Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии

Володин, Александр Анатольевич

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии

Автореферат

Автор научной работы: Володин, Александр Анатольевич
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Воронеж
Год защиты: 2005
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии"

На правах рукописи

ВОЛОДИН АЛЕКСАНДР АНАТОЛЬЕВИЧ

КОМПЬЮТЕРНОЕ ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ОСНОВ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ БУДУЩИМИ УЧИТЕЛЯМИ ТЕХНОЛОГИИ

13 00.02 - теория и методика обучения и воспитания (обучение технологии в школе и вузе)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Воронеж 2005

Работа выполнена на кафедре технической механики и технологического образования в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный педагогический университет».

Научный руководитель:

доктор педагогических наук, профессор Богатырёв Александр Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Молотков Николай Яковлевич

доктор физико-математических наук, профессор Свиридов Владимир Владимирович

Ведущая организация:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Курский государственный университет»

Защита состоится 12 октября 2005 г. в 16 часов на заседании диссертационного Совета КР 212.036.42 в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный педагогический университет» по адресу: г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86, ауд. 408

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Воронежский государственный педагогический университет».

Автореферат разослан «v¿o> сентября 2005 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат педагогических

наук, доцент

Чудинский Р.М.

з ^^^^ 4 ^ / ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. 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 требования общества на подготовку конкурентоспособного, высококвалифицированного, интеллектуального и инициативного специалиста с развитым творческим мышлением, что обуславливает разработку и создание новых технологий обучения студентов в вузах. Одним из ориентиров образования студентов по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство» в области электрорадио-технологий представляет собой изучение ими основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника». Можно утверждать, что изучение основ электрорадио-технологий является не только важной, но и необходимой задачей в профессиональном становлении будущего учителя технологии.

Изучение студентами электрорадиотехнических дисциплин - одно из фундаментальных аспектов технологической подготовки будущих учителей технологии в педагогических вузах. В настоящее время самым динамично развивающимся направлением в современной электронике и радиотехнике является изучение проблем разработки и изготовления цифровых устройств и техники, а также процессов хранения, обработки, преобразования, передачи цифровой информации.

Широкое проникновение, внедрение и использование математических методов, в частности использование математических моделей электронных устройств, а также компьютерных технологий, при разработке и производстве новых образцов электрорадиотехнических устройств требует изменения подхода к изучению, анализу и синтезу электронных и радиотехнических изделий и устройств, в том числе устройств цифровой техники. Поэтому проявляется необходимость разработки и внедрения новых методов 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, а именно, методов компьютерного имитационного моделирования (КИМ) при обучении основам цифровой техники в педагогическом ВУЗе будущих учителей технологии. В связи с этим мы считаем необходимым в процессе подготовки учителя технологии использование персонального компьютера и специального программного средства (ПС), реализующего метод КИМ, который может применяться при изучении студентами основ цифровой техники в курсе «Электорадиотехника».

Проблема моделирования - одна из важнейших методологических проблем, актуализация которых обусловлена развитием ряда естественных наук XX в., в особенности физики, химии, кибернетики. Прошедшее столетие принесло этому методу новые успехи, но одновременно поставил его перед серьезными испытаниями. Однако интерес к моделям и I и им ШЦШ'' 1 ш» "I 'пСцпмп, и

теперь нет, пожалуй, ни одной науки, ни одной отрасли

бы говорить о моделях, заниматься моделированием. Модели и модельный эксперимент не обошел вниманием и процесс образования. Во многих случаях мы говорим о моделировании, понимая под этим термином широкий диапазон понятий, начиная от моделирования учебного процесса и заканчивая кибернетическим моделированием в контурах управления.

В образовательной области «Технология», которая является интегративной по своей структуре и методам, модели и модельный эксперимент присутствуют во многих учебных дисциплинах.

В результате анализа состояния проблемы исследования были выявлены противоречия между:

■ широким использованием цифровых устройств во всех сферах человеческой деятельности и недостаточным определении 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 но 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.

Задачи исследования.

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 (JT.C. Выготский, А.Н. Леонтьев, C.JI. Рубинштейн и др.); теоретические положения о формировании и развитии мотивации (JI.C. Выготский, C.JI. Рубинштейн и др.); фундаментальные работы по дидактике (Ю.К. Бабанский, В.П. Беспалько, В.В. Краевский, И.Я. Лернер, П.И. Пид-касистый, 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, A.B. 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. Чудин-ский, Р. Шеннон, В.А. Штофф и др.), теоретические положения общетехнической подготовки будущих учителей технологии (А.Н. Богатырев).

