Проектирование и реализация учебного курса "Компьютерные модели электронных схем" в подготовке студентов технических вузов

Тихонов, Иван Викторович

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

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Проектирование и реализация учебного курса "Компьютерные модели электронных схем" в подготовке студентов технических вузов

Автореферат

Автор научной работы: Тихонов, Иван Викторович
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Казань
Год защиты: 2006
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Проектирование и реализация учебного курса "Компьютерные модели электронных схем" в подготовке студентов технических вузов"

На правах рукописи

ТИХОНОВ Иван Викторович

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ УЧЕБНОГО КУРСА «КОМПЬЮТЕРНЫЕ МОДЕЛИ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ» В ""ПОДГОТОВКЕ СТУДЕНТОВ ТЕХНИЧЕСКИХ ВУЗОВ

(на примере специальности «Информационно-измерительная техника и

технология»)

13.00.02 - теория и методика обучения и воспитания (общетехнические дисциплины)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук

Казань - 2006

Работа выполнена в лаборатории естественно-математической и общепрофессиональной подготовки Института педагогики и психологии профессионального образования Российской академии образования

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор Белавин Владимир Алексеевич

кандидат педагогических наук, старший научный сотрудник Читалин Николай Александрович

Официальные оппоненты: доктор педагогических наук

Корчагин Евгений Александрович

кандидат педагогических наук, доцент Упшинская Алла Евгеньевна

Ведущее учреждение:

ГОУВПО «Мордовский государственный университет»

Защита состоится 4 июля 2006 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 008.012.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора педагогических наук и доктора психологических наук при Институте педагогики и психологии профессионального образования РАО по адресу: 420039, г. Казань, ул. Исаева, 12

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПП ПО РАО Автореферат разослан «3>» июня 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

А.Р. Масалимова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Необходимым условием повышения эффективности подготовки специалиста в высшей профессиональной школе является усиленный акцент на формирование умений решать различные профессиональные задачи. Моделирующие компьютерные программы широко применяются уже сегодня и сфера их использования в профессиональной деятельности инженеров продолжает расширяться. Современный инженер должен профессионально применять компьютерные технологии в своей деятельности, владеть методами решения конструкторских и технологических задач на основе компьютерного анализа проектируемого объекта (технического устройства, технологического процесса и т.д.). В этой связи в инженерном образовании компьютерное моделирование занимает все большее место. Научить студента компьютерному проектированию возможно только при обучении с максимальным использованием компьютерных технологий и современных профессиональных компьютерных программ.

Одной из важных причин, затрудняющих формирование профессиональной подготовленности современного конкурентоспособного инженера в вузе, является недостаточное внимание к освоению и использованию методов компьютерного моделирования. Проектирование и применение моделирующих компьютерных программ в обучении инженеров требует тщательного теоретического обоснования и методической проработки. Определение и обоснование дидактических и методических условий, обеспечивающих оптимальные пути подготовки специалистов с использованием возможностей компьютерной техники, является важной задачей профессиональной педагогики.

Несмотря на то, что моделирующие компьютерные программы используются в образовании уже давно, а их расширяющиеся возможности не подвергаются сомнению, в педагогической теории нет единого подхода к проблеме проектирования и применения моделирующих компьютерных программ учебного назначения.

Исследования в области подготовки студентов с использованием компьютерной техники ведутся в США, Германии, Японии, Великобритании, России и ряде других стран уже не один десяток лет. В работах П.И.Образцова, И.Ю.Паскаля, Е.Ю.Раткевича доказано, что применение моделей в компьютерных программах учебного назначения не только позволяет многократно увеличить скорость передачи и объем информации, но и способствует развитию профессионально важных качеств современного инженера, в деятельности которого значительную долю занимает проектирование и конструирование технических объектов с использованием моделирующих компьютерных программ.

Е.И.Машбица и др. Анализ применения информационных технологий в учебном процессе представлен в работах С.А.Бешенкова, И.М.Бобко, Г.В.Ившиной, Г.И.Кириловой, П.И.Образцова, Е.Ю.Раткевича, И.В.Роберт,

A.В.Соловьева и др. Вопросы использования моделирующих компьютерных программ в обучении рассмотрены В.А.Белавиным, И.Ю.Паскалем, Б.Н.Пойзнером и др. Отдельные аспекты применения моделирующих компьютерных программ в обучении затронуты в публикациях А.И.Райкова,

B.А.Рыжова, Н.П.Петровой и др.

Проведенный анализ показал, что сложности в применении моделирующих компьютерных программ в учебном процессе часто связаны с отсутствием специально спроектированных курсов, которые бы учитывали особенности инженерного образования, профессиональную специфику деятельности инженеров, межпредметные связи, а также риски, возникающие при переходе от реального объекта изучения к его компьютерной модели. Деятельность преподавателей часто реализуется на традиционных методиках и технологиях, которые не обеспечивают достаточной эффективности применения моделирующих компьютерных программ.

Изложенное выше позволяет сформировать основное противоречие между расширяющейся сферой внедрения методов компьютерного моделирования в современную профессиональную деятельность инженеров и неразработанностью научно-методического обеспечения подготовки специалистов с достаточным владением компьютерными технологиями: в частности, с отсутствием специального курса, направленного на овладение методами компьютерного моделирования, реализуемого в системе профессионального образования в техническом вузе.

Исходя из этого сформулирована проблема исследования: каковы особенности отбора, структурирования содержания и методические условия реализации курса «Компьютерные модели электронных схем» в процессе подготовки студентов технического вуза?

Объект исследования: подготовка студентов технических вузов в области компьютерного моделирования.

Предмет исследования: содержание, структура и методические условия реализации курса «Компьютерные модели электронных схем» в техническом вузе.

Цель исследования: выявить особенности проектирования содержания и условия реализации учебного курса «Компьютерные модели электронных схем».

Гипотеза исследования: содержание и методические условия реализации учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» будут способствовать повышению уровня обученности студентов в области компьютерного моделирования, если:

1. Проектирование содержания и структуры курса будет осуществлено с учетом особенностей, заключающихся:

- в отражении специфики современной профессиональной деятельности инженера;

- в возможности оперативной коррекции курса, как отклика на динамичное развитие современных компьютерных технологий;

- в минимизации рисков потери связи между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью.

2. Реализация курса будет проводиться с учетом внутренних и внешних условий. Внутренние условия состоят:

- в последовательном изложении содержания курса от изучения основ компьютерного моделирования до приобретения и закрепления навыков решения профессиональных задач с использованием моделирующих компьютерных программ;

- в специальной организации контроля, позволяющей минимизировать риски потери связи между реальным объектом и компьютерной моделью в подготовке инженера.

Внешние условия состоят:

- в обеспечении взаимосвязи курса с дисциплинами общепрофессиональной и компьютерной подготовки, дающими навыки работы с реальными радиотехническими приборами и компьютерными средствами;

- в подготовленности педагога к преподаванию курса с использованием компьютерных технологий и современных профессиональных программ;

- в подготовленности студентов к обучению с применением компьютерных технологий.

Задачи исследования:

1. Выявить научно-методические особенности проектирования содержания и структуры нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» в подготовке инженеров.

2. Обосновать методические условия эффективной реализации курса «Компьютерные модели электронных схем» в техническом вузе.

3. Экспериментально оценить изменение уровня обучснноети студентов в области компьютерного моделирования при внедрении курса в учебный процесс.

