автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Межпредметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии

Автореферат диссертации по теме "Межпредметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии"

На правах рукописи

ДОНДОКОВ Дамба Дондокович

МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ ФИЗИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ КАК ДИДАКТИЧЕСКОЕ УСЛОВИЕ ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЗНАНИЙ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ И ТЕХНОЛОГИИ

13.00.02. - теория и методика обучения и воспитания (физика)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Челябинск 2005

Работа выполнена на кафедре вычислительной техники и информатики физико-технического факультета ГОУ ВПО «Бурятский государственный университет»

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор Бабина Светлана Николаевна

доктор педагогических наук, профессор Репин Сергей Арсеньевич

доктор технических наук, профессор Краснопёрое Геннадий Васильевич

Ведущая организация:

ГОУ ВПО «Иркутский государственный педагогический университет»

-&2006 г. в /О часов на заседании

Зашита состоится «/£} диссертационного ссзета Д 212.295.(6 при ГОУ ВПО «Челябинский государственный педагогический университет» по адресу: 454080, г.Челябинск, пр. Ленина, 69, ауд. 439

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Челябинского государственного педагогического университета

Автореферат разослан «/&»г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор педагогических наук

В.С. Елагина

looi-<\ _ 2154Ш

ZM5D

Общая характеристика работы

Актуальность исследования. Характерной особенностью современного научного познания является объективное усиление в нем интеграционных процессов. Задачи синтеза научного знания приводят к необходимости перехода от изучения совокупности частных явлений к рассмотрению обобщающих концепций и принципов, законов, теорий, научной картины мира.

Отечественные дидакты (С.И. Архангельский, П.Р. Атутов, Ю.К. Бабан-ский, A.A. Вербицкий, И.Д. Зверев, Н.В. Кузьмина, А.Г. Молибог, М.Н. Скаткин, A.B. Усова и др.) основное направление поставленной задачи связывают с внесением в содержание и методы высшего образования фундаментальных изменений, обусловленных интеграционными процессами в науке и технике. В условиях предметной системы обучения дидактическим эквивалентом интеграционных процессов являются межпредметные связи. В настоящее время в работах С.Н. Бабиной, B.C. Елагиной, И.С. КарасовоЙ, В.Н. Максимовой, A.B. Петрова, С.А. Старченко, H.H. Тулысибаевой, В.Н. Федоровой, A.B. Усовой, O.A. Яворука и других межпредметные связи рассматриваются как дидактическое условие повышения качества знаний, совершенствования творческих способностей обучающихся и эффективности всего образовательного процесса подготовки будущих учителей физики и технологии.

Такая дисциплина как «Электротехника» в подготовке будущих учителей физики и технологии занимает особое место, потому что теоретически и практически она неразрывно связана со многими разделами физики.

Электротехника как общетехническая дисциплина по структуре и содержанию имеет интегративную основу. Изучение ее будет эффективным, если использовать дидактические условия реализации межпредметных связей, прежде всего, с физикой, являющейся научной основой электротехники]

Электротехника как наука и учебная дисциплина зарождалась в результате применения физических и магнитных явлений в области технологических процессов преобразующей деятельности человека. Структурные компоненты знания - факты, понятия, законы, теории, фундаментальные идеи, методы науки - являются общими как для физики, так и электротехники. Поэтому формирование основополагающих научно-технических понятий, теоретических и экспериментальных методов исследования, методов учебного познания в курсе электротехники целесообразно осуществлять в условиях реализации межпредметных связей с физикой.

Проблеме повышения качества знаний по электротехнике при подготовке учителя технологии и физики придается особое значение в связи с введением в школе образовательной области «Технология», дающей учащимся достаточно полное представление о социально-экономических аспектах трудовой жизни. Образовательная область «Технология» включает изучение основ наиболее распространенных и перспективных технологий, обычно функционирующих на современных электрифицированных i^u^UaXT"

БИБЛИОТЕКА C.neref6jrpr /

08 W

Уровень материальной, а, в конечном счете, и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества освоенных способов применения энергетических ресурсов, использование которых в основном осуществляются в форме электрической энергии. Широкое внедрение электрификации в быт, в производство и фактически во все сферы человеческой деятельности требует соответствующей электротехнической грамотности, начиная с младших классов школьного обучения. В новой образовательной области «Технология», вопросы электротехники изучаются, начиная с 3-го класса.

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

Будущему учителю технологии общетехническая дисциплина «Электротехника» необходима для того, чтобы изучить естественнонаучную основу организации и функционирования электротехнических объектов различного назначения, раскрыть связи энергетической науки, ее техники и технологии в преобразующей деятельности человека, подготовить студентов к изучению специальных дисциплин технического цикла, имеющих непосредственную связь с электротехникой.

Практика педагогической деятельности показывает, что одним из слабых звеньев в подготовке учителя физики являются экспериментальные умения и навыки, которые могут бьггь востребованы как при постановке физического демонстрационного эксперимента на занятиях по физике, так и при введении факультативов и кружков прикладного характера. Значительная часть необходимых умений и навыков будущего учителя физики может формироваться в курсе электротехники.

Вместе с тем, несмотря на очевидную значимость электротехнических знаний в системе подготовки учителей физики, технологии и их возрастающую роль на современном этапе развития общества, реально наблюдается существенное снижение объема выделяемых часов на изучение электротехники, о чем свидетельствует анализ учебных планов и программ по электротехнике и физике педагогических вузов. Данное противоречие в значительной мере характерно для многих специальных предметов в системе подготовки учителей физики и технологии. Оно затронуло целый комплекс проблем совершенствования учебной работы в педагогическом вузе. Важное значение в этом отношении имеют процессы совершенствования содержания образования, форм и методов обучения электротехнике; разработки учебных и методических пособий в соответствии с требованиями государственных стандартов, а также современными тенденциями научно-технического прогресса и социально-экономических изменений в обществе.

Серьезным препятствием в совершенствовании обучения электротехнике в педагогическом вузе является недостаточная обеспеченность образовательного процесса учебно-методическими пособиями, дидактическим мате-

риалом. Несмотря на различие программ, студенты часто пользуются учебными пособиями по электротехнике, изданными для технических вузов. Обзор показывает, что для высших учебных заведений, в том числе и для педагогических, мало издано методических разработок по преподаванию курса общей электротехники.

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

- возможностью повышения качества знаний у будущих учителей физики и технологии на основе осуществления межпредметных связей физики и электротехники и недостаточной разработанностью методики реализации дидактических условий этих связей в образовательном процессе;

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

- возрастающими требованиями повышения технологического уровня подготовки студентов и резким сокращением содержания учебной программы по электротехнике педагогических вузов;

- требованиями повышения качества профессиональной подготовки будущих учителей физики и технологии посредством усиления связей физики с элементами технологии современного производства и состоянием оборудования учебно-лабораторной базы.

Существование этих противоречий обусловило актуальность нашего исследования.

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

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

2. Как обеспечить мотивацию учения студентов, повышение их интересов к творческой самостоятельной деятельности, приобретению профессионально ориентированных знаний при разработке содержания и структуры учебного пособия по электротехнике, соответствующего требованиям образовательного стандарта?

3- Какое место в образовательном процессе электротехники занимает технологическая подготовка студентов, как она влияет на качество приобретаемых знаний? 4. Как подготовить учителей физики и технологии к осуществлению связи обучения с современной производственной технологией, необходимым компонентом при изучении учащимися физики и технологии в школе? Все выше выделенное обусловило выбор темы исследования «Меж-

предметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии».

Цель исследования - разработка и обоснование концепции и методики обучения электротехнике будущих учителей физики и технологии в условиях межпредметных связей с физикой для повышения качества усвоения знаний.

Объект исследования - является процесс обучения электротехнике будущих учителей физики и технологии.

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

Гипотеза исследования. Качество профессиональных знаний у будущих учителей физики и технологии повысится, если:

- обеспечить связь обучения с современной производственной технологией, теоретическую основу которой составляет комплексное использование знаний из различных областей наук, в частности из физики;

- использовать в курсе электротехники теоретические основы современной элекгротехнологии как ее интегративную составляющую, обеспечивающую повышение качества технологических знаний будущих учителей физики и технологии;

- разработать и использовать в образовательном процессе методы развитая творческих и исследовательских способностей студентов, основанные на интеграции физических и электротехнологических знаний, умений;

- разработать учебное пособие, соответствующее требованиям современного образовательного стандарта подготовки будущих учителей физики и технологии к самостоятельной познавательной деятельности, раскрывающей логику научного и учебного познания;

- разработать методику организации технического творчества студентов на базе проектной и изобретательской деятельности.

В соответствии с целью и гипотезой ставились следующие задачи исследования:

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

2. Осуществить методологический и исторический анализ развития физических знаний, определить их роль в формировании основ электротехники как науки и учебной дисциплины.