Методы исследования. Для решения поставленных задач и проверки исходных гипотез были использованы теоретические и экспериментальные методы исследования: анализ и синтез образовательных стандартов, философской, психологической, педагогической, учебной, методической, специальной литера-

туры 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 средств информационных технологий; анализ результатов контроля и эксперимента; констатирующий и формирующий эксперименты; наблюдение, изучение и обобщение опыта в процессе проведения лабора-торно-практических занятий с использованием, как метода компьютерного имитационного моделирования, так и натурных экспериментов, при проведении педагогического эксперимента; оценка уровня обученности студентов с использованием дидактического оценочного материала; анкетирование студентов; статистическая обработка результатов эксперимента.

Опытно-экспериментальная база исследования. Исследование осуществлялось на базе ГОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт». Исследованием были охвачены студенты в количестве 308 человек.

Организация и этапы исследования. Исследование проводилось в течение 2000 - 2004 гг. в три этапа.

На первом этапе (2000 - 2001 гг.) была выделена проблема и намечена тема исследования, определены объект, предмет, цели, гипотеза, задачи, научный аппарат и база исследования; рассматривалось состояние проблемы в теории и практике, а именно, были изучены и проанализированы литературные источники и учебно-методический материал по изучению электрорадиотехнических дисциплин; проведено исследование проблемы КИМ, а также анализ и отбор ПС КИМ; проводился анализ ГОС ВПО к обязательному минимуму содержания основной образовательной программы подготовки будущего учителя технологии по курсу «Электрорадиотехника». Была разработана методика применения ПС КИМ СпсикМакег 2000.

На втором этапе (2001 - 2003 гг.) проводилось создание организационных, материальных и методических условий для проведения экспериментальной работы; был разработан ряд дидактических материалов и комплекс лабора-торно-практических работ по дисциплине «Электрорадиотехника» с использованием методов КИМ; проведена экспериментальная апробация разработанной методики обучения студентов с использованием КИМ при изучении основ цифровой техники в ГОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт». В 2001 - 2002 учебном году был проведен первый констатирующий и формирующий педагогический эксперимент.

На третьем этапе (2002 - 2004 гг.) проводился второй констатирующий и формирующий педагогический эксперимент (с учетом результатов первого). Были 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 в 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 ОгсикМакег 2000 в учебном процессе при изучении студентами основ цифровой техники;

■ комплекс лабораторно-практических работ по курсу «Электрорадиотехника» с использованием ПС КИМ С^сикМакег 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».

■ анализом образовательных стандартов ГОС ВПО, философской, психологической, педагогической, учебной, методической, специальной литературы по исследуемой проблеме; анализ 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.

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 компьютерного имитационного моделирования в курсе «Электрорадиотехника» прошла полную проверку, а результаты исследования были внедрены в процесс обучения курсу «Электрорадиотехника» при подготовке студентов 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.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы его цель и гипотеза, определены объект и предмет исследования, выделены основные задачи, описаны методы исследования, раскрыты новизна, теоретическое и практическое значение, положения, выносимые на защиту, представлены сведения об апробации и внедрении результатов исследования, описаны основные этапы исследования.

В первой главе «Теоретические аспекты компьютерного имитационного моделирования в системе технологического образования» представлен обзор состояния проблемы исследования: рассматриваются основные цели и задачи изучения курса «Электрорадиотехника», требования к уровню подготовки будущих учителей технологии в курсе «Электрорадиотехника»; анализируются теоретические аспекты применения КИМ в ходе познавательной деятельности студентов, подходы к организации самостоятельной работы обучающихся на лабораторном практикуме по изучению основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника».

Анализ ГОС ВПО по направлению 540500 (050500) «Технологическое образование» и специальности 030600 (050502) «Технология и предпринимательство» позволил нам разработать и представить дисциплины интегрированного курса «Электрорадиотехника» в виде структурных схем (рис. 1, 2 и 3), дающих представление о роли и месте цифровой техники в нем. Кроме того, установлено, что в ГОС ВПО уделяется большое внимание и отводится значительное учебное время на изучение основ цифровой техники будущими учителями технологии в курсе «Электрорадиотехника».

В рамках проблемы диссертационной работы на основе анализа теоретических работ ряда авторов (А.И. Уемова, Я.Г. Неумина, В.А. Штоффа, В.А. Вени-кова, Ю.А. Воронина, P.M. Чудинского и др.) нами исследуются понятия «модель», «имитационная модель», «компьютерное моделирование», «компьютерное имитационное моделирование».

Теоретико-методологической базой исследования по проблемам моделирования явились основные положения, разработанные Ю.А. Ворониным и P.M. Чудинским в ряде работ по моделированию, в том числе и компьютерному имитационному моделированию. В диссертационной работе нами рассматривается классификация моделей, разработанная Ю.А. Ворониным и P.M. Чудинским, для определения места имитационных моделей в ней.