Экспериментальной базой исследования явились Казанский государственный энергетический университет, Казанский энергетический техникум.

Исследование проводилось в три этапа:

На первом этапе (2001-2002 гг.) проводился анализ литературы по применению компьютерных технологий в производстве и в образовании, по педагогическому проектированию содержания учебных курсов, а также по реализации компьютерных программных средств учебного назначения в логике исследуемой проблемы. Выявлялись дидактические противоречия применения моделирующих компьютерных программ в учебном процессе, анализировались структура и содержание подготовки специалистов направления «Приборостроение» в области компьютерного моделирования.

На втором этапе (2002-2003 гг.) разрабатывались научно-методические основы процедуры проектирования курса «Компьютерные модели

электронных схем», формулировались цели курса, проводился отбор и структурирование содержания курса, определялись рекомендуемые уровни усвоения учебных тем, производился выбор организационных форм, методов, средств обучения, задавались режимы контроля результатов обучения.

На третьем этапе (2003-2006 гг.) проводилась опытно-экспериментальная работа по внедрению курса в учебный процесс, в ходе которой отрабатывались содержание и структура курса, корректировались режимы контроля результатов обучения. При реализации скорректированного в процессе опытного внедрения курса, проводилась оценка изменения уровня обученности студентов в области компьютерного моделирования по сравнению с традиционной методикой обучения. Количественные данные были подвергнуты статистической обработке. Сделаны выводы, которым дана педагогическая интерпретация.

Методологической основой исследования послужили: фундаментальные педагогические исследования в области профессиональной педагогики (С.Я.Батышев, А.П.Беляева, Б.С.Гершунский, Г.И.Ибрагимов, В.С.Леднев, М.И.Махмутов, Г.В.Мухаметзянова, А.М.Новиков, Л.Г.Семушина, В.В.Шапкин и др.); целостного и личностно-деятельностного подходов к проектированию содержания и процессов образования (Ю.К.Бабанский, А.А.Вербицкий, О.С.Гребенюк, В.С.Ильин, А.А.Кирсанов, Н.В.Кузьмина, Н.Н.Нечаев и др.); профессиональной направленности и фундаментализации образования (В.Ф.Башарин, Л.А.Волович, А.А.Кирсанов, ИЛ.Курамшин, М.И.Махмутов, Ю.С.Тюнников, И.А.Халиуллин, Н.А.Читалин, В.С.Щербаков и др.); педагогических технологий образования (В.Ф.Башарин, В.П.Беспалько, А.А.Вербицкий, Г.И.Ибрагимов, Е.И.Машбиц, И.В.Роберт, Н.А.Селевко, Л.Г.Семушина и ДР-)-

Методы исследования: теоретический анализ педагогической литературы, программ, учебников, учебных и методических пособий по информатике, электротехнике, компьютерному моделированию; изучение и обобщение практики преподавания информатики, электротехники, компьютерного моделирования, общетехнических и специальных дисциплин; наблюдение, анкетирование, тестирование, моделирование, педагогический эксперимент, методы математической статистики.

Научная новизна исследования состоит:

программ на вновь созданные, как отклика на динамичные изменения в компьютерных технологиях, применяемых на производстве; воплощение принципа оптимального сочетания изучения реальных объектов и компьютерных моделей в подготовке инженера в техническом вузе; реализация трехмодульной структуры курса, включающей основы компьютерного моделирования, программное обеспечение процесса компьютерного моделирования схем и приборов, проведение физических экспериментов на компьютерных моделях схем и приборов, расположение модулей по возрастанию сложности теоретического материала и увеличению в лабораторных работах доли компьютерных моделей в сравнении с реальными объектами изучения.

2. В определении внешних и внутренних методических условий реализации данного курса.

К внутренним условиям отнесены: последовательное изложение содержания курса от изучения основ компьютерного моделирования до приобретения и закрепления навыков решения профессиональных задач с использованием моделирующих компьютерных программ; специальная организация контроля, позволяющая минимизировать риски потери связи между реальным объектом и компьютерной моделью в подготовке инженера.

К внешним условиям отнесены: обеспечение взаимосвязи курса С дисциплинами общспррфсссиональной и, особенно, компьютерной подготовки, дающими навыки работы с реальными радиотехническими приборами и компьютерными средствами; требования к компьютерной компетентности преподавателя, который должен знать возможности компьютера в своей предметной области и обладать навыками преподавания с использованием компьютерных технологий; требования к начальному уровню общей и компьютерной подготовленности студентов, которые должны обладать базовыми знаниями по информатике и основам. вычислительной техники, а также быть подготовленным к применению компьютерных технологий в обучении.

Теоретическая значимость исследования состоит в расширении теоретических знаний в области проектирования содержания и методики преподавания общетехнических дисциплин, использующих современные моделирующие компьютерные программы в качестве средств обучения.

• Практическая значимость исследования:

Состоит в разработке нового курса «Компьютерные модели электронных схем». Курс предназначен для подготовки специалистов по направлению «Приборостроение» в техническом вузе.

Введение данного курса частично снимает проблему постановки материалоемкого и дорогостоящего физического практикума его равноценной заменой компьютерными моделями, соответствующими требованиям специальной и компьютерной подготовки инженеров.

Кроме того, курс может быть использован и для обучения студентов по другим направлениям и специальностям технического вуза.

Достоверность и обоснованность научных результатов и выводов исследования обеспечивается всесторонним анализом проблемы при определении исходных теоретико-методологических позиций; соотнесением теоретических выводов и положений с имеющимися в педагогике и методике обучения; применением комплекса эмпирических и теоретических методов, адекватных объекту, предмету, целям, задачам исследования.

Апробация и внедрение результатов исследования:

Основные результаты исследования докладывались на международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в профессиональной подготовке специалистов в России и за рубежом» (ИПП ПО РАО, 2003 г.), на международной научно-практической конференции «Формирование системы управления качеством подготовки специалистов в вузе» (КГЭУ, 2003 г.), на межрегиональной научно-практической конференции «Профессиональное образование и рынок: опыт, проблемы и перспективы взаимодействия» (ИПП ПО РАО, 2004 г.), на IV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Республики Татарстан (г. Казань, 2001 г.).

Разработанный учебный курс «Компьютерные модели электронных схем» внедрен в учебный процесс Казанского государственного энергетического университета и используется при подготовке студентов по специальности «Информационно-измерительная техника и технология».

На защиту выносятся:

1. Особенности проектирования содержания и структуры нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» (учет специфики современной профессиональной деятельности инженера; возможность оперативной замены профессиональных компьютерных программ, использующихся в курсе, на вновь созданные; оптимальное сочетание изучения реальных объектов и компьютерных моделей; трехмодульная структура курса, включающая основы компьютерного моделирования, программное обеспечение процесса компьютерного моделирования схем и приборов, проведение физических экспериментов на компьютерных моделях схем и приборов).

2. Методические условия реализации курса «Компьютерные модели электронных схем»:

- внутренние условия: последовательное изложение модулей курса . от изучения основ компьютерного моделирования до приобретения и закрепления навыков решения профессиональных задач с использованием моделирующих компьютерных программ; осуществление специального контроля, снижающего риск потери связи между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью;

- внешние условия: обеспечение взаимосвязи курса с дисциплинами общепрофессиональной и компьютерной подготовки; требования к компьютерной компетентности преподавателя; требования к начальному уровню общей и компьютерной подготовленности студентов.

