих направлений. Существующее определение понятия «электротехника» носит весьма общий характер. С целью конкретизации понятия необходимо выделить основные отрасли электротехники: энергетическая, технологическая и информационная.

3. Формирование любой науки, в частности и электротехники, тесно связано с социальными, экономическими, экологическими процессами, с преодолением неизбежных трудностей и противоречий. Изучение этого сложного вопроса в целом имеет важное воспитательное значение для личности, способствует развитию научного мировоззрения.

4. Принцип научности во взаимосвязи с принципом связи теории с практикой в изучении электротехники обеспечивает осознание и научно обоснованное убеждение у студентов в определяющем значении роли электрической энергии в развитии человеческого общества.

В условиях модернизации сферы образования система трудовой подготовки выдвигает как одно из наиболее важных требований — развитие личности за счет включения в реальные виды деятельности, приобщения к социальным и производственным отношениям. Существующая учебная программа электротехники не вполне отвечает запросам сегодняшнего дня с точки зрения ее технологической ориентации. В рамках темы «Промышленные электротехнологии» перспективно изучение современных видов электротехнологии, где рассматриваются более универсальные, экономичные, наукоемкие технологии.

5. Существует противоречие, которое заключается в резком сокращении учебного времени в результате введения новой программы и возрастании роли электротехнической подготовки студентов в связи с изучением в школе предмета «Технология». В этом случае в поисках резерва времени следует интенсифицировать учебный процесс на основе наиболее эффективной методики и организации обучения.

6. Структура научного знания электротехники — факты, понятия, законы, теории отражают многообразие техники и технологий в области практического применения электрической энергии, и они связаны между собой сложными, многоаспектными отношениями. Содержание научного знания, фундаментальные идеи и методы исследования являются общими как для физической науки, так и для технических наук. Эффективность обучения электротехнике существенно повысится при реализации, прежде всего, межпредметных связей с физикой. Системообразующая функция межпредметных связей ведет к развитию научных знаний на более высоком теоретическом уровне, стимулирует развитие диалектического мышления, способствует наиболее полному отражению многообразия теории, практики и повышению качества знаний студентов.

7. Электротехника как наука, техника и технология является интегра-тивной по своей сути и дает возможность осуществить обучение в условиях синтеза знаний и методов исследования физики, математики, химии и биологии, применяемых для решения прикладных задач.

Подготовка будущего учителя к организации познавательного процесса школьников в условиях педагогической интеграции особенно важна в структуре профессиональной деятельности учителей физики и технологии, которые раскрывают перед учащимся естественнонаучные основы технико-технологической среды и ее развития.

8. Глубокие содержательные связи физики с общетехническими дисциплинами позволяют наиболее полно рассматривать межпредметные связи в процессе обучения электротехнике будущих учителей физики и технологии с целью повышения качества их знаний. Структура и содержание научных знаний электротехники основаны на законах, фактах и понятиях физической науки, поэтому обучение электротехнике в условиях межпредметной связи с физикой является одним их основных дидактических условий повышения научного уровня знаний студентов, развития их творческих способностей.

9. Обучение студентов электротехнике на основе широкого использования межпредметных связей с' физикой позволяет достигать повышения качества межпредметных знаний умений, таких как: объяснить причинно-следственные связи изучаемых в электротехнике явлений и процессов, основанных на физических закономерностях, систематизировать и обобщать эти знания в общем объекте изучения; решать комплексные проблемные задачи при выполнении учебно-исследовательских, а также курсовых и дипломных работ.

10. На основе анализа состояния объекта исследования выдвинута гипотеза исследования и основное содержание ее можно представить в следующей формулировке.

Качество освоения содержания образования по электротехнике буду/ щими учителями физики и технологии повысится, если их познавательная деятельность будет осуществляться в условиях межпредметных связей с физикой, формирующей научные теории и понятия для изучения курса электротехники.