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

4. Раскрыть содержательные и деятельностные связи физики и электротехники, способы реализации этих связей в образовательном процессе по электротехнике.

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

6. Разработать учебное пособие по электротехнике, обеспечивающее мотивацию учения студентов, повышение их интереса к самостоятельной познавательной деятельности, способствующей их электротехнологической подготовке.

7. Разработать методику организации технического творчества студентов на базе проектной и изобретательской деятельности.

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

Теоретико-методологическую основу исследования составляют:

- психолого-педагогические разработки дидактических и методических основ преподавания предмета (JI.C. Выготский, П.Я. Гальперин, А.Н. Леонтьев, СЛ. Рубинштейн, Д.Б. Эльконин, М.Н. Скаткин, A.B. Усова и другие);

- теория межпредметных связей (С.Н. Бабина, М.Н. Берулава, ИД. Зверев, И.С. Карасова, В.Н. Максимова, С.А. Старченко, A.B. Усова, В.Н. Федорова, O.A. Яворук и другие);

- мировоззренческие аспекты изучения курса электротехники, вопросы формирования электротехнических знаний (Л.Д. Бельки нд, О.Н. Веселовский, А.Г. Иосифьян, В.В. Петров, О.Д. Симоненко, Я.А. Шнейберг и другие);

- теория технологической подготовки студентов (П.Р. Атутов, С.Н. Бабина, В.А. Поляков, И.А. Сасова, В.Д. Симоненко и другие).

Для решения поставленных задач были использованы следующие методы исследования: теоретические:

- анализ учебных планов и программ, учебно-методической литературы по специальностям физики и технологии педагогического вуза с целью изучения полноты отражения в них вопросов, связанных с реализацией межпредметных связей;

- метод теоретического моделирования;

эмпирические:

- наблюдение за учебным процессом в ходе посещения и проведения учебных занятий, беседы с преподавателями, проведение и анализ контрольных работ, анкетирование студентов;

- педагогический эксперимент во всех его формах (констатирующий, пробный, обучающий и контрольный) по проверке эффективности предлагаемой методики преподавания технических дисциплин с физикой, ориентированной на реализацию межпредметных связей, рассматриваемых в учебных курсах;

статистические методы обработки результатов педагогического эксперимента.

В соответствии с поставленными задачами исследование осуществлялось в несколько этапов.

Этапы исследования

Данное исследование является итогом 25-летней работы автора в Бурятском государственном педагогическом институте и в Бурятском государственном университете в качестве преподавателя электротехники. (Опыт методической работы определяется 50-летним общим стажем преподавательской деятельности. Из них: в школе - 7 лет - преподаватель физики, в вузе с учетом учебы - 43 года).

На первом этапе (1978-1986 гг.) осуществлялось изучение опыта преподавания электротехники в педагогическом вузе, проводился анализ состояния учебно-методической и материально технической базы для обучения электротехнике. В результате этого были определены теоретико-методологические основы исследования, определен объект исследования.

На втором этапе (1987-1993 гг.) определялись подходы к обоснованию условий создания оптимальной дидактической модели учебного процесса по электротехнике, соотнесенной с факторами, обеспечивающими повышение качества профессиональной подготовки выпускника вуза. Систематизировано учебно-методическое обеспечение студентов. Разработана система принципов и методов контроля за самостоятельной работой студентов.

На первом и втором этапах, по заказам производств, выполнялись хоздоговорные работы по исследованию и разработке научно-технических методов внедрения изобретений автора в технологические процессы производства, в которых активно участвовали студенты.

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

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

На четвертом этапе (1999-2005 гг.) издано учебное пособие «Электротехника», оно прошло апробацию, проходит внедрение в учебном процессе Бурятского государственного университета, Иркутского, Забайкальского и Челябинского педагогических университетов.

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

Научная новизна исследования заключается в следующем:

1. Определены педагогические условия повышения качества усвоения студентами педагогического вуза электротехнических знаний и умений при обучении их в условиях межпредметных связей с физикой, формирующей фундаментальные научные теории, понятия и законы, составляющие базис электротехники. Разработана методика обучения будущих учителей физики и технологии курсу электротехники, в условиях межпредметных связей с физикой.

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

3. Выявлены пути и методы осуществления процесса подготовки будущих учителей физики и технологии к организации проектной деятельности в процессе реализации системы межпредметных связей, обеспечивающих качественное обучение учащихся предмету «Технология», являющемуся интегративной образовательной областью в школьном образовании.

4. Разработана методика организации научно-исследовательской работы студентов на базе научной лаборатории, созданной автором, в которой осуществлялись экспериментальные исследования для производственных внедрений изобретений соискателя в области современной электротехнологии.

Теоретическая значимость исследования заключается в том, что:

- исследована проблема повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии по электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой;

- уточнен и систематизирован понятийно-категориальный аппарат проблемы;

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

- обоснован отбор технологического компонента в содержании курса электротехники, который является связующим звеном между естественнонаучным и техническим знанием.

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

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

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

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

- определены содержание, цель и задачи современных перспективных электротехнологий, которые включены в образовательный процесс изучения электротехники;

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

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанная автором концепция методики обучения электротехнике в педагогическом вузе, основу которой составляет модель реализации межпредметных связей физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний студентов.

2. Структура и содержание технологической подготовки в образовательном процессе по электротехнике, обеспечивающая условия повышения познавательной и учебно-преобразующей деятельности студентов в результате интеграции физического и технологического образования.

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

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

5. Дидактическое моделирование структуры и содержания интегратив-ного учебного пособия «Электротехника» для студентов физико-технических специальностей педвуза.

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

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

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

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

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

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

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

На заседании президиума Совета Учебно-методического объединения по специальностям педагогического образования учебному пособию «Электро-

техника» присвоен гриф «Допущено Учебно-методическим объединением по специальностям педагогического образования в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 030600 - технология и предпринимательство» (Москва, 2002 г.).

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

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка использованной литературы, включающего 352 источника. Текст занимает 420 страниц, содержит 30 рисунков и 10 таблиц.

Основное содержание диссертации

Во введении обоснована актуальность темы и общий подход к ее разработке, сформулированы цель и задачи исследования, определены его объект и предмет, излагаются гипотеза, методология и методы. Охарактеризованы новизна, теоретическая и практическая значимость работы, приводятся сведения об апробации и внедрении результатов диссертационного исследования. Сформулированы положения, выносимые на защиту.

Глава 1. Естественнонаучные основы формирования электротехники как науки и учебной дисциплины

В данной главе раскрываются закономерности и принципы развития физических знаний в процессе формирования и становления электротехники как науки и учебной дисциплины, обоснованы цель и содержание предмета при подготовке учителя технологии, выделены дидактические особенности изучения учебного курса.

В государственном стандарте физического образования нового поколения отмечен прикладной аспект физики, ее политехническая и технологическая направленность. Физика рассматривается как научная база социального опыта, основа развития техники и технологии производства. Отмечается, что опыт познания в физике является образцом-парадигмой современного научного познания, используемым как в процессе научных исследований, так и в учебно-познавательной деятельности.

Рассматривая развитие физики, A.B. Усова отмечает, что «...ее история изучает не только роль практики и запросов производства и техники в развитии науки, но и роль науки в развитии техники, в улучшении материальных условий жизни общества, его культуры». Знание истории науки помогает преподавателю сделать обучение предмету более эмоциональным, интересным для студентов вуза.

Издано немало фундаментальных монографий и учебных пособий, посвященных истории техники, электротехники и энергетики (О.Д. Симоненко, Б.Г. Кузнецов, A.B. Нетушил, Я.А. Шнейберг, П.Д. Белькинд, О.Н. Веселов-ский, И .Я. Конфедератов, А.Г. Иосифьян, В.А. Веников, A.A. Зворыкин,

Н.И. Осьмова, В.И. Чернышев и др.). В этих трудах сказано, что одной из первых в истории отраслью техники, возникшей в результате практических применений физических открытий, является электротехника.

Исследователями написано большое число работ, где история электротехники как отрасли техники освещена достаточно полно. В то же время недостаточно освещены вопросы, показывающие развитие и становление электротехники как самостоятельной науки и учебного предмета. В имеющейся историко-технической литературе сведения по истории электротехнических знаний разобщены, фрагментарны, развитие основ теории электротехники освещено неравномерно. Явно недостаточное внимание уделено вопросам развития теоретической базы для практической деятельности специалиста и исследованию истории электротехнических знаний. Развитие любой науки и техники обусловлено потребностями человека в повышении материальных и моральных ценностей. Как известно, решающая роль в этом деле принадлежит развитию электротехники и электрификации.