Структура диссертации:

Работа состоит из введения, двух глав, заключения, библиографического списка в количестве 226 наименований, приложений (примеры лабораторных работ, методические указания к лабораторным работам).

Во введении обосновывается актуальность темы исследования; определяется проблема, цель, объект, предмет исследования; формулируются гипотеза, основные задачи, методология и используемые методы исследования; раскрываются его, научная новизна, теоретическая и практическая значимость; формулируются основные положения, выносимые на защиту. . ,

В первой главе выявляются и обосновываются теоретические предпосылки, условия и . этапы проектирования нового учебного курса, разрабатывается процедура проектирования курса «Компьютерные модели электронных схем», повышающего уровень обученности студентов в области компьютерного моделирования. При разработке содержания и структуры курса учитывается специфика современной профессиональной деятельности инженера, предусматриваются возможности оперативной коррекции курса, как отклика на динамичное развитие современных компьютерных технологий, определяется оптимальное сочетание реальных объектов изучения и их компьютерных моделей, минимизирующее риски потери связи между ними.

Во второй главе • представляется программа курса, определяются внутренние и внешние методические условия его реализации. Внутренние условия состоят в последовательном изложении модулей курса и в осуществлении обязательного рубежного контроля после изучения каждого модуля, снижающего риск потери связи между реальным объектом деятельности и его компьютерной моделью. Внешние условия состоят в учете: связей с дисциплинами общепрофессиональной и компьютерной подготовок, требований к компьютерной компетентности преподавателя, требований к начальному уровню общей и компьютерной подготовленности студентов.

Разрабатывается методическое обеспечение курса. В ходе внедрения курса в учебный процесс корректируются содержание и структура курса, режимы контроля результатов обучения. Проводится оценка изменения уровня обученности студентов в области компьютерного моделирования по сравнению с традиционной методикой обучения. Полученные данные обрабатываются математически. Производимые выводы интепретируются педагогически.

В заключении работы подводятся итоги и делаются выводы.

Основное содержание исследования

В первой главе отражены ход и результаты исследования изменений, произошедших в профессиональной деятельности инженера в условиях

компьютеризации предприятий. В этом контексте анализировались квалификационная характеристика специалиста по направлению подготовки «Приборостроение», Государственный образовательный стандарт. Проведенный анализ позволил определить требования к профессиональной компетентности инженера в области компьютерного моделирования; выявить недостаточную разработанность научно-методического обеспечения инженерной подготовки в области компьютерного моделирования, тем самым позволив обосновать необходимость создания нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем».

В главе раскрыты теоретические и практические вопросы проектирования учебного курса. В основу проектирования положены адаптированные к целям инженерного образования общепедагогические принципы научности и доступности, систематичности и последовательности, связи обучения с практикой, наглядности и абстрактности, активности и самостоятельности, индивидуального подхода.

В проектировании учебного курса выделены следующие этапы:

1. Задание целей изучения курса, отражающих специфику деятельности инженера.

2. Отбор и структурирование содержания обучения, адекватного заданным целям и в соответствие с выделенными выше особенностями проектирования содержания и структуры курса.

3. Задание уровней усвоения учебных тем и их отражение в системе лабораторных заданий курса.

4. Выбор организационных профессионально ориентированных форм, методов, средств обучения, соответствующих формам, методам и средствам современной деятельности инженера.

5. Выбор режима контроля результатов обучения, соответствующего структурным особенностям курса.

На первом этапе определены цели изучения курса. Особенностью целей курса является преемственность целей разных уровней, обеспечивающих их синтез в целостную систему, и ■ изначальная прямая связь целей с содержанием обучения, что является особенно важным в контексте целей инженерного образования. Первая цель состоит в овладевании обучаемыми основ компьютерного моделирования. Вторая цель состоит в приобретении обучаемыми навыков работы с современными компьютерными программами, позволяющими моделировать радиотехнические схемы и приборы. Третья цель курса может быть достигнута только по достижении первых двух и состоит в приобретении обучаемыми навыков проведения физических экспериментов на компьютерных моделях схем и приборов.

На втором этапе проектирования курса предложен алгоритм, позволяющий выполнить отбор и структурирование.содержания:

1. Оценить объем содержания курса, учитывая специфику подготовки современного инженера и требования к специалисту, отраженные в ГОС ВПО.

2. Построить модель курса и оценить его информационную емкость,

т.е. отобрать необходимое число учебных элементов — ключевых понятий и категорий в деятельности инженера; выделить среди них те, по которым обучение следует вести на уровне знаний, умений, навыков, творческого подхода к практическому применению.

3. Убедиться в достаточности полученных учебных элементов для достижения. целей подготовки современного инженера в области компьютерного моделирования.

4. В соответствии с возможностями пропускной способности каналов восприятия и памяти обучающихся распределить учебный материал по объему на соответствующие модули, разделы, темы, занятия, исключающие перегрузку студентов учебной работой на различных этапах обучения. При этом на каждом этапе обучения необходимо выбирать такое сочетание изучения реальных объектов и компьютерных моделей, при котором риск потери связи между ними будет минимален.

5. Выявить систему смысловых связей между элементами содержания и расположить учебный материал в той последовательности, которая вытекает из этой системы связей. Система связей между элементами содержания должна быть открытой и инвариантной в случае замены использующихся в курсе профессиональных компьютерных' программ на вновь созданные, гибко реагируя таким образом на динамичные изменения в современных компьютерных технологиях.

6. Представить систему связей элементов содержания учебной дисциплины в структурном виде, позволяющем показать логику и последовательность их усвоения студентами на различных этапах обучения в соответствии с преемственностью целей курса.

В связи с тем, что курс имеет три цели, наиболее оптимальной была признана трехмодульная структура курса, позволяющая поэтапно и последовательно достигать каждую цель обучения. Модули расположены по возрастанию сложности теоретического материала и увеличению в лабораторных работах доли компьютерных моделей в сравнении с реальными объектами изучения. Первый модуль посвящен основам компьютерного моделирования, во втором модуле изучается программное обеспечение процесса компьютерного моделирования электронных схем и приборов, в третьем - особенности проведения физических экспериментов на компьютерных моделях электронных схем и приборов. Каждый модуль* состоит из теоретических разделов и лабораторных работ разной степени сложности на компьютерных моделях и на реальных лабораторных установках. -

На третьем этапе проектирования реализована система заданий, позволяющая задавать уровни усвоения учебного материала (узнавание, репродуктивное действие, продуктивное действие, творческое действие). Система, в зависимости от: уровня общей и компьютерной подготовленности студентов, устанавливает количество, сложность лабораторных заданий, а также уровень знаний, умений, навыков или творческого применения, на котором рекомендуется вести обучение по определенным разделам и темам

курса, . ч .

Кроме этого, система заданий позволяет настроить курс не только под специфику подготовки специалистов по направлению «Приборостроение», но и под специфику других направлений подготовки инженеров.

На четвертом этапе проектирования при выборе организационных форм обучения акцент был сделан на активизацию познавательной деятельности обучаемых, на активные формы обучения. Этим формам присущи такие свойства как проблемность, . наглядность, эмоциональность, высокая активность, наличие игровой ситуации. Выбор этих форм обучения обусловлен спецификой современной профессиональной деятельности инженеров. Наряду с традиционными формами акцент сделан на специфических: лекция-консультация с использованием динамических и статических компьютерных слайдов, семинар-компьютерный практикум, деловая игра с моделированием на компьютере нештатных ситуаций, самостоятельное программирование с использованием инструментальных компьютерных оболочек, телеконференция.