Глава II

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ КОНЦЕПЦИИ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ ПРИ ОБУЧЕНИИ ИХ ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ В УСЛОВИЯХ МЕЖПРЕДМЕТНЫХ СВЯЗЕЙ С ФИЗИКОЙ

2.1. Структурные и содержательные связи физики и электротехники в аспекте повышения качества знаний студентов

Наличие тесных структурных и содержательных связей естественнонаучных и общетехнических дисциплин должно обеспечивать условия эффективной реализации межпредметных связей, при которой достигалось бы непрерывное развитие теоретических знаний, интеллектуальных и практических умений и навыков обучаемых.

Общность понятий, законов, теорий и методов исследования смежных дисциплин создает условия для преемственности в образовательном процессе, способствует углублению и повышению качества знаний на основе реализации межпредметных связей.

Рассмотрим структурные и содержательные связи физики и общетехнической дисциплины электротехники (см. приложение 5).

Государственный стандарт физического образования нового поколения [309] представляет физику в качестве фундаментального естественнонаучного образования. В данном стандарте отмечен прикладной аспект физики, ее политехническая и технологическая направленность. Физика рассматривается как научная база социального опыта, основа развития техники и технологии производства. Понятия физики и ее законы лежат в основе всего естествознания.

Курс физики представляет основы физики-науки. В его содержание входят: факты, понятия, законы, теории, модели, фундаментальные опыты, методы физики и специфические правила и приемы мыслительной и практической деятельности, практические применения физики, исторические сведения о различных этапах развития физики и деятельности выдающихся ученых [288].

Изучение физики и развитие методики обучения было стимулировано, как отмечает А.В. Усова [301], развитием промышленной техники и технологии, которое привело к необходимости вооружить подрастающее поколение знанием научных основ техники, т. е. знанием ее физических основ, необходимостью формирования у них практических умений и навыков.

Физика является научной основой общетехнических дисциплин. Структурные и содержательные связи физики и общетехнических дисциплин способствуют повышению уровня целостности, упорядоченности и взаимообусловленности физико-технических знаний.

Успех обучения общетехническим, техническим дисциплинам зависит во многом от умения педагога методически правильно определить необходимые взаимосвязанные факты, понятия, закономерности и теории из физики и использовать их" как опору в процессе преподавания технических дисциплин. Используя формы связей, разработанные в исследованиях С.Н. Бабиной [23], нами показаны содержательные связи физики и электротехники в таблице 2.1.

Список литературы диссертационного исследования доктор педагогических наук Дондоков, Дамба Дондокович, 2006 год

1. Веселовский О.Н., Шнейберг Я.А. Энергетическая техника и ее развитие: Учеб. пособие. — М.: Высшая школа, 1976. - 304 с.

2. ДондоковД.Д. Электротехника: Учебное пособие. 2-е изд. - Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2004. - 252 с.

3. Карпенков С.Х. Концепции современного естествознания: Учебник для вузов. М.: Культура и спорт, ЮНИТИ, 1997. - 520 с.

4. Пропедевтический курс общей физики: Учеб.-метод, указания. Челябинск: Изд-во Челяб. гос. пед. ун-та, 2001. - 206 с.

5. Сивухин Д.В. Общий курс физики: Учеб. пособие для вызов. В 5 т. Т. 3. Электричество. 4-е изд, стереот. - М.: ФИЗМАТ ЛИТ; Изд-во МФТИ, 2002. - 656 с.

6. Теория и методика обучения физике в школе: Частные вопросы: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / С.Е. Каменецкий. Н.С. Пурышева, Т.И.Носова и др.; Под ред. С.Е. Каменецкого. М.: Издательский центр «Академия», 2000. - 384 с.

7. Усова А.В. Влияние системы самостоятельных работ на формирование у учащихся научных понятий (на материале курса физики первой ступени): Дисс. . д-ра пед. наук. Челябинск, ЧГПИ, 1969. - 1000 с.

8. Усова А.В. Теория и методика обучения физике. Общие вопросы: Курс лекций. Санкт-Петербург: Изд-во «Медуза», 2002 - 157 с.

9. Усова А.В., ЯнценВ.Н., ТулькибаеваН.Н. Методические рекомендации о реализации межпредметных связей в профессионально-методической подготовке учителя физики в педвузе. Челябинск: Изд-во ЧГПИ, 1986.- 17 с.