Фундамент электротехники и ее научные основы закладываются в конце XVIII - начале XIX вв. Начиная с 20-30-х гг. XIX в., ученые разных стран начинают активно разрабатывать содержание курса электротехники для учебных целей.

Развитие электротехники наглядно показывает тесную связь научно-технических проблем с социальными, экономическими, экологическими, также и образовательными задачами современного общества. Расширение образовательной функции дисциплины электротехника соответственно расширяет и углубляет ее содержание.

В настоящее время в справочниках и учебной литературе сохраняется традиционное определение содержания электротехники как области науки и техники, использующей электрические и магнитные явления для практических целей. Это определение носит весьма общий характер и в зависимости от современного состояния развития электротехники необходимо его конкретизировать. Для этого предлагается (Я. А. Шнейберг) учитывать основные отрасли электротехники, которые можно назвать: энергетическая, технологическая и информационная.

В результате подробной расшифровки каждой из этих структур и можно дать обобщенное определение содержанию современного понятия «электротехника». Электротехника - это область науки и техники, использующая электрические и магнитные явления для осуществления процессов преобразования энергии природы в электрическую, превращений вещества, а также для получения и передачи информации.

В подготовке учителей физики и технологии следует исходить из главной цели образовательной области «Технология» - подготовки учащихся к самостоятельной трудовой деятельности в условиях рыночной экономики (В.А. Поляков).

Введение в школы, гимназии, лицеи образовательной области «Технология» коренным образом меняет не только содержание учебного предмета «Трудовое обучение», но и методы обучения, позволяющие вырабатывать

необходимый уровень развития познавательных и творческих способностей учащихся, основанный на тесной взаимосвязи теоретических и практических принципов обучения. Соответственно меняется содержание общетехнических учебных предметов, предназначенных сейчас для подготовки учителей технологии и физики. Сейчас выдвинута проблема совершенствования технологической функции общетехнических и специальных дисциплин.

Электротехника получила свое развитие в основном за счет усовершенствования и расширения ее технологии, и она, как общетехническая дисциплина, может и должна изучаться в единстве ее направлений: науки, техники и технологии

Предметная структура образовательного процесса отражает объективное отношение науки и производства, поэтому эффективность образовательного процесса существенно повышается при реализации межпредметных связей и взаимодействий между дисциплинами различных образовательных областей. Интеграция знаний, полученных в дисциплинах различных образовательных областей, и формирование единой картины мира способствует активизации преобразующей творческой деятельности личности, получению качественных знаний.

Наиболее полно возможности внутри- и межпредметных связей в обучении раскрываются в том случае, если они начинают выступать в качестве ведущего условия повышения эффективности обучения.

Технический и технологический аспекты использования знаний по физике определяют те условия, которые должны обеспечить опору, преемственность в изучении студентами общетехнической дисциплины электротехники. Физические идеи, опытные факты, понятия, законы, усвоенные из курса физики, используются для объяснения физических основ работы приборов, технических устройств, технологических установок. Электротехника -одна из прикладных аспектов физики - имеет общие методы организации познавательной деятельности обучающихся, к которым относятся: методика проведения экспери ментальных исследований, технология постановки демонстрационных опытов и применения средств наглядностей, выполнение расчетных работ и проведение упражнений по решению задач и т. п. Основные умения и навыки, приобретенные обучаемыми при изучении физики, используются в общетехнических дисциплинах.

Наличие тесных структурных и содержательных связей физики и электротехники (рис. 1) позволяет успешно организовать обучение электротехнике будущих учителей физики и технологии в условиях межпредметных связей, способствующих повышению качества их знаний.

Качество знаний, которыми овладевают студенты в процессе учебы, является важным показателем эффективности обучения, совершенства методики преподавания. Для объективности оценки методики обучения необходимо четко представлять критерии, признаки качества знаний. Только на основе научно-обоснованных критериев (характеристик) качества знаний можно дать адекватную оценку методу организации и проведения учебного процесса.

Рис. 1. Структурные и содержательные связи физики и электротехники

Глава 2. Теоретические основы разработки концепции повышения качества знаний студентов при обучении их электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой

В данной главе рассматриваются вопросы структурных и содержательных связей физики и электротехники, условия и способы реализации этих связей для повышения качества знаний студентов при обучении их электротехнике.

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

Содержательные связи физики и электротехники имеют исторические корни. Такие основополагающие понятия, как «электрический заряд», «электрическое и магнитное поле», «ток», «напряжение», «энергия», «мощность» и «сопротивление», также явления, законы и теории, как «явление электромагнитной индукции», «закон Ома», «теория электромагнетизма» являются общими как для физики, так и для электротехники.

В условиях накопления научных знаний и усложнения содержания учебных предметов ведущее место в процессе обучения отводится совершенствованию дидактических и методических подходов к преподаванию при осуществлении межпредметных связей. Одним из важных направлений в формировании целостных и системных знаний, в частности, по электротехнике, является осуществление преподавания этого предмета в условиях межпредметной связи с физикой, являющейся основой электротехники.

Наши исследования по обучению курсу электротехники с совмещением изучения вопросов современной электротехнологии показали возможность значительного повышения эффективности учебного процесса в совершенствовании технологической подготовки студентов.

Электротехнология, содержание которой имеет интегративный характер, способствует развитию профессионального творчества, повышению качества знаний студентов и обеспечивает связь обучения с производственной деятельностью человека.

Методика обучения электротехнике предусматривает способы осуществления межпредметной связи с физикой на различных видах аудиторных занятий, а также и при организации технического творчества, выполнении НИРС, УИРС и дипломных работ. Вся система методов при этом направлена на развитие познавательных способностей студента: усвоение не только результатов научного познания, но и самого процесса получения этих результатов. Для успешной реализации межпредметных связей в процесс обучения следует знать особенности методики формирования теоретических знаний, познавательных и практических умений, общих для физики и электротехники.

При формировании практических умений и навыков осуществляется организация технического творчества, где выполняются конструирование и изготовление моделей приборов и аппаратов. Развитие у студентов учебно-исследовательских способностей осуществляется при выполнении научных, курсовых и дипломных работ.

Межпредметные связи при обучении студентов общетехническим дисциплинам устанавливаются на основе анализа существующей методики изучения предмета. В данном случае электротехника как учебный предмет рассматривается и изучается как наука, техника и технология в их единстве.

1. Электротехника как наука о практическом использовании электрических и магнитных явлений или (второе определение) как наука о производстве, передаче, распределении, преобразовании и использовании электрической энергии, основана на научных принципах и законах физики.

2. Электротехника как техника, предназначенная для преобразования, передачи и применения электрической энергии, представляет технические объекты, созданные на основе научных знаний из области физики, электроники, математики и др.

3. Электротехника как технология представлена ее электротехнологиями - обширной областью промышленного, сельскохозяйственного производства и также сферы соцкультбыта, где для достижения технологической цели того или иного процесса используется либо преобразование электрической энергии в тепловую, либо «непосредственное» воздействие электрического тока, электрических или магнитных полей на объект технологической обра-боткДормирование научных знаний, основополагающих научно-технических и технологических понятий, изучение теоретических и экспериментальных методов исследования в курсе электротехники должно осуществляться при реализации межпредметных связей в методологическом, теоретическом и практическом аспектах.

Установление межпредметных связей на теоретическом и методологическом уровнях предполагает определение их хронологических, информацион-

но-содержательных (они обусловлены общностью изучаемых научных фактов, явлений, теории, законов, методов научных исследований, структуры технологических процессов и т. д.) и деятельностных параметров на каждом из этих уровней.

Одной из основных форм организации учебных занятий в вузе является лекция. Использование межпредметных связей как дидактического условия повышения эффективности лекции зависит от особенностей содержания и методических подходов к изучению отдельных тем.

На лекциях осуществляется сквозная взаимосвязь физики, математики с электротехникой, и это служит фундаментом для формирования научного знания студентов по электротехнике. С этой точки зрения проанализируем образовательное значение лекции и методические особенности изучения отдельных тем курса электротехники.

Чтобы использовать все достоинства лекции как формы обучения и свести к минимуму ее недостатки, нужно правильно определить место этой формы занятий в учебном процессе, рассматривая ее как этап в формировании знаний и умений. Очевидно, следует изменить приоритеты в учебном процессе, перейти от старого предметно-ориентированного обучения, основная цель которого — передача содержания данной предметной области, к обучению, ориентированному на формирование и развитие у студентов умений, с помощью которых учебное познание обучаемых осуществляется на основе широкого межпредметного взаимодействия и обобщения знаний смежных предметов. А этот этап очень важен, так как лекция должна ввести студента в новую тему, вызвать интерес к ней, показать цель изучения данного материала, дать ориентацию для подготовки к лабораторно-практическим занятиям и для самостоятельной работы по литературным источникам. Главной задачей каждой лекции является показ сущности темы, анализ ее основных положений в условиях взаимосвязи знаний, мотивации студентов к самостоятельной работе. Чтобы помочь самостоятельной работе студентов, лектор должен более конкретно по данной теме указать объем, методические особенности изучения материала с учетом межпредметных связей, практическое приложение и т. д.