Определяющим фактором при выборе средств обучения явилось динамичное развитие - современных компьютерных технологий и их ускоренное проникновение в профессиональную деятельность инженера. Учтены следующие требования для средств обучения на курсе «Компьютерные модели электронных схем»: адаптивность, устойчивость, полезность, простота, понятность, мощность, контролируемость, согласованность, очевидность, гибкость, избыточность, чувствительность,. «всеведение», послушание. Наиболее полно этим требованиям удовлетворяла моделирующая компьютерная программа Electronics WorkBench, которая и была выбрана в качестве одного из средств обучения используемого на курсе. Предусмотрена возможность замены этой программы, на новые,; удовлетворяющие разработанным требованиям к средствам обучения, например, на LabView или на MultiSim.

На пятом, заключительном этапе проектирования курса в рамках организации контроля знаний по курсу реализована возможность осуществления текущего, рубежного и итогового контроля. Текущий контроль осуществляется как самоконтроль в виде контрольных заданий, реализованных в моделирующей компьютерной программе. Рубежный контроль осуществляется по окончании изучения каждого модуля курса. В . ходе рубежного и итогового контроля обучаемые выполняют лабораторные работы не только на компьютерных моделях, но и на реальных лабораторных установках, что способствует снижению риска потери связи между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью. ;

Во второй главе приводится программа спроектированного курса. Объем курса составляет 130 часов, из них 68 часов приходится на аудиторные занятия и 62 часа - на самостоятельную работу студентов (см. таблицу). В аудиторных занятиях акцент поставлен на выработку умений и навыков работы с моделирующими компьютерными программами - (34 часа составляют лекции и 34 часа - лабораторные работы).

Трехмодульная . структура курса позволила сформулировать соответствующие требования к знаниям и умениям обучаемых.

В результате изучения первого модуля студенты должны:

- знать базовые понятия и технологию компьютерного моделирования электрических схем и приборов;

- знать принципы действия, свойства, области применения и потенциальных возможностей компьютерных моделей основных электронных устройств и измерительных приборов.

В результате изучения второго модуля студенты должны:

- знать базовые характеристики и возможности основных пакетов программных продуктов моделирования электронных схем и приборов;

- знать основные отличительные особенности основных пакетов программных продуктов моделирования электронных схем и приборов.

В результате изучения третьего модуля студенты должны:

- уметь экспериментальным способом определять параметры и характеристики типовых электронных элементов и устройств;

- уметь производить измерения основных электрических величин и некоторых неэлектрических величин, связанных с профилем профессиональной деятельности, используя компьютерные модели приборов;

- уметь применять методы компьютерного моделирования в решении профессиональных задач.

Таблица

Распределение учебного времени курса «Компьютерные модели электронных

схем»

Наименование модуля Общее кол-во часов по учебному плану Распределение времени по видам учебных занятий

Лекции Лаб.раб.

1. Основы компьютерного моделирования электронных схем и приборов 20 10 10

2. Программное обеспечение процесса компьютерного моделирования электронных схем и приборов 20 16 ■ 4

3. Проведение физических экспериментов на компьютерных моделях электронных схем и приборов 28 8 20

Итого 68 34 34 •

Курс включает в себя 13 лабораторных работ, выполненных на компьютерных моделях. Из них: две работы направлены на изучение возможностей компьютерных моделей и выполняются во время изучения первого модуля; две реализованы для приобретения навыков работы с моделирующими компьютерными программами и выполняются в рамках

второго модуля; 9 работ направлены на выработку навыков и творческого применения компьютерного моделирования в решении профессиональных задач. Кроме того, еще 4 лабораторные работы в целях минимизации рисков ухода обучающихся от реальности, реализованы как на компьютерных моделях, так и на реальных лабораторных установках. Эти работы, в зависимости от уровня подготовленности обучаемых, могут присутствовать в любом из модулей.

При реализации курса определены соответствующие методические условия. Внутренние условия заключаются:

- в упорядоченном расположении модулей курса (от изучения основ компьютерного моделирования до приобретения и закрепления навыков решения профессиональных задач с использованием моделирующих компьютерных программ), обеспечивающем последовательность достижения целей курса;

- в наличии механизма специального контроля, снижающего риск потери связи между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью и реализованного в возможности выполнения 4 лабораторных работ на реальных объектах.

Внешние условия заключаются:

- в учете взаимосвязи курса с дисциплинами общепрофсссиональной и, особенно, компьютерной подготовки, дающими навыки работы с реальными радиотехническими приборами и компьютерными средствами.

- в выполнении требований к компьютерной компетентности преподавателя, который должен знать возможности компьютера в своей предметной области и обладать навыками преподавания с использованием компьютерных технологий;

- в выполнении требований к начальному уровню общей и компьютерной подготовленности студентов, которые должны обладать базовыми знаниями по информатике и основам вычислительной техники, а также быть подготовленным к применению компьютерных технологий в обучении, нужно четко представлять, какой исходный уровень обученности должны иметь студенты, начинающие изучение курса.

Эффективность разработанного курса «Компьютерные модели электронных схем» оценивалась в ходе педагогического эксперимента. Цель эксперимента заключалась в том, чтобы показать, что спроектированный и реализованный курс повышает эффективность подготовки в области компьютерного моделирования. В эксперименте принимали участие преподаватели Казанского государственного энергетического университета и студенты этого вуза, обучающиеся по специальности . «Информационно-измерительная техника и технология».

Эксперимент проводился в 2002-2004 гг. в Казанском государственном энергетическом университете и состоял в следующем. Одна из групп (экспериментальная) на 3 курсе обучалась на курсе «Компьютерные модели электронных схем», другая (контрольная) - по традиционной программе, не включавшей в себя этот курс. Размер выборки составлял 66 человек (по 33

человека в экспериментальной и в контрольной группах). Начальные уровни обученности студентов в области компьютерного моделирования обеих групп были одинаковыми (см. рисунок). На 4 и 5 курсе обе группы обучались компьютерному моделированию в рамках дисциплин «Основные интегральные схемы в измерительных устройствах», «Основы проектирования приборов и систем», «Компьютерные технологии в приборостроении», «Преобразование измерительных сигналов», «Программное обеспечение измерительных процессов», «Программные средства информационно-измерительных систем»

По завершению 5 курса студентам обеих групп было предложено выполнить ряд лабораторных работ по компьютерному моделированию электронных схем (работы для контрольной и экспериментальной групп были идентичны, размер выборки не менялся). Результаты измерения уровней обученности студентов в области компьютерного моделирования в контрольной и экспериментальной группах после эксперимента приведены на рисунке.

Низкий Средний Выше Высокий Низкий Средний Выше Высокий

среднего среднего

|оЖоктрольн8я фуппа И Экспериментальная группа! !□ Контрольная группа М Экспериментальная группа!

Рисунок. Уровни обученности студентов в области компьютерного моделирования до эксперимента (слева) и после него (справа)

Поскольку структура и содержание обучения, методическое обеспечение дисциплин, личностный фактор преподавателей, система оценок успеваемости были для обеих групп одинаковыми, то можно сделать вывод, что главной причиной, по которой уровень обученности студентов в области компьютерного моделирования в экспериментальной группе выше, является пройденный курс.