Под компьютерным имитационным моделированием мы понимаем метод научного познания, основанный на системном преобразовании материи, энергии и информации, предназначенный для конструирования, анализа или синтеза сложной реальной системы путем создания и экспериментального исследования имитационной модели с помощью персонального компьютера, замещающей реальную систему с определенных сторон, интересующих познание.

Процесс проведения КИМ проходит несколько этапов, причем его структура имеет свои особенности. В исследовании представлена структура и основные этапы КИМ, разработанные P.M. Чудинским (рис. 4), в условиях процесса обучения естественным и техническим наукам. В процессе познавательной деятельности студент, пройдя весь цикл моделирования, осуществляет процесс построения и экспериментирования с имитационной моделью, результаты которого затем экстраполируются на объект-оригинал или реальную систему. В познавательном процессе метод КИМ целесообразнее применять как исследовательский метод обучения.

Методы КИМ нашли свое практическое воплощение в ПС и в настоящее время при организации обучения студентов основам цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника» могут быть использованы такие ПС, как CircuitMaker 2000, Electronics Workbench и др.

Однако использование ПС КИМ при организации познавательной деятельности студентов по изучению основ цифровой техники должно опираться на ряд основных дидактических принципов обучения, которые конкретизируются в дидактических требованиях (критериях) по использованию данных ПС КИМ.

В диссертационном исследовании нами сформулированы дидактические требования, предъявляемые к ПС КИМ. Данные требования основаны на дидактических принципах научности, наглядности, систематичности и последовательности, сознательности и активности усвоения знаний обучаемыми, индивидуализации обучения и доступности, а также их комплексной взаимосвязью.

Рис. 1. Структурная схема дисциплины «Электротехника».

Рис. 2. Структурная схема дисциплины «Радиотехника».

Рис. 3. Структурная схема дисциплины «Автоматика и цифровая электроника».

Рис. 4. Структурно-функциональная схема проведения компьютерного имитациониого моделирования в учебном познании

Основными требованиями к ПС КИМ являются соответствие современному состоянию науки; адекватность научным методам познания; возможность

оперировать с моделями реальных устройств и объектов; способность реализо-вывать дидактические цели предметной области; возможность раскрывать сущностные связи и отношения в устройствах и объектах-оригиналах; реализация возможности создания собственных моделей; обеспечение логической взаимосвязи фактов, явлений и закономерностей; обеспечение работы, как с цельной моделью, так и ее отдельным структурным элементом; предоставление обучаемому возможности самостоятельно ставить цели, планировать и осуществлять моделирование; обеспечение индивидуального ритма моделирования; возможность исследования простых и сложных моделей явлений и объектов; реализация универсальных способов работы с различными моделями; обеспечение индивидуальных и коллективных форм работы с моделями; реальность предъявляемой информации; информационная упорядоченность; обеспечение создания проблемных ситуаций; возможность адаптивности и самообучения; наглядность используемых моделей, результатов и процессов моделирования.

Одним из самых распространенных ПС КИМ является ПС ОгсикМакег 2000, которое требует сравнительно минимального времени для освоения и обладает максимальной простотой и наглядностью. ПС СксикМакег 2000 выполняет в основном 2 функции: во-первых, она является редактором принципиальных схем, а во-вторых, позволяет осуществлять схемотехническое моделирование аналоговых, цифровых и смешанных аналого-цифровых устройств. Основными достоинствами данного ПС, в отличие от других, является отсутствие ограничений на количество компонентов, выводов и узлов цепей в создаваемых электрических схемах; изменение скорости моделирования, что очень удобно при рассмотрении быстро протекаемых процессов, в частности, можно проводить пошаговое моделирование; наличие средств имитации неисправностей, таких, как короткое замыкание, разрыв контактов, разрыв цепи, утечка между контактами, неверные номиналы элементов и т.п., при этом студенты могут получить небольшие подсказки из специального текстового окна и др. Кроме того, входящая в ПС СисикМакег 2000 программа ТгахМакег расширяет дидактические возможности данного комплекса в процессе обучения студентов основам цифровой техники, т.к. позволяет выполнять «сквозное» проектирование цифровых устройств посредством конвертации принципиальных схем в посадочные места для цифровых элементов и устройств, создавая разводки их печатных плат, что, в конечном итоге, дает возможность реализации разработанных устройств в виде конечного продукта (изделия, образца).

Следовательно, ПС КИМ СисикМакег 2000 имеет преимущества перед другими аналогичными системами и обладает широкими перспективами использования его при обучении студентов основам цифровой техники.

В процессе обучения основам цифровой техники студенты изучают возможности ПС С1гсикМакег 2000 с помощью специально разработанных методических рекомендаций. Методические рекомендации системно отражают возможности ПС по исследованию явлений и процессов, происходящих в цифровых устройствах, и наыядно демонстрируют практические способы работы с ним.