Вопросам использования демонстрационных опытов на лекциях по электротехнике должно уделяться существенное внимание в педагогических вузах. Демонстрация опытов, действующих моделей электротехнических устройств не только повышает эффективность лекции, но имеет важное значение в методической подготовке студентов в их будущей работе. Преподавание электротехники в школе в большей части основано на демонстрациях и на показах опытов.

До недавнего времени принцип наглядности в отечественной дидактике рассматривался несколько односторонне. Наглядность сводилась в основном к натуральной и признавалась всегда исходным началом обучения.

Демонстрация опытов помогает решить в учебном процессе разнообразный круг задач:

- раскрывает физическую природу явлений и закономерностей, положенных в основу работы современных машин, аппаратов и приборов, а также способствует использованию демонстрационного эксперимента в качестве источника знаний;

- показывает качественные различия между явлениями техники и устанавливает количественные соотношения между их основными параметрами;

- дает наглядное представление о различных сторонах устройства, принципе действия, режимах работы и т. д.;

- развивает техническое мышление обучаемых.

Одним из важных требований к эксперименту является убедительность и надежность демонстрации.

Мотивация к осуществлению интегративной познавательной деятельности поддерживается при формировании обобщенных экспериментальных умений. Формирование обобщенных экспериментальных умений начинается на лекционных экспериментах в процессе демонстрации явлений, происходящих в электротехнических устройствах. Преемственность демонстрационного и лабораторного эксперимента достигается подбором содержания и структуры исследуемых тем.

Измерительные, вычислительные и графические умения, характерные для проведения экспериментов в физике и общетехнических дисциплинах, могут быть сформированы до уровня обобщенных при соответствующей методике, основанной на условиях осуществления межпредметных связей. Такие умения успешно могут бьпъ использованы будущими учителями физики и технологии при организации и проведении лабораторных экспериментов в школе.

Реализация межпредметных связей играет важную роль в совершенствовании методики организации самостоятельной работы студентов. Методика межпредметного обучения позволяет сменить приоритет с усвоения готовых знаний на самостоятельную активную познавательную деятельность с учетом необходимости формировать у студентов интегративный стиль мышления.

Важной целью обучения в условиях межпредметных связей является достижение не только результатов научного познания, но и самого пути получения этих результатов. Она включает также формирование межпредметной структуры знаний и познавательной самостоятельности студента, развитие его творческих способностей.

Вся система методов обучения при осуществлении межпредметных связей направлена на развитие диалектического мышления, всестороннего развития обучающегося, развития его познавательных потребностей, формирования интеллектуальной активности.

Обучающиеся должны быть подготовлены к самостоятельной работе, а это, прежде всего, связано с формированием у них познавательных умений.

Самостоятельная работа, прежде всего, завершает задачи всех других видов учебной работы. Знания, не ставшие объектом собственной деятельности. не могут считаться подлинным достоянием человека. Помимо практической важности самостоятельная работа имеет большое воспитательное значение: она формирует самостоятельность не только как совокупность опре-

деленных умений и навыков, но и как черту характера, играющую существенную роль в структуре личности как специалиста высшей квалификации.

В условиях значительного сокращения аудиторных часов на электротехнику и сохранения прежнего объема программного материала необходимо расширить вопросы самостоятельного изучения. Отбор учебного материала производился на основе следующих принципов:

- доступность для самостоятельного изучения;

- связь учебного материала с тематикой лабораторного практикума;

- готовность студентов к самостоятельному поиску и изучению учебного

материала;

- частичная изученность темы, например, в курсе физики;

- наличие у студентов мотивационного настроя изучения темы ввиду ее

необходимости, полезности, значимости и т. д.

Таким образом, обучение электротехнике будущих учителей физики и технологии в условиях межпредметных связей с физикой обеспечивает: повышение научного уровня знаний обучаемых; развитие творческих, исследовательских способностей студентов на базе выполнения учебных проектов межпредметного характера; углубление знаний в результате осуществления преемственности в формировании понятий, познавательных умений и навыков; повышение качества знаний в результате всестороннего раскрытия связей между явлениями и законами, изучавшимися в курсах физики и электротехники, и единого подхода к формированию у студентов общих понятий и умений.

Глава 3. Методические аспекты организации технического творчества студентов в педвузе в процессе обучения электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой

В этой главе проанализированы возможности совершенствования технического творчества в результате развития технического мышления при освоении ими системы электротехнических знаний и умений; развития научного творчества студентов при изучении основ электротехнологии, являющейся интегративной областью электротехники; формирования у студентов творческой познавательной деятельности на базе проектных и изобретательских работ интегративного характера.

В условиях творческого подхода в любом виде труда быстро увеличивается необходимость решения сложных технических и организационных задач. «Мышление, - по утверждению С.Л. Рубинштейна, - это, по существу своему, познание, приводящее к решению встающих перед человеком проблем или задач».

Проблема формирования творческого технического мышления у будущих учителей технической специализации, обучающихся в педагогическом вузе, является достаточно актуальной. Профессионально-педагогическая деятельность учителей физики и технологии во многом определяется техническими, технологическими знаниями и умениями. Учебная

деятельность и мышление неразрывны. Развитость мышления является одной из основных характеристик обучаемости человека.

Отличительной особенностью обучающихся, выполняющих учебно-исследовательскую деятельность, является способность устанавливать связь между наглядной и абстрактно-логической формами знаний. Умение перейти от образной к знаковой модели и, наоборот, дать такой модели содержательную интерпретацию, построить систему частных моделей, решающих общим способом частные проблемы, является важнейшей составляющей научно-исследовательской деятельности и фактором формирования интегративного мышления. Как отмечает A.B. Усова, процесс интеграции наук требует метода мышления, называемого диалектическим, умения комплексно применять знания из различных областей наук.

В процессе изучения элеюротехники у студентов развивается техническое мышление, в структуре которого можно выделить следующие логические операции: анализ, синтез, сравнение, обобщение, установление причинно-следственных связей при изучении способов получения, передачи и использования электрической энергии. Электротехническое устройство функционирует как единое целое благодаря не только механической, но и электромагнитной связи отдельных частей, которые носят устойчивый характер и обеспечивают появление еще целого ряда новых свойств, не присущих разобщенным частям. Изучение электротехнических устройств требует высокого уровня анализа и обобщения, необходимых для усвоения сложных процессов, протекающих в них.

Задача развития творческих способностей студентов - составная часть проблемы развития их мышления. Для творческого технического мышления характерен охват совокупности технических объектов и явлений, фундаментальных физико-технических концепций и теорий, установление модельного характера последних и установление границ, их применимости. Разработка технических конструкций требует функционального мышления, необходимого для определения функциональных зависимостей между процессами, происходящими в создаваемом устройстве. Эта форма мышления должна охватить взаимозависимость между процессами, протекающими как в явной (наблюдаемой), так и в неявной (происходящих вне поля зрения) формах. К последним относятся электромагнитные процессы.

Технологическая подготовка молодежи (студентов вуза, учащихся школ) сейчас является одним из важных ответственных вопросов в образовании, ибо современный этап развития человеческого общества связан не только с внедрением новых производственных технологий, но и со значительным расширением сферы применения технологии. Она переходит из сферы материального производства в область социально-экономического управления, обучения, мышления. Соединяя в себе природо- и культурообразующие функции, технология становится связанной со всей системой «природа -практика - человек - наука».

Технологическая подготовка как основа, составной элемент профессионального образования, наиболее эффективно осуществляется на базе новей-

ших достижений науки и техники, обеспечивающих высокую эффективность при их внедрении.

Преподавание курса электротехники с включением в учебную программу вопросов современной электротехнологии показало возможность значительного повышения эффективности учебного процесса в совершенствовании технологической подготовки студентов. Они активно приобщались к выполнению наших исследований по разработке и внедрению устройств электротехнологии в производство. Приобретение электротехнологических знаний явилось важным условием успешной работы студентов над творческими проектами, которые включали: решение изобретательских задач; конструирование, монтаж и испытание технических объектов; освоение методики эксперимента и пр.

Электротехнология, имеющая интегративный характер, способствует развитию профессионального творчества, углублению знаний студентов и обеспечивает связь обучения с производственной деятельностью человека (рис. 2).

Применение энергии сильных электрических полей

электролиз

электроэрозия

электротермия

электрофорез, электроооос

Изменение состава, структуры и состояния вещества

Рис. 2. Электротехнология - результат интеграции физики и электротехники

Достаточно убедительно на занятиях электротехники, физики и технологии можно демонстрировать отдельные эффекты электротехнологии и особенно в ее электронной-ионной области.