Проведенное исследование позволило сделать следующие выводы:

1. Анализ современной профессиональной деятельности инженера и инженерной подготовки в техническом вузе, позволил выявить противоречие между расширяющейся сферой внедрения компьютерного моделирования и неразработанностью научно-методического обеспечения подготовки специалистов с достаточным владением компьютерными технологиями. Обосновано, что для повышения эффективности подготовки инженеров необходимо разработать и реализовать курс, формирующий навыки работы с компьютерными моделями схем и приборов.

«Приборостроение»; учитывая оптимально возможное использование современных компьютерных программ; предусматривая возможность своевременных изменений в содержании курса, как отклика на динамичные изменения в компьютерных технологиях и их применение на производстве; а также с оптимальным сочетанием реальных объектов деятельности инженера и их компьютерных моделей.

3. Определены и научно обоснованы методические условия реализации курса, среди которых выделены: внутренние (последовательное изложение модулей курса, в соответствии с его целями; осуществление специального контроля, снижающего риск потери связи между реальным объектом деятельности и его компьютерной моделью) и внешние (учет взаимосвязей с дисциплинами общепрофессиональной и компьютерной подготовки; требования к компьютерной, педагогической, методической компетентности преподавателя; требования к начальному уровню общей и компьютерной подготовленности студента).

Опытно-экспериментальная работа подтвердила гипотезу о том, что курс «Компьютерные модели электронных схем» повышает уровень обученности студентов в области компьютерного моделирования.

Кроме того, знания, умения, навыки, полученные на курсе, служат базов для изучения специальных дисциплин, связанных с использованием информационно-измерительной техники.

Основное содержание исследования отражено в следующих публикациях автора:

1. Тихонов, И.В. Компьютерные модели электронных схем: Методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов технических вузов / В.А. Белавин, И.В. Тихонов - Казань: Изд-во КГЭУ, 2005. - 38 с. (2,5 пл., авторских — 2,0 п.л.)

2. Тихонов, И.В. Обновление содержания радиотехнической подготовки специалиста в области телекоммуникаций / И.В. Тихонов // Специфика информационной подготовки специалиста постиндустриального общества в средней профессиональной школе: Сборник статей // Под ред. Г.И. Кирилловой - Казань: ИПП ПО РАО, 2003. - С.73-76. (0,2 п.л.)

3. Тихонов, И.В. Эффективное применение компьютерного моделирования в подготовке специалистов для приборостроительной отрасли / И.В. Тихонов // Подготовка специалистов для наукоёмких производств: содержание, технологии, качество: Сборник статей по материалам Межрегиональной научно-практической конференции (г. Казань, 21—22 апреля 2005) // Под ред. Е.А. Корчагина, JI,Н. Самолдиной — Казань: РИЦ «Школа», 2005. - С. 172 - 177.(0,3 п.л.)

4. Тихонов, И.В. Педагогические условия использования электронных лабораторий в учебном процессе / И.В. Тихонов // Тезисы докладов IV научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Республики Татарстан. - Казань: КГЭУ, 2001. -С.129. (0,2 п.л.)

5. Тихонов, И.В. Дидактические условия применения виртуальных лабораторных работ в учебно-педагогическом процессе / И.В. Тихонов //

Формирование системы управления качеством подготовки специалистов в вузе: Тезисы докладов международной научно-практической конференции -Казань: КГЭУ, 2003. -С.129. (0,2 п.л.)

6. Тихонов, И.В. Модернизация электротехнического практикума студентов радиотехнических специальностей / И.В. Тихонов II Инновационные процессы в профессиональной подготовке специалистов в России и за рубежом: Тезисы докладов международной научно-практической конференции - Казань: КГУ, 2003. - С. 127. (0,2 п.л.)

7. Тихонов, И.В. Эффективное проведение практикума по электротехнике на компьютерных моделях в технических вузах / И.В. Тихонов И Профессиональное образование и рынок: опыт, проблемы и перспективы взаимодействия: Тезисы докладов межрегиональной научно-практической конференции. - Казань: ИПП ПО РАО, 2004. - С.229. (0,2 п.л.)

8. Тихонов, И.В. Взаимосвязь между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью в обучении инженеров в технических вузах / В.А.Белавин, И.В.Тихонов, Н.А.Читалин И Интеграция образования: Федеральный научно-методический журнал. - Саранск, 2006. - №2. - С. 100 -103 (0,5 п.л.)

Подписано в печать 02.06.2006. Формат 60x90 1/16 Гарнитура Times New Roman, 10. Усл.печ.л. 1,1 Тираж 100 экз.

Типография «Таглимат» ИЭУП Лицензия № 172 от 12.09.96 г. 420108, г. Казань, ул. Зайцева, д. 17 ■

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Тихонов, Иван Викторович, 2006 год

тическое обоснование и проектирование нового учебного курс терные модели электронных схем». яние подготовки инженеров в области компьютерного моделирован! ских вузах. этические аспекты проектирования курса «Компьютерные модел 1ых схем».

Введение диссертации по педагогике, на тему "Проектирование и реализация учебного курса "Компьютерные модели электронных схем" в подготовке студентов технических вузов"

Рассмотрению вопросов использования компьютерных программ в высшей школе посвящены исследования С.И.Архангельского, П.Я.Гальперина, Б.С.Гершунского, Ю.С.Иванова, А.А.Кузнецова, Е.И.Машбица и др. Анализ применения информационных технологий в учебном процессе представлен в работах С.А.Бешенкова, И.М.Бобко, Г.В.Ившиной, Г.И.Кириловой, П.И.Образцова, Е.Ю.Раткевича, И.В.Роберт, А.В.Соловьева и др. Вопросы использования моделирующих компьютерных программ в обучении рассмотрены В.А.Белавиным, И.Ю.Паскалем, Б.Н.Пойзнером и др. Отдельные аспекты применения моделирующих компьютерных программ в обучении затронуты в публикациях А.И.Райкова, В.А.Рыжова, Н.П.Петровой и др.

Изложенное выше позволяет сформировать основное противоречие между расширяющейся сферой внедрения методов компьютерного моделирования в современную профессиональную деятельность инженеров и неразработанностью научно-методического обеспечения подготовки специалистов с достаточным владением компьютерными технологиям^) в частности, с отсутствием специального курса, направленного на овладение методами компьютерного моделирования, реализуемого в системе профессионального образования в техническом вузе.

Объект исследования: подготовка студентов технических вузов в области компьютерного моделирования.

1. Проектирование содержания и структуры курса будет осуществлено с учетом особенностей, заключающихся:

- в отражении специфики современной профессиональной деятельности инженера;

- в минимизации рисков потери связи между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью.

2. Реализация курса будет проводиться с учетом внутренних и внешних условий. Внутренние условия состоят:

Внешние условия состоят:

- в подготовленности студентов к обучению с применением компьютерных технологий.

Задачи исследования:

3. Экспериментально оценить изменение уровня обученности студентов в области компьютерного моделирования при внедрении курса в учебный процесс.

Исследование проводилось в три этапа:

На втором этапе (2002-2003 гг.) разрабатывались научно-методические основы процедуры проектирования курса «Компьютерные модели электронных схем», формулировались цели курса, проводился отбор и структурирование содержания курса, определялись рекомендуемые уровни усвоения учебных тем, производился выбор организационных форм, методов, средств обучения, задавались режимы контроля результатов обучения.