Анализ применения метода КИМ при организации познавательной деятельности студентов показал, чш процесс взаимодействия обучающегося с пер-

сональным компьютером целесообразно строить на основе индивидуальной самостоятельной деятельности.

Нами при разработке методики проведения лабораторно-практических работ и организации процесса познавательной деятельности с использованием метода КИМ в основу было положено выполнение студентами самостоятельных работ при изучении основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника». Такой подход позволяет организовать индивидуальное самостоятельное исследование, анализ и эксперимент над созданными студентом компьютерными имитационными моделями, обеспечивая при этом условия дифференциации обучения.

Проблема самостоятельной работы студентов на занятиях одна из сложнейших и многоаспектных проблем. Различные подходы к исследуемой проблеме отражены в работах ряда крупных ученых-педагогов: Ю.К. Бабанского, В.П. Беспалько, М.А. Данилова, С.И. Архангельского, Б.П. Есипова, A.B. Усовой, Г.И. Щукиной, П.И. Пидкасистого, М.Г. Гарунова и др. Для ее изучения в контексте нашего исследования были проанализированы сущность понятия «самостоятельная работа», а также ее классификации, определены условия, обуславливающие особенности организации самостоятельной работы студентов на лабораторном практикуме, а также материально-техническое обеспечение процесса обучения.

Самостоятельная работа в процессе выполнения студентами лабораторно-практических работ с использованием ПС КИМ определяется нами и как средство обучения, включающее в себя метод познания, и как форму учебного познания.

Анализ работ ряда авторов показал, что при организации самостоятельной работы студентов преподавателям необходимо учитывать и реализовывать следующие основные направления: 1) развитие познавательной деятельности обучающихся, которое определяется знанием основ психологии студенческого возраста; 2) развитие у студентов специальных умений и навыков, в частности, по основам цифровой техники; 3) развитие у студентов организационных и технических навыков и знаний, которые формируются практикой. Важным фактором организации самостоятельной работы студентов по изучению основ цифровой техники выступает наличие необходимого материально-технического обеспечения занятий.

Рассмотрев различные подходы к определению сущности самостоятельной работы, ее классификации и проанализировав требования к материальной базе и организации процесса обучения, основанного на выполнении студентами самостоятельных работ, мы пришли к выводу о необходимости рационального сочетания всех факторов организации самостоятельной исследовательской деятельности студентов при изучении основ цифровой техники с учетом возможностей материально-технического обеспечения занятий.

Вторая глава «Разработка и экспериментальная оценка содержания и методики проведения лабораторного практикума будущими учителями технологии при изучении основ цифровой техники» посвящена определению условий, необходимых для эффективного изучения основ цифровой техники студентами в курсе «Электрорадиотехника»; представлена разработанная мето

дика организации и проведения лабораторного практикума с использованием КИМ при изучении основ цифровой техники, а также результаты ее экспериментальной оценки эффективности.

В данной главе анализируются основные цели и задачи проведения учебного эксперимента на лабораторном практикуме; рассматриваются дидактические аспекты применения метода КИМ при организации лабораторного практикума; на основе анализа представлен отбор и конкретизировано содержание дидактических принципов организации лабораторного практикума по изучению основ цифровой техники будущими учителями технологии в курсе «Электрорадиотехника», основными из которых являются принцип научности; принцип политехнизма и профессиональной направленности; принцип связи теории с жизнью и производственной практикой в обучении; принцип систематичности и последовательности; принцип наглядности; принцип сознательности и активности усвоения знаний учащимися.

Методический материал, помимо ПС КИМ ОгсикМакег 2000, включает учебное пособие, в котором представлены лабораторно-практические работы, разработанные нами с учетом рассмотренных в диссертации основных подходов к отбору и разработке лабораторно-практических работ, а именно:

■ с учетом основной цели и задач проведения лабораторно-практической работы;

■ с учетом используемого студентами метода познания изучаемых явлений и процессов на лабораторно-практической работе, а именно - КИМ;

■ с учетом проведения лабораторно-практической работы, основанной на самостоятельной работе студентов по использованию метода КИМ в познавательной деятельности.

В учебное пособие, помимо лабораторно-практических работ по электротехнике и аналоговой электронике, вошли следующие работы по основам цифровой технике:

1. Исследование основных логических элементов и простейших комбинированных устройств.

2. Исследование основных комбинационных устройств.

3. Исследование цифрового компаратора.

4. Исследование электронных триггеров.

5. Исследование регистров.

6. Исследование работы счетчиков электронных импульсов.

7. Исследование работы сумматора.

8. Исследование арифметико-логического устройства (АЛУ).

9. Исследование запоминающих устройств.