Конструкции некоторых устройств, рабочих узлов установок электронно-ионной технологии доступны для изготовления в условиях учебных мастерских и физических кабинетов. Это говорит о возможности успешной организации технического моделирования, выполнения творческих проектов на базе приборов и устройств электронно-ионной технологии.

Практика показала, что выпускники, активно вовлекавшиеся в годы учебы в проведение научных исследований, творчески подходят к своей профессии, у них выше уровень готовности к труду.

Характеристика научной работы студента складывается из совокупности показателей: полноты, осознанности, рациональности (методика A.B. Усовой); характера деятельности и степени самостоятельности; новизны и обобщенности полученного результата.

Актуальность научно-исследовательской темы в интегративной области «Электротехнология» определяется научно-технической и производственно-технологической направленностью ее содержания. Организация научно-исследовательской работы интегративного характера в условиях межпредметных связей с физикой создает условия для получения более глубоких и действенных профессиональных знаний.

Наш опыт приобщения студентов к изобретательской деятельности позволил описать методику организации творческой деятельности студентов в решении изобретательских задач.

Общеизвестно, что техническое изобретение начинается с разработки и изготовления модели, где изучаются основные параметры будущего проектируемого устройства посредством экспериментальных исследований.

Положительным результатом является перерастание первых исследовательских попыток в курсовые и дипломные работы. Темы дипломных работ по электротехнике имеют тесную связь с актуальными вопросами и проблемами сегодняшнего дня. Формирование знаний о научных основах техники, технологии, экономики осуществляется при изучении общих принципов технологических устройств, применяемых в перспективных направлениях современного производства.

Методологической основой трудового обучения молодежи является положение о единстве теории и практики, которое легло в основу одного из главных принципов педагогики - принципа соединения обучения с производительным трудом. Работа по развитию профессионального технического творчества базировалась на изобретениях руководителя работы, защищенных авторскими свидетельствами № 1207506, № 604548. Эти технические разработки относятся к средствам генерирования электрически заряженных аэрозолей с целью использования их в технологических процессах сельского хозяйства, в лечебно-профилактических мероприятиях в медицине и ветеринарии, в лакокрасочной промышленности и др. Внедрение указанных изобретений выполнялось в форме хоздоговорной работы при активном приобщении к ней студентов.

Техническое решение задачи обычно состоит в поиске компромисса между характеристиками системы: улучшается одна характеристика за счет изменения других. Изменение характеристик и выбор наилучшего варианта обычно завершаются при достижении существенного положительного эффекта. А при наличии готового изобретения поиски идей и выполнения технических решений связаны с доработкой принципиально несущественной части конструкции, отладкой работы устройства согласно технологическим требованиям производственной практики.

Использование метода проектов как элемента содержания образовательного процесса обеспечило наиболее эффективную связь теоретического обучения

с практической деятельностью студентов; развитие творческих, исследовательских, изобретательских способностей обучаемых; реализацию на практике теоретических знаний межпредметного характера; развитие умений и навыков разработки технологии материального воплощения проектируемых объектов на необходимом уровне исполнительского мастерства; приобщение студентов к производственной проектно-технологической деятельности, проводимой на кафедре по хоздоговорной тематике.

Глава 4. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента.

В этой главе изложены цели, задачи и методика проведения педагогического эксперимента; использованные критерии оценки эффективности проведения педагогического эксперимента; система учебно-методического обеспечения процесса преподавания электротехники; результаты педагогического эксперимента и их анализ.

Педагогический эксперимент в соответствии с задачами исследования осуществлялся нами с 1994 по 2005 годы. Основная цель педагогического эксперимента - проверка эффективности разработанной методики обучения студентов электротехнике в условиях осуществления межпредметных связей с физикой, способствующей повышению качества предметной подготовки у будущих учителей физики и технологии.

Задачей первого этапа (1994-1996 гг.) эксперимента было выявление причин недостатков в учебном процессе преподавания электротехники и изучение возможностей повышения качества обучения студентов данному предмету. С этой целью применялись такие методы исследования, как наблюдение, диагностирующие срезы усвоения знаний, анкетирование и тестирование студентов. Результаты этого эксперимента дали основание для планирования и подготовки пробного педагогического эксперимента.

На основе анализа полученных сведений производилась корректировка в организационно-методической направленности обучения электротехнике.

На втором этапе (1997-2000 гг.) пробный эксперимент решал задачу первичной апробации разработанного учебного пособия «Электротехника», являющегося информационной моделью, отображающей цели, содержание, дидактические условия, организационные формы педагогической системы и позволяющей их воспроизвести на практике.

На этапе обучающего эксперимента (2001-2003 гг.) осуществлялась апробация экспериментальной учебной программы, где определилось изучение основ современной электротехнологии в курсе электротехники, осуществлялись межпредметные связи, нашел дальнейшее обоснование метод проектов в развитии творческих, исследовательских, изобретательских способностей студентов.

На третьем этапе (2003-2005 гг.) проводился контрольный эксперимент. В процессе проведения эксперимента решались следующие задачи:

- проверка эффективности внедрения в учебный процесс учебника «Электротехника», в котором, по нашему мнению, «запрограммирована» разработанная методика обучения электротехнике в педагогическом вузе;

- исследование влияния интеграции физического и технологического образований на процесс формирования профессиональных знаний у студентов;

- проверка эффективности методики формирования творческих способностей студентов в процессе развития проектной деятельности, проводимой в области элекгротехнологии;

- проверка качества знаний студентов в результате внедрения экспериментальной методики обучения.

Практическая ценность разработанного устройства определяется обычно адекватностью его принципа действия. Одним из современных, эффективных методов экспериментального исследования при испытании созданных устройств является метод активного планирования эксперимента, который использовался нами в следующей последовательности: составление плана эксперимента и проведение опытов, проверка воспроизводимости опытов (критерий Кохрена), статистическая оценка результатов эксперимента (критерии Стьюдента, Фишера).

В эксперименте проверялись количественные и качественные показатели эффективности обучения при использовании разработанной методики, они определялись нами на основе методов поэлементного и пооперационного анализа, разработанных A.B. Усовой.

Результаты анализа контрольных проверок знаний рассчитывались по следующим выражениям, определяющим количественные критерии:

1. Коэффициент полноты усвоения содержания проверяемых знаний:

v

I*

к=—тг»гда

nN

п - количество элементов знаний, подлежащих усвоению; я, - количество элементов, усвоенных /-м студентом; N - количество студентов в группе.

2. Коэффициент эффективности экспериментального метода:

ДУ3

ДУЭ, ДУК -достигнутые уровни (средний балл) соответственно в экспериментальной и контрольной группах. При т] > 1 - эксперимент эффективен.

3. Показатель прироста знаний:

П = П.,-Пк, где

ППk - показатели (коэффициенты) прироста знаний соответственно для экспериментальной и контрольной групп, определяемые по выражениям:

Яэ = ДУЭ - иуэ, Пк - ДУК - НУК (НУЭ, НУк - начальные уровни экспериментальной, контрольной групп).

4. Сравнение времени, затраченного на подготовку к проверке знаний по вопросам одного и того же содержания студентов экспериментальной и контрольной групп:

/ '

•э

Я - коэффициент эффективности экспериментального метода по времени, показывает, во сколько раз сокращается время на самостоятельную подготовку при использовании разработанной методики.

С целью выявления эффективности разрабатываемого учебного пособия по сравнению с существующими учебными пособиями по электротехнике ставился педагогический эксперимент при сдаче дифференцированного зачета. Группы- экспериментальная и контрольная, подбирались попарно из студентов, имеющих одинаковые средние баллы. Для подготовки к проверке знаний студенты с одинаковыми баллами получали одинаковые вопросы. Экспериментальная группа готовилась к зачету при использовании опытного учебного пособия, а контрольная пользовалась существующими учебными пособиями. Знания оценивались по традиционной четырехбалльной системе. Ниже приводятся показатели педагогического эксперимента, проведенного в 1999 г.

1. Начальные уровни в контрольной и экспериментальной группах (ср.

балл):

59 99 59 99

НУК=^1 = 3,99; ЯУЭ=^2- = 3,99,

* 15 э 15

т. е. были одинаковыми.

2. Достигнутые уровни в контрольной и экспериментальной группах (ср. балл):

= 3.66; ДУЭ =^0 = 4,10.

* 15 3 15

3. Прирост знаний:

Пк = ДУК - НУК = 3,66 - 3,99 = -033 •

Пэ = ДУЭ - НУЭ = 4,11 - 3,99 = 0,12

4. Прирост знаний в результате использования студентами нового учебного пособия:

П = П3 - Пк = 0,12 - (-0,33) = 0,45.

5. Обычно определяется коэффициент эффективности по средним баллам:

411

7 = = 1,12, 7 > 1 - эксперимент эффективен.