В.В.Шапкин и др.); целостного и личностно-деятельностного подходов к проектированию содержания и процессов образования (Ю.К.Бабанский, А.А.Вербицкий, О.С.Гребенюк, В.С.Ильин, А.А.Кирсанов, Н.В.Кузьмина, Н.Н.Нечаев и др.); профессиональной направленности и фундаментализации образования (В.Ф.Башарин, Л.А.Волович, А.А.Кирсанов, ИЛ.Курамшин, М.И.Махмутов, Ю.С.Тюнников, И.А.Халиуллин, Н.А.Читалин, В.С.Щербаков и др.); педагогических технологий образования (В.Ф.Башарин, В.П.Беспалько, А.А.Вербицкий, Г.И.Ибрагимов, Е.И.Машбиц, И.В.Роберт, ^.А.Селевко, Л.Г.Семушина и др.). jdw^^ix

Научная новизна исследования состоит:

1. В выявлении и обосновании научно-методических особенностей проектирования содержания и структуры нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» для студентов технических вузов: учет специфики современной профессиональной деятельности инженера, в которой компьютерное моделирование выступает одновременно как средство профессиональной деятельности и профессионального самообразования, как объект творчества и как результат труда; реализация идеи открытой системы, заключающейся в предусмотрении возможности оперативной замены существующих профессиональных компьютерных программ на вновь созданные, как отклика на динамичные изменения в компьютерных технологиях, применяемых на производстве; воплощение принципа оптимального сочетания изучения реальных объектов и компьютерных моделей в подготовке инженера в техническом вузе; реализация трехмодульной ) структуры курса, включающей основы компьютерного моделирования, программное обеспечение процесса компьютерного моделирования схем и приборов, проведение физических экспериментов на компьютерных моделях схем и приборов, расположение модулей по возрастанию сложности теоретического материала и увеличению в лабораторных работах доли компьютерных моделей в сравнении с реальными объектами изучения.

2. В определении внешних и внутренних методических условий реализации данного курса.

К внешним условиям отнесены: обеспечение взаимосвязи курса с дисциплинами общепрофессиональной и, особенно, компьютерной подготовки, дающими навыки работы с реальными радиотехническими приборами и компьютерными средствами; требования к компьютерной компетентности преподавателя, который должен знать возможности компьютера в своей предметной области и обладать навыками преподавания с использованием компьютерных технологий; требования к начальному уровню общей и компьютерной подготовленности студентов, которые должны обладать базовыми знаниями по информатике и основам вычислительной техники, а также быть подготовленным к применению компьютерных технологий в обучении.

Практическая значимость исследования:

Введение данного курса частично снимает проблему постановки материалоемкого и дорогостоящего физического практикума его равноценной заменой компьютерными моделями, соответствующими требования!^ специальной и компьютерной подготовки инженеров.

Апробация и внедрение результатов исследования:

Информационно-измерительная техника и технология».

На защиту выносятся:

2. Методические условия реализации курса «Компьютерные модели электронных схем»:

- внутренние условия: последовательное изложение модулей курса от изучения основ компьютерного моделирования до приобретения и закрепления навыков решения профессиональных задач с использованием моделирующих компьютерных программ; осуществление специального контроля, снижающего риск потери связи между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью;

Структура диссертации:

1. Теоретическое обоснование и проектирование нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем»

1.1 Состояние подготовки инженеров в области компьютерного моделирования в технических вузах

Современное информационное общество продуцирует социальный заказ на инженера-универсалиста, способного максимально использовать в своей профессиональной деятельности не только специфические инженерные знания, но и владеющего необходимыми знаниями, умениями, навыками в информационной сфере.

К сегодняшнему выпускнику предъявляются очень высокие требования, а это, в свою очередь, обуславливает изменения в содержании подготовки инженера в вузе, особенно в таких наукоемких сферах, как приборостроение.

Современные требования к подготовке дипломированного специалиста по направлению подготовки «Приборостроение» отражены в Государственном образовательном стандарте высшего профессионального образования (ГОС ВПО). В данном документе четко обозначены и требования к содержанию компьютерной подготовки специалиста.

В разделе «Общая характеристика направления подготовки дипломированного специалиста «Приборостроение» ГОС ВПО указано следующее: «Объектами профессиональной деятельности выпускника в зависимости от содержания конкретной образовательной программы (специальности) направления подготовки являются: электронно-механические, магнитные, электромагнитные, акустические и акустооптические методы; приборы, системы, комплексы и элементная база приборостроения; технология производства элементов, приборов и систем, а также программное обеспечение и информационно-измерительные технологии в приборостроении». На сегодняшний день существует огромный выбор программных средств, применяющихся в приборостроении, однако отсутствует система критериев отбора этих программных средств для целей обучения.

В этом же разделе, далее: «Выпускник по направлению подготовки ") дипломированного специалиста «Приборостроение» может быть подготовлен к * выполнению следующих видов профессиональной деятельности:

- проектно-конструкторская (куда входит проектирование и конструирование различных типов систем, деталей и узлов на схемотехническом и элементном уровнях с использованием средств компьютерного моделирования)',

- научно-исследовательская (сюда относится, например, выполнение математического (компьютерного) моделирования с целью анализа и оптимизации параметров объектов на базе имеющихся средств исследований и проектирования, включая стандартные пакеты автоматизированного проектирования и исследований).

Тут перед вузами встает задача разработки новых учебных курсов, которые бы давали студенту навыки использования средств компьютерного моделирования.

В разделе «Требования к учебно-методическому обеспечению учебного процесса» указано, что: «Лабораторными практикумами должны быть обеспечены дисциплины: физика, химия, информатика, физические основы получения информации, механика, материаловедение и технология конструкционных материалов, общая электротехника, электроника и микропроцессорная техника, метрология, стандартизация и сертификация, безопасность жизнедеятельности, теория автоматического управления, компьютерные технологии в приборостроении, а также, как правило, специальные дисциплины.» Причем, в разделе «Требования к материально-техническому обеспечению учебного процесса» оговаривается: «Высшее учебное заведение, реализующее основную образовательную программу подготовки инженера, должно располагать материально-технической базой, обеспечивающей проведение всех видов лабораторной, практической, дисциплинарной и междисциплинарной подготовки и научно-исследовательской работы студентов, предусмотренных учебным планом вуза и соответствующей действующим санитарно-эпидемиологическим и противопожарным нормам и правилам. Лаборатории высшего учебного заведения должны быть оснащены широкими наборами типовых и модульных узлов и элементов, промышленными и специализированными образцам^ приборов, которые обеспечивают практическое изучение методов, приборов и технологий в соответствии с содержанием образовательных программ данного направления подготовки дипломированного специалиста».

Между тем, сегодня большинство вузов не располагает материально-технической базой, которая бы обеспечивала удовлетворение этих требований ГОС ВПО. Таким образом, вузы вынуждены решать и проблему материально-технического обеспечения лабораторий.