Таким образом, дидактический материал для лабораторного практикума по изучению основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника» с использованием ПС КИМ СцсикМакег 2000 для эффективного его использования основывается на алгоритме построения компьютерных имитационных моделей и их исследования в сочетании с условиями самостоятельной познавательной деятельности студентов на занятиях, а также включает творческие задания различного уровня сложности, с одной стороны, для обеспечения более глубокого изучения явлений, процессов и закономерностей, протекающих в цифровых уст-

ройствах, а с другой - для обеспечения условий индивидуализации и дифференциации обучения студентов в ходе самостоятельной работы.

Методика организации лабораторно-практических занятий по изучению основ цифровой техники с применением метода КИМ позволяет существенно повысить эффективность обучения студентов, если будет базироваться на самостоятельном выполнении ими компьютерного имитационного модельного эксперимента.

В ходе выполнения лабораторно-практической работы с использованием ПС КИМ ОгсикМакег 2000 студент проходит ряд основных этапов в развитии своей познавательной деятельности соотносящихся с четырьмя типами самостоятельной работы (по классификации П.И. Пидкасистого) взятых нами за основу при разработке методики обучения основам цифровой техники, а именно:

1. Воспроизводящие самостоятельные работы по образцу.

2. Реконструктивно-вариативные самостоятельные работы.

3. Эвристические самостоятельные работы.

4. Творческие (исследовательские) самостоятельные работы.

Перечисленные типы самостоятельной работы тесно связаны между собой

и взаимообусловлены. Каждый из названных типов самостоятельной работы является носителем целого ряда элементов, которые составляют содержание познавательной деятельности обучающихся при изучении основ цифровой техники, характерных и для самостоятельных работ другого типа. В диссертационной работе подробно раскрываются процесс и уровни развития самостоятельной познавательной деятельности студентов при выполнении самостоятельных работ по изучению цифровой техники, основанных на методе КИМ изучаемых процессов, явлений и закономерностей.

Одной из основных особенностей проведения занятий по разработанной методике является резкое снижение затрачиваемого времени на выполнение компьютерных имитационных модельных экспериментов, что позволяет, не снижая мотивации обучения, повысить уровень познавательной активности студентов, а также их качество их знаний, умений и навыков по основам цифровой техники, способствовать формированию и развитию творческих способностей и мышления студентов (умения ставить проблему и/или гипотезу, строить и проверять гипотезы, сопоставлять факты, делать умозаключения, прогнозировать результаты своей деятельности).

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

Предлагаемая методика с использованием ПС КИМ ОгсикМакег 2000 постановки процесса выполнения студентами работ лабораторного практикума, основанная на выполнении обучающимися четырех типов самостоятельной работы, и ее результаты (полученные в ходе проведения педагогического эксперимента) позволяют говорить о повышении эффективности организации процесса обучения основам цифровой техники и способствует повышению уровня их познавательной деятельности, формированию исследовательских умений и навыков: планирования, организации и проведения компьютерного модельного

имитационного эксперимента, анализа его результатов, обобщения полученных результатов и формулирования выводов.

Эффективность разработанной нами методики обучения основам цифровой техники студентов в курсе «Электрорадиотехника» с использованием метода КИМ и выполнения самостоятельных исследовательских лабораторно-практических работ подтверждена педагогическим экспериментом, проводившимся в течение трех лет (2001 - 2004 гг.) на базе ГОУ ВПО «Воронежский государственный педагогический университет», ГОУ ВПО «Шадринский государственный педагогический институт». Теоретико-методологической базой постановки и проведения педагогического эксперимента в нашем исследовании выступает ряд работ Ю.К. Бабанского, В.П. Беспалько, В.И. Журавлева, В.В. Краевского, Э.И. Моносзона, B.C. Аванесова, М.Н. Скаткина и др.

Опытно-экспериментальная проверка и оценка эффективности предлагаемой методики обучения студентов основам цифровой техники с использованием метода КИМ по курсу «Электрорадиотехника» позволила установить:

1) повышение уровня познавательной и исследовательской деятельности студентов на лабораторно-практических занятиях, что выражалось в рационализации этой деятельности, умении ее планировать, организовывать и осуществлять;

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

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

Проведенное нами анкетирование студентов в экспериментальных группах показало их значительную заинтересованность в использовании ПС КИМ Cir-cuitMaker 2000 на лабораторно-практических занятиях. Так, на вопросы об удобстве восприятия информации в ходе таких занятий положительные ответы были получены на уровне 93%; на вопросы о восприятии и удобстве использования в ходе занятия описаний лабораторно-практических работ положительные ответы студентов были получены на уровне 86%; на вопросы об отношении к применению и удобстве использования ПС КИМ CircuitMaker 2000 положительные отзывы получены от 96% опрошенных студентов; кроме того, положительные отзывы в 78% ответов были даны студентами на вопросы об уровне организации и проведения лабораторно-практических работ основанных на использовании КИМ и самостоятельной работы. Особенно следует отметить тот факт, что выполнение лабораторно-практических работ с использованием ПС КИМ CircuitMaker 2000 студенты предпочитают проводить индивидуально (57%), в группах по 2-3 человека (22%), в сочетании первых двух способов (21%)