10. Чернилевский Д.В. Дидактические технологии в высшей школе: Учеб. пособие для вузов. М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2002. - 437 с.

11. Электротехника и электроника: Учебник для вузов. В Зкн. Кн. 1: Электрические и магнитные цепи / В.Г. Герасимов, Э.В. Кузнецов,

12. О.В. Николаева и др. / Под ред. В.Г. Герасимова. — М.: Энергоатомиз-дат, 1996.-288 с.

13. Электротехнологические промышленные установки: Учебник для вузов / И.П. Евтюкова, JI.C. Кацевич, Н.М. Некрасова и др. / Под ред.

14. А.Д. Свенчанского. -М.: Энергоиздат, 1982.

15. Совершенствование методики организации лабораторного эксперимента по электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой

16. Отбор содержания лабораторных экспериментов, с целью исключения дублирования, обеспечения требования преемственности и систематизации, производился на основе анализа межпредметных связей с физикой и методикой физики.

17. С точки зрения предметной подготовки и интеграции знаний будущих учителей физики и технологии рассмотрим цели, задачи и методику организации лабораторных занятий.

18. Важное значение придается подготовительному этапу, где проводятся семинар-допуск по обсуждению проектов экспериментов, подготовленных каждым студентом самостоятельно во время внеаудиторной работы.

19. Имеются методические указания к лабораторным работам по электротехнике, изданные для студентов педагогических вузов, например, пособие Н.Т. Гаврика и В.М. Никифоровой 66.

20. Расчет цепи при последовательном соединении элементов г, L, С приf = const.

21. Рассмотрим пример, где даны схема соединения и условие задачи в следующем виде (рис. 2.5).

22. Z = -y/r2 + (XL -Хс)2 ; определяется величина тока I = —; находятся напряженияи мощности Uг = i*I, UL = XLI, Uс = Хс1, и Р = rt, QL = XLf, Qc = Xcf, S = UI\zг

23. Далее могут быть дополнительные требования к решению задач: 1) построить векторную диаграмму по результатам расчетов (рис. 2.6); 2) составить алгоритм решения задачи; 3) рассчитать искомые параметры на компьютере.

24. Рис. 2.6. Векторная диаграмма

25. Решить задачу двумя методами: а) методом векторных диаграмм; б) методом проводимостей.i1. Рис. 2.71. Метод векторных диаграмм.

26. Определить полные сопротивления отдельных ветвей.

27. Найти токи ветвей при заданном напряжении и известных полных сопротивлениях.

28. Найти углы сдвига фаз между вектором напряжения и векторами токов ветвей.

29. Построить векторную диаграмму и определить из диаграммы величину общего тока и угла сдвига фазы между вектором этого тока и вектором напряжения.1. Метод проводимостей.

30. Определить проводимости (активные, реактивные, полные) ветвей.

31. Вычислить токи (активные, реактивные, полные) для каждой ветви.

32. На основе известных составляющих токов ветвей или проводимостей определить величину тока в общей части цепи I.

33. Расчет целесообразно выполнить на компьютере согласно составленной программе. Тогда можно использовать блок-схему, развивающую действие оператора цикла.

34. На основе изложенного можно заключить, что лабораторные эксперименты позволяют интегрировать теоретико-методологические знания, практические умения и навыки студентов в едином процессе деятельности учебно-исследовательского характера.

35. В заключение приведем пример интегративного занятия по лабораторной работе.

36. Тема: «ИЗУЧЕНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА»

37. Цель: развитие обобщенных умений и навыков при выполнении лабораторных экспериментов на основе интеграции физических и электротехнических знаний. -Задачи:

38. Обобщить знания студентов о законах параллельного соединения элементов.

39. Осуществить анализ методов экспериментальной проверки законов параллельного соединения.

40. Осуществить анализ методов расчета разветвленных цепей с помощью векторных диаграмм и метода проводимостей.

41. Сравнить результаты экспериментального и расчетного методов, сделать выводы.

42. План интегративного занятия