В разделе «Требования к профессиональной подготовленности выпускника» указано следующее:

Инженер по направлению подготовки дипломированного специалиста «Приборостроение» в зависимости от содержания конкретной образовательной программы (специальности) должен знать:

- основные тенденции и направления развития приборостроительной техники и технологии соответствующей отрасли промышленности, их взаимосвязь со смежными отраслями;

- базовые языки и основы программирования, типовые программные продукты, ориентированные на решение научных, проектных и технологических, включая информационно-измерительные, задач приборостроения;

- элементную базу приборов и систем; должен владеть:

- методами и компьютерными системами проектирования и исследования приборов и систем, а также методами информационно-измерительных технологий»

Анализ положений ГОС ВПО однозначно указывает на то, что подготовка студентов по этому направлению должна включать изучение компьютерных технологий, на основе которых выпускник приобретает навыки моделирования и проектирования объектов своей профессиональной деятельности с использованием современных специализированных программных средств. При этом отбор содержания и структуры компьютерной подготовки должен осуществляться с учетом характера профессиональной деятельности обучаемых, целей и потребностей общества в специалистах данного профиля.

Таким образом, в настоящее время, когда процесс устаревания знаний существенно ускорился и продолжает ускоряться, необходима некая дополнительная подготовка. В настоящий момент центром, в котором объединяются все остальные технические средства передачи, получения и переработки информации становится компьютер. Поэтому такую подготовку можно назвать компьютерной для того, чтобы показать все возрастающую значимость компьютера не только в учебном процессе, но и в получении необходимой информации для успешной профессиональной деятельности, особенно после появления глобальных компьютерных сетей. Компьютерная подготовка студентов охватывает весь спектр информационных технологий, необходимых для полноценной работы в современном производстве.

Важность такой подготовки подчеркивается в [55] ^ где выделяется использование возможностей компьютера в отдельный функциональный компонент деятельности преподавателя. С появлением персонального компьютера, а в дальнейшем мультимедиа и Интернета, в учебном процессе появился ряд специфических задач, для решения которых требуются специальные знания и умения.

Ключевыми из них являются перевод подготовки студентов на качественно новый уровень, отвечающий современным требованиям; информатизация образования, основанная на творческом внедрении современных информационных технологий обучения (ИТО). Последняя из названных проблем в настоящее время выдвинулась в ряд наиболее актуальных.

Процесс информатизации образования, поддерживая интеграционные тенденции познания закономерностей развития предметных областей и окружающей среды, актуализирует разработку подходов к использованию потенциала ИТО для развития личности студентов, повышения уровня креативности их мышления, формирования умений разрабатывать стратегию поиска решения как учебных, так и практических задач, прогнозировать результаты реализации принятых решений на основе моделирования изучаемых объектов, явлений, процессов, взаимосвязей между ними.

Внедрение ИТО в учебный процесс может стать основой для становления принципиально новой формы непрерывного образования, опирающейся на детальную самооценку, поддерживаемую технологическими средствами и мотивированную результатами самооценки самообразовательную активность человека.

Несмотря на актуальность информатизации образования, нынешнее ее состояние не является в полной мере удовлетворительным. До настоящего времени в вузах отсутствует единая скоординированная для этих целей стратегия, вопросы использования компьютерных средств в обучении слабо связаны с учебными планами и программами, недостаточно изучены и проработаны психолого-педагогические аспекты создания и внедрения в образовательный процесс современных ИТО, реорганизация традиционных форм интеллектуальной деятельности на базе компьютера встречает сильное сопротивление

Раскроем дидактическую сущность педагогической категории «Информационная технология обучения».

В научной и научно-методической литературе, посвященной проблемам информатизации высшего профессионального образования (работы Б.С.Гершунского, Г.И.Кириловой, А.Н.Тихонова, О.А.Козлова, И.В.Роберт и др.), часто встречаются такие однопорядковые синонимические выражения как «новые информационные технологии», «технологии компьютерного обучения», компьютерные педагогические технологии» и др. Это свидетельствует о том, что терминология в .этой области исследований и соответствующие ей понятия еще не устоялись.

В справочной литературе информационная технология обучения (computerized teaching technology) определена как совокупность теоретических знаний компьютерных средств, а также методик, регламентирующих их использование в обучении [141]. Л.В.Луцевич [96] определяет ИТО как технологию машинной (с помощью ЭВМ) обработки, передачи, распространения информации, создания вычислительных и программных средств информатики. г.

Более широкая трактовка этого термина приведена К.К.Колиным в [6©]. ]/ Он предлагает понимать под ИТО совокупность методов и технических средств сбора, организации, хранения, обработки, передачи, и представления информации, расширяющей знания людей и развивающих их возможности по управлению техническими и социальными процессами.

Е.И. Машбиц [115,116] и Н.Ф. Талызина [183] рассматривают информационную технологию обучения как некоторую совокупность обучающих программ различных типов: от простейших программ, обеспечивающих контроль знаний, до обучающих систем, базирующихся на искусственном интеллекте.

В.Ф.Шолохович [218] предлагает определять ИТО с точки зрения ее содержания как отрасль дидактики, занимающуюся изучением планомерно и сознательно организованного процесса обучения и усвоения знаний, в которых находят применение средства информатизации образования.

Содержательный анализ приведенных определений показывает, что в настоящее время существует два явно выраженных подхода к определению ИТО. В первом из них предлагается рассматривать ее как дидактический процесс, организованный с использованием совокупности внедряемых Qj (встраиваемых) в системы обучения принципиально новых средств и методов обработки данных (методов обучения), представляющих целенаправленное создание, передачу, хранение и отображение информационных продуктов (данных, знаний, идей) с наименьшими затратами и в соответствии с закономерностями познавательной деятельностями обучаемых. Во втором случае речь идет о создании определенной технической среды обучения в которой ключевое место занимают используемые информационные технологии.

Таким образом, в первом случае речь идет об информационных технологиях обучения (как процессе обучения), а во втором случае о применении информационных технологий в обучении (как использование информационных средств в обучении).

Информационные технологии, относящиеся ко второй группе, представлены в таблице 1.1.1 Большинство из них уже сегодня активно используются в учебном процессе ряда вузов России.

Таблица 1.1.1

Информационные технологии, применяемые в высшей школе России пп Название информационной технологии Англоязычное название

1 Электронный учебник electronic textbook

2 Мультисредовая система multimedia system

3 Экспертная система experts system

4 Система автоматизированного проектирования computer aided design system

5 Электронный библиотечный каталог electronic library

6 Банк данных, база данных database

7 Локальные и распределенные (глобальные) вычислительные системы Local and Wide area networks

8 Электронная почта electronic mail

9 Голосовая электронная почта voice-mail

10 Электронная доска объявлений bulletin system

11 Система телеконференций teleconference

12 Автоматизированная система управления научными исследованиями Computer research system

13 Автоматизированная система организационного управления Management information system

14 Настольная электронная типография desktop publishing

Используя современные обучающие средства и инструментальные среды, можно создать прекрасно оформленные программные продукты, не вносящие ничего нового в развитие теории обучения. В этом случае можно говорить только об автоматизации тех или иных сторон процесса обучения, о переносе информации с бумажных носителей в компьютерный вариант и т.д.

На наш взгляд, говорить же о новой информационной технологии"] обучения можно только в том случае, если:

- она удовлетворяет основным принципам педагогической технологии (предварительное проектирование, воспроизводимость, целеобразование, целостность);

- она решает задачи, которые ранее в дидактике не были теоретически или практически решены;

- средством подготовки и передачи информации обучаемому выступает компьютерная техника. |

Резюмируя сказанное в настоящем параграфе предлагается рассматривать технологию обучения как системный метод определения, создания, реализации и взаимодействия процессов преподавания и учения с целью оптимизации форм образования. Исходя из этого, под информационной технологией обучения в профессиональной подготовке специалистов предлагается понимать систему общепедагогических, психологических, дидактических, методических процедур взаимодействия педагогов и обучаемых с учетом технических и человеческих ресурсов, направленную на проектирование и реализацию содержания, методов, форм и информационных средств обучения, адекватных целям образования, особенностям будущей деятельности и требованиям к профессионально важным качествам специалиста.