При проверке эффективности методики обучения студентов основам цифровой техники с использованием метода КИМ нами было обнаружено значительное повышение их уровня знаний, умений и навыков в экспериментальных группах по сравнению с контрольными; установлена зависимость между выполнением самостоятельных работ студентами на занятиях с использованием ПС КИМ CircuitMaker 2000 и повышением их уровня знаний, умений и навыков, выраженных, в первую очередь, в увеличении количества правильно

решаемых студентами заданий дидактического оценочного материала (Диаграмма 1).

Диаграмма 1

Сравнение уровней правильности выполнения заданий дидактического оценочного материала в контрольной и экспериментальной группах

£ 2

Е 3 «

70 60 50 40 30 20 10 0

п -о ■¿•к'г"

35.2 —

---

контрольная экспериментальная

Эффективность разработанной методики обучения можно с помощью коэффициента эффективности, который равен отношению коэффициента усвоения знаний в экспериментальной группе к коэффициенту усвоения в контрольной, в нашем случае Кэгеп = 35,2 (по процентному соотношению), а Кконт = 65,5 (по процентному соотношению). Если рассчитанный коэффициент эффективности больше единицы, то внедряемая методика считается более эффективной по сравнению с традиционной. Разделив Кэксп на Кконт получим значение, равное 1,86, что больше единицы. Это свидетельствует об эффективности разработанной методики обучения основам цифровой техники с использованием метода КИМ как метода познания при выполнении студентами самостоятельных работ.

Проверка эффективности предлагаемой нами методики обучения при использовании I - критерия Стьюдента на уровне значимости в 5% показали статистическую значимость обнаруженных результатов эксперимента и подтвердили, что студенты экспериментальной группы обнаруживают более высокие результаты обученности.

Кроме того, в ходе экспериментального исследования было установлено повышение качества итоговых отчетов по проделанной работе, правильность и глубина ответов на контрольные вопросы; обнаружена положительная динамика познавательных интересов студентов проявляющаяся: в осознанности учебного материала; повышении уровня самостоятельности на более высоком уровне при выполнении самостоятельных работ (Диаграмма 2 и 3); творческой направленности учебно-познавательной деятельности студентов и др.

Результаты настоящего исследования доказывают, что разработанная нами методика применения современных ПС КИМ на лабораторно-практических занятиях при изучении студентами основ цифровой техники в курсе «Электрорадиотехника» повышает эффективность обучения и может быть использована при организации учебного процесса в педагогических вузах и других образовательных учреждениях.

Диаграмма 2 Сводные данные по экспериментальным группам

На представленных диаграммах 2 и 3 под цифрами 1, 2, 3, 4 понимаются, соответственно выделенные П.И. Пидкасистым типы самостоятельных работ: под цифрой 1 - по образцу; 2 - реконструктивно-вариативный; 3 - эвристический; 4 - творческий.

Диаграмма 3

Сводные данные по контрольным группам

ш 70

о о к о ю 60

X ь а 50 -

в X к л 40

X о X л 30

3 о $ 20

к ъ 1(1

о и 5 о 0 -

-64-

36 >

Результаты проведенного формирующего эксперимента позволяют утверждать, что основное положение гипотезы исследования об эффективности разработанной нами 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.

В приложениях к диссертации приводятся база заданий дидактического оценочного материала по основам цифровой техники и результаты анкетирования студентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ:

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 должно является одним из приоритетных направлений профессиональной подготовки будущих учителей технологии.

В настоящее время наряду с натурным экспериментом в процессе организации самостоятельной познавательной деятельности студентов основам цифровой техники применяется метод компьютерного имитационного моделирования. Современные ПС КИМ позволяют, в отличие от средств натурного эксперимента, более глубоко проникать в сущность познаваемых явлений и процессов, причем их применение обеспечивает приобретение студентами углубленных и прочных знаний, профессионально значимых умений и навыков.

Анализ возможностей современных ПС КИМ показал, что используемое нами на лабораторно-практических занятиях ПС ОгсикМакег 2000 имеет ряд преимуществ перед другими аналогичными средствами и обладает широкими перспективами использования в учебном процессе. Для эффективного применения ПС ОгсикМакег 2000 нами разработаны методические рекомендации по его использованию в процессе обучения курсу «Электрорадиотехника», которые системно отражают возможности ПС по исследованию явлений и процессов, происходящих в цифровых устройствах, и наглядно демонстрируют практические способы работы с ним.