3,66

Сравнительные показатели педагогического эксперимента, проведенного в 1998-99 и 2003-04 уч. годах, отражены в диаграммах (рис. 3 и 4). Эффективность внедрения результатов исследования отражена в повышении показателей успеваемости: среднего балла и качества знаний.

' Средний баял по электротехнике получился ниже на 0,32, чем обшиб средний балл по всем предметам за III курс

Рис. 3. Средие-арифметическое значение Рис. 4. Показатели качества знаний баллов экспериментальной и контроль- экспериментальной и контрольной

ной групп при использовании опытного групп при использовании опытного и

и традиционного учебных пособий в традиционного учебных пособий в разные периоды разные периоды

Улучшение этих показателей мы объясняем тем, что на протяжении рассмотренного времени осуществлялась активная реализация научно-обоснованных методических аспектов преподавания курса, предусмотренных в гипотезе и задачах исследования, выдвигаемых в диссертации.

На основе методики поэлементного и пооперационного анализа в 2005 году проводились контрольные эксперименты с целью проверки повышения качества знаний в результате обучения студентов в условиях межпредметных связей физики и электротехники. Проверка осуществлялась с помощью тест-карт, включающих вопросы по основополагающим понятиям, законам и методам, являющимися общими для физики и электротехники. Применение поэлементного анализа позволило объективно определить качество усвоения структурных элементов этих знаний. В таблице 1 и на рис. 5а, 56 даны результаты анализа качества усвоения студентами знаний.

Таблица 1

Коэффициент полноты усвоения знаний (понятия, закона, метода) студентами контрольных и экспериментальных групп (kx,kj

№ п/п Исследуемые знания Коэффициент полноты усвоения знаний контрольной и экспериментальной группами Коэффициент эффективности применяемой t к методики Л = — К

К К

физики технологи физики технологи физики технологи

1 Понятие «переменный ток» 0,49 0,52 0,79 0,57 1,6 1,08

2 Закон электромагнитной индукции 0,48 0,34 0,53 0,50 1,1 1,45

3 Методы электрических измерений 0,61 0,31 0,75 0,66 1,2 2,13

Рис. 5. Результаты анализа усвоения знаний (1 - понятия, 2 - закона, 3 - метода) студентами контрольных (К) и экспериментальных (Э) групп: а - специальности «Физика», б - специальности «Технология и предпринимательство»

Средний прирост (К, %) коэффициента полноты усвоения знаний по специальностям «Физика» и «Технология и предпринимательство» соответственно равняется 16,6 % и 18,5 %. Обобщенный показатель прироста коэффициента полноты знаний экспериментальных групп (в %) равен:

дк=М±!М = 17>55%.

2

Констатирующий эксперимент осуществлялся с целью выяснения динамики изменения качества знаний у студентов при введении элементов экспериментальной методики обучения. При этом данные качества усвоения содержания знаний студентами включены, начиная с 1985 г.

Промежуточный контроль за самостоятельной работой студентов систематически осуществлялся в середине каждого учебного семестра. В целях оперативного контроля знаний были разработаны тест-карты для программированного контроля.

Полученные данные анализировались, и рассчитывались значения коэффициента полноты усвоения содержания проверяемых знаний как для каждого студента, так и для группы в целом по следующим формулам.

Для каждого студента:

л

где п, - количество правильных ответов /'-го студента на вопросы тест-карт; п - количество правильных отьтов, содержащихся в работе (тест-карте).

Для всей группы усредненное знамени» рассматриваемого коэффициента:

к

_ I".

где N - количество студентов груты.

Результаты этапов эксперимента с 1988 г. по 2003 г. по определению полноты усвоения содержания проверяемых знаний и их повышения отражены в графической зависимости (рис. 6).

ер балл

о.* г

0,2 1

о ---<- ' -1-'-'--о -'-1-<-'-'--1-'-1->-'-

1И7-М 1МО«1 1М144 100М7 1ЯМ-20Ш 200»» уч ГОД >Мв 1И7 1М* 100) 1ЮЭ 19*6 1ЯТ 1Мв 30« 2003 ГОД

Рис. 6. Изменение коэффициента Рис. 7. Динамика роста среднего балла полноты усвоения содержания знаний студентами по электротехнике

На графиках (рис. 7 и 8) отражены показатели успеваемости студентов (качество успеваемости, средний балл).

Рис. 8 Повышение качества успеваемости студентов

Эксперимент подтверждает, что основные показатели качества знаний студентов повысились в результате внедрения в учебный процесс разработанной методики и учебного пособия по электротехнике. Если в период, включающий в себя 1996-2000 годы, качество успеваемости и значение среднего балла, соответственно, бьши равны 67,9 % и 3,76, то эти показатели заметно стали выше в период с 2001 по 2003 год, когда наиболее полно осуществлялось внедрение результатов диссертационного исследования в учебный процесс электротехники, и они соответственно стали равными 98,95 % и 4,45.

Результаты диссертационного исследования и разработанное автором учебное пособие «Электротехника» внедрены в преподавание электротехники в Бурятском государственном университете, Иркутском, Забайкальском и Че-

лябинском государственных педагогических университетах, также используется в Бурятском институте повышения квалификации работников образования.

В заключении диссертации обобщены теоретические и экспериментальные результаты, изложены основные выводы исследования.

1. В историческом плане формирование электротехники как науки и учебной дисциплины рассматривается как результат развития физических знаний в области практического применения электрических и магнитных явлений. Содержание научного знания, фундаментальные идеи и методы исследования являются общими как для физики, так и для электротехники.

Глубокие содержательные связи физики с электротехникой позволяют с наибольшей отдачей осуществлять межпредметные связи в процессе обучения электротехнике. Структура и содержание научных знаний электротехники основаны на законах, фактах и понятиях физики, поэтому обучение электротехнике в условиях межпредметных связей с физикой является одним из основных дидактических условий повышения качества знаний студентов.

2. Системообразующая функция межпредметных связей ведет к развитию научных знаний на более высоком теоретическом уровне. Главной задачей электротехники как науки, является познание законов и принципов получения, передачи и применения электрической энергии. Познание этой комплексной образовательной задачи требует отражения в содержании и методах обучения электротехники объективно существующих межнаучных связей и связей соответствующих наук с производством.

Формирование электротехнических научных знаний, основополагающих научно-технических и технологических понятий, теоретических методов исследования должно осуществляться на лекциях в процессе реализации межпредметных связей на методологическом и теоретическом уровнях.

Исследована концепция неразрывной связи учебной дисциплины «электротехника» с энергетической наукой; определены методические подходы при изучении современных проблем электроэнергетики: поиск и освоение возобновляемых источников энергии; решение экологических проблем производства электрической энергии; разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий и т. д. Таким образом, изучение электротехники в условиях межпредметной связи с физикой наиболее полно раскрывает связь электротехники как науки с современными проблемами практики, что способствует расширению научного мировоззрения студентов, повышению уровня их научных знаний,

3. Межпредметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии обеспечивают согласованность и координацию рабочих программ по физике и электротехникие; исключают дублирование учебного материала; обеспечивают единство интерпретации общих понятий, законов и теорий; используют умения, полученные студентами при изучении физики и электротехники; способствуют формированию у студентов обобщенных подходов к усвоению основных структурных элементов знаний (научных фактов, понятий, зако-

нов, теорий) и реализации этих подходов в их самостоятельной познавательной деятельности.

Формированию у будущих учителей физики и технологии комплексных межпредметных знаний способствует выполнение ими дипломного проекта экспериментально-исследовательского характера, основанного на изготовлении опытного образца технического объекта на актуальную тему.

4. Одним из эффективных методов развития интегративных взаимодействий физики и электротехники является реализация на занятиях электротехники дидактических возможностей физического эксперимента. Общность методов исследования этих предметов (наблюдение, эксперимент, моделирование) позволяет успешно использовать методы физического эксперимента для постановки лекционного эксперимента по электротехнике. Демонстрационный эксперимент позволяет повысить научный уровень изучения курса электротехники, активизирует познавательную способность обучаемых, повышает интерес к предмету. Преемственность демонстрационного эксперимента в лабораторном практикуме достигается подбором содержания и структуры изучаемых тем и универсальностью методов электрических измерений, широко используемых в электротехнике. На этапе лабораторного эксперимента у студента формируются умения структурировать свою деятельность, устанавливать связи и отношения между элементами этой структуры. Подготовка и планирование эксперимента в условиях самостоятельности или консультативной поддержке преподавателем стимулирует к самостоятельной экспериментально-исследовательской деятельности и ответственности за свою познавательную деятельность.

5. Реализация дидактической системы межпредметных связей играет важную роль в совершенствовании методики учебной деятельности студентов, она позволяет сменить приоритет с усвоения готовых знаний на самостоятельную активную познавательную деятельность с учетом необходимости формировать современный интегративный стиль мышления. Осуществление межпредметных связей в учебном процессе создает важные условия для активизации познавательной деятельности студентов, которые способствуют вооружению их общими методами познания и формированию у студентов обобщенных подходов к усвоению основных структурных элементов знаний. Одним из аспектов организации интегративной познавательной деятельности студентов при обучении электротехнике является самостоятельное установление связей и отношений изучаемых технических объектов, определение научных основ их функционирования и соотнесение структуры технических объектов с технологическими операциями, которые осуществляются в связи с производственными назначениями.

6. Для эффективного формирования творческих технических способностей, диалектического мышления при изучении электротехники в условиях межпредметной связи с физикой целесообразно использовать методику, ориентированную на реализацию единого подхода к формированию фундаментальных понятий, общих для физики и электротехники. В формировании творческого мышления наиболее эффективными методами оказались: метод

проб и ошибок, метод психологической активизации творчества, метод аналогии, метод контрольных вопросов, алгоритмы решения изобретательских задач (АРИЗ). В структуре технического мышления выделяют следующие логические операции: анализ, синтез, сравнение, обобщение, установление причинно-следственных связей при изучении теоретических вопросов физики, описывающих принцип действия устройств электротехнологии, решений творческих конструкторско-технических задач в системе НИРС, УИРС, курсовых и дипломных работ.

7. Умение выполнять интегративную деятельность рассматривается нами как один из ведущих компонентов содержательного профессионального творчества будущих учителей физики и технологии. Изучение основ электротехнологии в курсе электротехники, имеющей интегративный характер, способствует развитию технического творчества у студентов, получению целостного знания в области преобразовательной деятельности человека, обеспечению связей образовательного процесса с производительным трудом.

Электротехника как наука, техника и технология является интегративной по своей сути, она дает возможность осуществлять обучение в условиях синтеза знаний и методов исследования физики, математики, химии и биологии, применяемых для решения прикладных задач.

Интегративная область электротехнологии, изучаемая в курсе электротехники, определяется научно-технической направленностью ее содержания. Организация научно-исследовательской работы интегративного характера создает условия для получения более глубоких и действенных профессиональных знаний у будущих учителей физики и технологии.

8. Особую роль в развитии технического творчества и повышении качества знаний студентов играет проектная деятельность студентов. Педагогический эксперимент, проведенный нами в течение длительного времени, позволил рассматривать результаты учебной деятельности в различных направлениях образовательного процесса и делать следующие выводы: 1) образовательный процесс, осуществляемый в учебных, производственных проектах интегративного содержания, формирует у студентов системные знания по электротехнике, раскрывает их прикладной аспект, ориентирует полученные знания на преобразующую деятельность, обеспечивает повышение образовательной активности студентов и возможностей реализации своих знаний на практике, стимулирует развитие творческих, исследовательских, изобретательских способностей обучаемых; 2) метод проектов служит эффективным средством изучения перспективной электротехнологии, способствует познанию современных производственных технологий; 3) выполнение технического проекта обычно требует знаний межпредметного содержания, что способствует познавательных умений и навыков.

9. Творческой основой организации проектной деятельности послужили научно-технические исследования автора по внедрению его изобретений в производственный процесс. При выполнении этих исследований активное участие принимали студенты, у которых была сформирована система умений и навыков экспериментальной проектной работы производственного харак-

тера. Осуществление связей образовательного процесса с производительным трудом способствует развитию у студентов чувства ответственности, познавательной самостоятельности. Развитые системы познавательных умений становятся основой при решении задач технического моделирования приборов и устройств, выполнения творческих проектов учебного и производственного назначений.

Результативность проектной деятельности подтверждена техническими разработками студентов, часть которых экспонировалась на выставке технического творчества студентов вузов г. Улан-Удэ, действующие модели устройств электротехнологии (электрофильтр, источник высокого напряжения, модель генератора электрозаряженных аэрозолей, прибор массового заряда и др.) успешно используются в учебных демонстрационных экспериментах. Изобретения автора (A.C. № 604548 и № 1207506) внедрялись в производство со значительными экономическими эффектами, результаты этих исследований публиковались в виде научных отчетов и статей. Соавторами отдельных статей стали студенты.

10. В практике педагогического эксперимента впервые использован метод активного планирования эксперимента, который является выражением кибернетического подхода к результатам исследований. На основании этого метода и критериев математической статистики дана оценка адекватности исследуемого процесса при испытании результатов технического проекта. Экспериментальное изучение электротехнологических процессов, обычно зависящих от многих факторов, наиболее эффективно проводится на основе применения теории активного планирования эксперимента. Проектирование как метод обучения характеризуется его результатами, следовательно, активное планирование имеет перспективу его применения в педагогическом эксперименте.

Педагогический эксперимент подтверждает, что знание современных прогрессивных методов проведения эксперимента и обработка опытных данных является одним из направлений повышения качества знаний студентов.

11. Результаты педагогического эксперимента показывают возможность значительного повышения качества знаний студентов в результате внедрения в образовательный процесс комплекса учебно-методического обеспечения, способствующего организации процесса обучения электротехнике в условиях межпредметной связи с физикой. Разработанное автором учебное пособие «Электротехника», получившее гриф УМО, отражает дидактическую модель методики преподавания электротехники. Интегративная направленность содержания учебного пособия является важным аспектом для организации познавательной деятельности студентов на уровне межпредметных связей и наиболее полной реализации преимуществ этих связей в обучении. В данном пособии введена глава «Электротехнология» для технологической подготовки студентов, что отражает важную новизну его в сравнении с существующими учебниками общей электротехники.

В учебно-методическом комплексе одно из основных мест в повышении эффективности учебного процесса занимают методические руководства и ре-

комендации для самостоятельной работы студентов в условиях межпредметных связей.

12. Результаты педагогического эксперимента достаточно убедительно показывают эффективность разработанной методики обучения электротехнике, осуществляемой в условиях межпредметных связей. Динамика роста показателей качества знаний соответствует этапам совершенствования методики обучения. Для оценки эффективности метода обучения мы исходили из количественных и качественных показателей усвоения знаний и умений студентами. Эффективность внедрения разработанной методики можно представить по повышению качества знаний, определяемыми усредненными показателями качества успеваемости по годам и значениями средних баллов. До внедрения разработанной методики эти показатели были соответственно равными 67,9 % и 3,77, а после внедрения - 98,95 % и 4,45. Достоверность полученных результатов подтверждается на основе критериев математической статистики, используемых при обработке опытных данных.

Проведенное диссертационное исследование подтвердило выдвинутую гипотезу, дало возможность достаточно эффективно реализовать поставленные задачи. Вместе с тем, в результате исследования можно выделить, на наш взгляд, ряд актуальных проблем, требующих дальнейшего исследования. Одним из них является использование новых информационных технологий в лабораторном и демонстрационном эксперименте, а также организация познавательной деятельности студентов в условиях межпредметных связей не только с физикой, но и другими общетехническими дисциплинами.

По проблеме исследования автором опубликовано 56 работ общим объемом 66,31 п. л. Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях.

Монография

1. Дондоков Д.Д. Методические основы преподавания электротехники в педагогическом вузе. - Улан-Удэ: БГУ, 2003. - 239 с.

Учебные и методические пособия

2. Дондоков Д.Д. Электротехника: Учебное пособие. - Улан-Удэ: БГУ, 1999 и 2004 (перв. и втор. изд.). - 250 с.

(Присвоен гриф «Допущено Учебно-методическим объединением по специальностям педагогического образования в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 030600 - технология и предпринимательство» Протокол № 10 заседания Президиума Совета УМО от 10 декабря 2002 г)

3. Дондоков Д.Д. Методические указания к лабораторным работам по курсу электротехника. - Улан-Удэ: БГПИ, 1989 и 1994 (перв. и втор. изд.). -102 с.

4. Дондоков Д.Д. Методические рекомендации по использованию ЭВМ для типовых расчетов по теме «Опнпфячные непи». - Улан-Удэ: БГПИ, 1992. - 43 с. РОС. национал! г

БИБЛИОТЕКА (¡.Петербург [ 33 и М кг ,

Основные научные статьи, тезисы докладов, методические указания и программы

5. Распылитель для электроаэрозольной обработки объектов: A.C. 604548 / Д.Д. Дондоков, Ф.Я. Изаков, A.M. Борок. - №2334442 / 30-15: Заявл. 16.03.76.; Опубл. 30.04.78. - БЮЛ. № 16.

6. Аэрозольный генератор: A.C. 1207506 / Г.З. Блюмин, B.C. Ярных, Д.Д. Дондоков. - № 37446219 / 23-05: Заяв. 24.05.84.; Опубл. 30.01.86. // БЮЛ. № 4. - 2 с.