Анализ педагогической литературы по проблеме исследования показал, что методика организации лабораторно-практических занятий по изучению основ цифровой техники с использованием КИМ, как метода познания, позволит организовать исследовательскую деятельность и существенно повысить эффективность обучения студентов, если будет базироваться на выполнении ими самостоятельных работ.

Разработанные нами методические и дидактические материалы, основанные на использовании КИМ на лабораторно-практических занятиях по изучению основ цифровой техники будущими учителями технологии, системно отражают возможности ПС КИМ СцсикМакег 2000 и реализуют алгоритм построения компьютерных имитационных моделей.

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

На лабораторно-практических занятиях с использованием КИМ каждый студент вовлекается в познавательную деятельность, перед ним ставится определенная познавательная задача, либо со стороны преподавателя, либо самостоятельно обучающимся, что активизирует познавательную деятельность и является стимулирующим фактором развития мыслительной деятельности студента, его интеллектуальной активности.

Важным моментом разработанной методики обучения будущих учителей технологии основам цифровой техники является ее направленность на развитие творческих возможностей студентов. Одной из основных особенностей проведения занятий по данной методике является резкое снижение затрачиваемого времени на выполнение компьютерных имитационных модельных экспериментов, что позволяет повысить уровень познавательной активности студентов, а также их уровень знаний, умений и навыков по основам цифровой техники, способствовать формированию и развитию их творческой активности и мышле-

ния (умения ставить проблему и/или гипотезу, строить и проверять гипотезы, сопоставлять факты, делать умозаключения, прогнозировать результаты своей деятельности).

Проведенная экспериментальная проверка разработанной методики использования КИМ в самостоятельной работе студентов подтвердила ее эффективность, а результаты позволяют говорить о повышении уровня обученности студентов по основам цифровой техники, о развитии их познавательной деятельности, формированию у студентов исследовательских умений и навыков: планирования, организации и проведения компьютерного модельного имитационного эксперимента, анализа его результатов, обобщения полученных результатов и формулирования выводов.

Основное содержание диссертационного исследования отражено в следующих публикациях автора:

1. Володин A.A. Использование программного средства CircuitMaker 2000 на лабораторно-практических занятиях по радиоэлектронике / P.M. Чудинский, A.A. Володин // Актуальные вопросы развития образовательной области «Технология»: Материалы региональной научно-практической конференции, посвященной 90-летию НГПУ и 45-летию подготовки в НГПУ учителей труда и учителей технологии. - Нижний Новгород: НГПУ, 2002. - С,-138 - 141. (0,25 п.л., авторский текст 0,12 п.л.)

2. Володин A.A. Компьютерное имитационное моделирование при изучении цифровой техники будущими учителями технологии / A.A. Володин, P.M. Чудинский // Актуальные вопросы развития образовательной области «Технология»: Материалы Всероссийской электронной заочной конференции: В 2 ч. / Под ред. В.П. Балова. - Комсомольск-на-Амуре: Изд-во Комсом.-н/А гос. пед. ун-та, 2002. Ч. 1. - С. 59 - 70. (0,65 п.л., авторский текст 0,33 п.л.)

3. Володин A.A. Изучение основ цифровой техники с использованием метода компьютерного имитационного моделирования / A.A. Володин, P.M. Чудинский // Технологическое образование: состояние, проблемы и перспективы развития: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Иркутск, 2002. - С. 45 - 48. (0,18 п.л., авторский текст 0,09 п.л.)

4. Володин A.A. Особенности применения компьютерного моделирования при изучении основ цифровой техники / A.A. Володин, P.M. Чудинский // Непрерывное техническое образование школа-колледж-вуз: Сборник тезисов Всероссийской научно-методической конференции Екатеринбург: Изд-во ГОУ УГ-ТУ-УПИ, 2002. - С. 96. (0,06 п.л., авторский текст 0,03 п.л.)

5. Володин A.A. Разработка лабораторного практикума по электротехнике с использованием компьютерного моделирования / P.M. Чудинский, A.A. Володин // Технология, предпринимательство, экономика: Межвуз. сб. статей. - Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л.Н. Толстого, 2002. - Ч. 1. - С. 215 - 218. (0,18 п.л., авторский текст 0,09 п.л.)

6. Володин A.A. Место и роль цифровой техники в процессе подготовки будущих учителей технологии по дисциплине «Электрорадиотехника» / A.A. Володин, P.M. Чудинский //VIII Международная конференция «Преподавание тех-

нологии в школе. Подготовка учителей технологии и предпринимательства». Под ред. Ю.Л. Хотунцева. М., МИОО, 2002. - С. 219 - 221. (0,18 пл., аеторский текст 0,09 п.л.)