7. Дондоков Д.Д., Павлов И.А., Семенюк A.B. Методические указания по использованию ЭВТ при расчете сложной цепи постоянного тока. - Улан-Удэ: БГПИ, 1992.- 18 с.

8. Дондоков Д.Д. Рабочая программа по дисциплине «Общая электротехника». - Улан-Уда: БГУ, 1997. - 24 с.

9. Дондоков Д.Д. Модель электрофильтра (коронный разряд и его использование) // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. -Глазов - СПб., 1998. - Вып. 7. - С. 42-44.

10. Дондоков Д.Д. К методике изучения темы «Экологические проблемы производства электроэнергии» // Теория и методика обучения в вузе и школе: Вестник БГУ, серия 8, вып. 5. - Улан-Удэ: БГУ, 1999.-С. 115-118.

11. Дондоков Д.Д., Атутов Ю.П. Методические рекомендации по изучению электротехники в школе // Теория и методика обучения в вузе и школе: Вестник БГУ, серия 8, вып. 5. - Улан-Удэ: БГУ, 1999. - С. 67-74.

12. Дондоков Д.Д., Кирпичников A.A. Демонстрация принципа действия асинхронного двигателя // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. - Глазов - СПб., 1999. - Вып. 8. - С. 43-45.

13. Дондоков Д.Д. Электрическая зарядка жидкости (применение энергии электрического поля) // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. - Глазов - СПб., 2000. - Вып. 9. - С. 58-59.

14. Дондоков Д.Д. Содержание и структура курса электротехники для студентов специальности «Технология и предпринимательство» // Современные проблемы совершенствования системы обучения по физико-математическим и общеинженерным дисциплинам: Материалы регион, науч.-метод. конф. - Улан-Удэ: БГУ, 2000. - С. 25-26.

15. Дондоков Д.Д. Регулирование частоты вращения двигателя постоянного тока // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. -Глазов - СПб., 2000. - Вып. 10. - С. 67-68.

16. Дондоков Д.Д. Измерение электризации аэрозоля // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. - М.: ИОСО РАО, 2001. -Вып. 12. - С. 26-27.

17. Дондоков Д.Д. Изучение современной электротехнологии в курсе «Электротехника» педагогического вуза // Актуальные проблемы физико-технического образования на рубеже веков: Материалы науч.-практ. конф., посвящ. 70-летию ФТФ БГУ. - Улан-Удэ: БГУ, 2002. - С. 109-113.

18. Дондоков Д.Д. Источник высокого напряжения // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. - М.: ИОСО РАО, 2002. - Вып. 16. -С. 43-44.

19. Дондоков Д.Д. Роль курса электротехники в профессиональной подготовке студентов специальности «Технология и предпринимательство» // Технологическое образование: состояние, проблемы и перспективы развития: Материалы Всероссийской научно-практической конференции (26-29 сент. 2002 г.) - Иркутск: ИГЛУ, 2002. - С. 29-31.

20. Дондоков Д.Д. Технологическая подготовка студентов при изучении курса электротехники // Технологическое образование в школе и вузе в условиях модернизации образования: Материалы Международной научно-практической конференции МПГУ (4-5 февр. 2003 г.) - М.: Эслан, 2003. -С. 401-403.

21. Дондоков Д.Д. Аэрозольный генератор с приводом на повышенной частоте тока // Технология, биотехнология и оборудование для пищевых и кормовых производств: Материалы научно-практической конференции ВСГТУ (14-18 апр. 2003 г.) - Улан-Удэ, 2004. - Вып. 10. - С. 76-77.

22. Дондоков Д.Д. Определение понятия «электротехника» // Физика и техника: Вестник БГУ, серия 9, вып. 2. - Улан-Удэ, 2003. - С. 197-199.

23. Дондоков Д.Д. Технология лекционного эксперимента по электротехнике // Физика и техника: Вестник БГУ, серия 9, вып. 2. - Улан-Удэ, 2003. -С. 204-208.

24. Дондоков Д.Д. Дидактические принципы естественнонаучного образования в высшей школе // Педагогика и психология: Вестник БГУ, серия 7, вып. 11.- Улан-Удэ, 2003. - С. 223-228.

25. Дондоков Д.Д., Шуханов С.Н. Расчетно-графическая работа по электротехнике И Физика и техника: Вестник БГУ, серия 9, вып. 2. - Улан-Удэ, 2003. - С. 202-204.

26. Дондоков Д.Д. Организация творческой деятельности студентов в решении изобретательских задач // Физика и техника: Вестник БГУ, серия 9, вып. 2. - Улан-Удэ, 2003. - С. 200-202.

27. Дондоков Д.Д., Шуханов С.Н. Элементы принципа системной дифференциации знаний // Физика и техника: Вестник БГУ, серия 9, вып. 2. - Улан-Удэ, 2003.-С. 208-211.

28. Дондоков Д.Д. Технология учебного эксперимента по электротехнике // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. - М.: ИОСО РАО, 2004. - Вып. 19. - С. 16-18.

29. Дондоков Д.Д., Дульчаева И.Л. Историческая обусловленность электротехнического учебного эксперимента // Проблемы учебного физического эксперимента: Сб. науч. тр. - М.: ИОСО РАО, 2004. - Вып. 19. - С. 18-20.

30. Проект Продукт - инновации «Аэрозольный генератор» // Каталог научно-технических разработок и инновационных проектов Республики Бурятия. - Улан-Удэ: Изд-во «Бэлиг», 2004. - С. 9.

31. Дондоков Д.Д. Курс электротехники в подготовке будущих учителей физики и технологии к интеграции технологического и физического образо-

вания // Теория и методика обучения естественно-математическим дисциплинам: Вестник БГУ. Серия 8: (б). - Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2005. - Вып. 2. -С.115-121.

32. ДондоковД.Д. Преподавание электротехники в условиях межпредметной связи с физикой II Теория и методика обучения естественно-математическим дисциплинам: Вестник БГУ. Серия 8: (б). - Улан-Удэ: Изд-во БГУ, 2005.-Вып. 2.-С. 108-115.

На правах рукописи

Дондоков Дамба Дондокович

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

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (физика)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора педагогических наук

Формат 60x84/16. Объем 2,1 п. л. Подписано в печать 08.12.2005 Тираж 150 экз. Заказ № 1075 Отпечатано с готового оригинал-макета На ризографе в типографии ЧГПУ 454080, г. Челябинск, пр. им. В.И. Ленина, 69.

\

I

\

i \

<i

I

I

U25882

РНБ Русский фонд

2006-4 28450

Ъ

Содержание диссертации автор научной статьи: доктора педагогических наук, Дондоков, Дамба Дондокович, 2006 год

Введение.

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

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

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

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

Выводы по первой главе.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Выводы по второй главе.

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

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

3.2. Электротехнология в развитии научного творчества студентов

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

Выводы по третьей главе.

Глава IV. Методика проведения и результаты педагогического эксперимента

4.1. Цели, задачи и методика проведения педагогического эксперимента

4.2. Критерии оценки эффективности проведения педагогического эксперимента.

4.2.1. Критерии оценки методики обучения.

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

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

4.4. Результаты педагогического эксперимента и их анализ.

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

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

4.4.3. Результаты контроля по проверке полноты усвоения знания

4.4.4. Обобщенные показатели итогов педагогического эксперимента.

Выводы по четвертой главе.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Межпредметные связи физики и электротехники как дидактическое условие повышения качества знаний будущих учителей физики и технологии"

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

- преемственность в формировании понятий, познавательных умений и навыков;

- единство в интерпретации общих понятий законов и теорий;

- единый подход к формированию общих понятий и умений;

- формирование профессионально-методических умений и навыков;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Ведущие идеи проведенного нами исследования можно представить в следующих тезисах.

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

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

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

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

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

Цели исследования состоят в том, чтобы:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Цель и гипотеза проблемы позволили сформулировать задачи исследования:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

7) анализ результатов исследования. Этапы исследования

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Практическая значимость исследования заключается в том, что:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные положения, выносимые на защиту:

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

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

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

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

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

Структура диссертации

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

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

ВЫВОДЫ ПО ПЕРВОЙ ГЛАВЕ

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

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

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

Обоснован принцип единства исторического и логического в преподавании электротехники.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Глава II

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Список литературы диссертации автор научной работы: доктора педагогических наук, Дондоков, Дамба Дондокович, Челябинск

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

24. Рис. 2.6. Векторная диаграмма

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

26. Определить полные сопротивления отдельных ветвей.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

36. Тема: «ИЗУЧЕНИЕ РАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА»

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

38. Обобщить знания студентов о законах параллельного соединения элементов.

39. Осуществить анализ методов экспериментальной проверки законов параллельного соединения.

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

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

42. План интегративного занятия