7. Володин A.A. Метод компьютерного имитационного моделирования при изучении цифровой техники будущими учителями технологии / A.A. Володин, P.M. Чудинский // Образовательные технологии. Межвузовский сборник научных трудов. (Выпуск 9). - Воронеж: Центрально-Черноземное книжное издательство, 2002. - С. 44 - 48. (0,3 пл., авторский текст 0,15 п.л.)

8. Володин A.A. Компьютерный лабораторный практикум по электрорадиотехнике: Учебное пособие / P.M. Чудинский, A.A. Володин. - В 2 ч. Ч. I. - Воронеж: ГОУ «ВГГТУ», 2002. - 90 с. (5,62 пл., авторский текст 2,81 п.л.)

9. Володин A.A. Компьютерный лабораторный практикум по электрорадиотехнике: Учебное пособие / P.M. Чудинский, A.A. Володин. - В 2 ч. Ч. И. - Воронеж: ГОУ «ВГПУ», 2002. - 72 с. (4,5 пл., авторский текст 2,25 п.л.)

10. Володин A.A. Организация самостоятельной деятельности студентов по изучению основ цифровой техники методом компьютерного имитационного моделирования в педвузе / P.M. Чудинский, A.A. Володин // Технологическое образование в школе и ВУЗе в условиях модернизации образования: Материалы международной научно-практической конференции Ml 11 У. - М.: Изд-во «Эс-лан», 2003. - С. 239 - 242. (0,25 пл., авторский текст 0,13 п.л.)

11. Володин A.A. Специфика использования дидактических принципов при изучении цифровой техники будущими учителями технологии / P.M. Чудинский, A.A. Володин // Актуальные проблемы непрерывного технологического образования: Сборник научных и учебно-методических статей VII межрегиональной научно-практической конференции. - Шадринск: Шадринский государственный педагогический институт, 2003. - С. 142 - 146. (0,3 пл., авторский текст 0,15 пл.)

12. Володин A.A. Процесс обучения будущих учителей технологии курсу «Электрорадиотехника» с использованием метода компьютерного моделирования / P.M. Чудинский, A.A. Володин // Технолого-экономическое образование в XXI веке: Сборник трудов Международной научно-практической конференции. - Новосибирск: Изд. НГПУ, 2003. - Ч. 2. - С. 52 - 56. (0,3 пл., авторский текст 0,15 п.л.)

13. Володин A.A. Компьютерное имитационное моделирование при изучении будущими учителями технологии основ цифровой техники / P.M. Чудинский, A.A. Володин // Технология. Творчество. Личность: Материалы IX Международной научно-практической конференции. - Курск: Изд-во Курск, гос. ун-та, 2003. - С. 210 - 212. (0,18 пл., авторский текст 0,09 п.л.)

14. Володин A.A. Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии / P.M. Чудинский, A.A. Володин // Технология, предпринимательство, экономика: Межвуз. сб. статей: В 2 ч. - Тула: Изд-во Тул. гос. пед. ун-та им. Л.Н. Толстого, 2004. — Ч. 2. -С. 176 - 182. (0,43 пл., авторский текст 0,21 п.л.)

15. Володин A.A. Компьютерное имитационное моделирование при изучении цифровой техники студентами педвуза / P.M. Чудинский, A.A. Володин // Пути совершенствования технологической подготовки в вузе и школе: Межвуз. сб.

науч.-метод. трудов / Отв. ред. С.Д. Чуркин. - Стерлитамак: Стерлитамак. гос. пед. академия, 2004. - С. 203 - 207. (0,3 п.л., авторский текст 0,15 и.л.)

16. Володин A.A. Применение программного средства компьютерного имитационного моделирования CircuitMaker 2000 в самостоятельной внеаудиторной деятельности студентов педвуза / P.M. Чудинский. A.A. Володин // X Международная конференция по технологическому образованию школьников «Технологическое развитие в условиях модернизации образования». Под ред. проф. ЮЛ. Хотунцева. М.: МИОО, 2004. - С. 347 - 349. (0,18 п.л., авторский текст 0,09 п.л.)

Александр Анатольевич Володин

Компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники будущими учителями технологии

Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. пед. наук

Подписано в печать 8.09.2005 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,44. Заказ № 22. Тираж 100.

Отпечатано с ютового оригинал-макета в ГосударсIвенном образовательном учреждении высшею профессионального образования «Воронежский государственный педаюгический универсше)». 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 86.

neo ho

РНБ Русский фонд

2006-4 15041

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Володин, Александр Анатольевич, 2005 год

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 по педагогике, 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.

Предмет исследования — компьютерное имитационное моделирование при изучении основ цифровой техники.

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;

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.

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:

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.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

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 диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Володин, Александр Анатольевич, Воронеж

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