Одним из условий внедрения ИТО в широкую вузовскую практику, помимо рассмотренных выше, является подготовленность преподавателей и студентов к их использованию, и это предопределяет актуальность их подготовки, предъявляет повышенные требования к содержанию последней [145].

Сегодня, к сожалению, многие рассматривают информатизацию обучения только как процесс внедрения компьютера в систему высшего образования. Видимо, это упрощенное и одностороннее понимание сущности проблемы. Она же заключается в принципиально новой организации учебного процесса на более высоком качественном уровне взаимодействия педагогов и обучаемых в условиях использования ИТО. Речь идет о создании принципиально новой дидактической модели технологии обучения, предполагающей организацию оптимального взаимодействия человека с компьютером на основе широкого внедрения компьютера во все сферы жизнедеятельности вуза.

Анализ показывает, что применение ИТО уже сегодня существенно изменяет роль и функции педагога и обучаемых, оказывает значительное влияние на все компоненты учебного процесса обучения: меняется сам характер, место и методы совместной деятельности педагогов и обучаемых; соотношение дидактических функций, реализуемых в системе «педагог-ИТО-обучаемый»; усложняются программы и методики преподавания различных дисциплин; видоизменяются методы и формы проведения учебных занятий. Иначе говоря, внедрение в учебный процесс ИТО неизбежно влечет за собой существенные изменения в структуре всей педагогической системы вуза. Причем, схема «человек-компьютер» обладает неизмеримо большими возможностями, способна предложить принципиально новый подход к решению задач учебного процесса, отличный от традиционного [145].

Рассмотрим как влияет введение ИТО на деятельность преподавателя. В современных условиях можно выделить следующие тенденции: педагог все больше освобождается от некоторых дидактических функций, в том числе контролирующих, оставляя за собой творческие; значительно изменяется его роль и расширяются возможности по управлению познавательной деятельностью обучаемых; изменяются качественные характеристики обучающей деятельности, происходит передача компьютеру все новых дидактических функций (предъявление учебной информации, демонстрация процессов и явлений); повышаются требования к компьютерной подготовке педагога. По мнению С.И.Архангельского: «изменяется сам характер преподавательского труда, он становится «консультационно-творческим» [5].

При этом следует отметить, что роль преподавателя в условиях использования ИТО остается не только ведущей, но и еще более усложняется. Он подбирает учебный материал для диалога, разрабатывает структуры и алгоритмы взаимодействия обучаемых с компьютерными средствами обучения, формирует критерии управления действиями обучаемых и т.д. Содержание его труда меняется - работа все в большей степени приобретает характер наставничества, что требует от него не только постоянного обновления знаний и профессионального роста, но и широкой методической компетенции.

С психологической точки зрения в условиях применения ИТО у отдельных преподавателей возникают трудности в овладении компьютерной грамотностью которые кроются в боязни контакта с новой техникой, в отсутствии у большинства педагогов положительного опыта использования компьютера при проведении занятий по своему предмету. Новизна явления, к которому относится информатизация учебного процесса, дополнительные нагрузки на преподавателя, связанные с приобретением новых, необычных знаний, умений и методических навыков, отсутствие должного качества современной компьютерной техники, возрастание временных затрат на подготовку к занятиям невольно формируют у отдельных преподавателей определенные предубеждения, своеобразный психологический барьер в сознании, сдерживающий положительную мотивацию к овладению ИТО.

Важнейшим условием эффективности профессиональной деятельности педагога в этих условиях становится компьютерная (информационно-компьютерная) культура. Это значит, что преподаватель, использующий в учебном процессе компьютер, должен: знать возможности компьютера в своей предметной области и обладать навыками работы в условиях использования ИТО, уметь руководить работой обучаемых в дисплейном классе, уметь подбирать и соответственным образом компоновать учебный материал, исходя из целей обучения создавать проблемные ситуации на занятиях, писать собственные или в сотрудничестве с программистами обучающие программы, уметь разумно сочетать использование компьютерных средств обучения с другими видами учебной деятельности.

Осуществление компьютерной подготовки педагогов результативно только в том случае, если формирование компьютерной (информационно-компьютерной) культуры рассматривать как важный составной элемент педагогического мастерства. Она приобретает четко выраженную профессионально . окрашенную целевую установку, мотивы становятся общественно значимыми, более устойчивыми.

Непременным условием применения ИТО является заинтересованность педагога в ее использовании. Это означает, что преподаватель должен увидеть, что данная технология помогает ему решать некоторые педагогические задачи обучения более эффективно (например, раскрыть значимость изучаемого учебного материала, повысить интенсивность его усвоения, развить и закрепить навыки практической работы, управлять учебной деятельностью, регистрировать результаты усвоения учебного материала, способствовать сформированию у обучаемых рефлексии своей деятельности и т.д.), а также может высвободить время за счет автоматизации рутинных этапов педагогической деятельности нетворческого характера (например, сообщение начальных сведений по изучаемому разделу, проверка практических работ и т.д.). К сожалению, следует отметить тот факт, что в отдельных вузах работа по созданию ИТО не носит централизованный характер, а реальные трудозатраты преподавателей не учитываются в их индивидуальных планах работы.

Деятельность преподавателя в условиях применения ИТО неизмеримо усложняется. Это связано с тем, что педагог осуществляет ее в новой педагогической среде и с новыми средствами обучения. Он получает возможность оказывать воздействие на обучаемых опосредованно через компьютерные средства обучения, через стратегию обучения, реализуемую в данной ИТО. В этих условиях характер труда преподавателя меняется - ему приходится реализовывать ряд функций, которые при традиционном обучении порой вообще отсутствуют. Из сказанного следует вывод о том, что компьютерная культура преподавателя становится решающим условием успешного использования ИТО.

Между тем, компьютерная подготовленность профессорско-преподавательского состава на сегодняшний день значительно отстает от требований времени. Не лучше обстоит дело и с психолого-педагогической их подготовкой к применению ИТО. Особенно наглядно последнее представлено в инженерных вузах, где техническая и специальная подготовка преподавательского состава значительно выше, чем в гуманитарных, где более 90% преподавателей общетехнических и специальных дисциплин и более 70% всех преподавателей не имеют базовой психолого-педагогической подготовки [25]. Эта ситуация требует особого изучения и выработки практических рекомендаций по ее изменению.

Анализ передового опыта применения в обучении ИТО, а также беседы с преподавателями ряда вузов показывают, что для действенного их использования педагог должен овладеть следующей совокупностью знаний, навыков и умений.

Общедидактические знания: понятие ИТО, их назначение, дидактические функции и возможности; классы и виды компьютерных и информационных средств, реализуемых в ИТО; принципы применения ИТО, роль и место ИТО в образовательном процессе; психолого-педагогические условия применения ИТО; основы определения эффективности их использования в учебном процессе; основные формы и методы организации обучения при ИТО, технология ее проектирования.

Общедидактические навыки и умения: определять роль и место отдельных компьютерных средств в структуре ИТО, использовать их дидактические возможности; подбирать компьютерные средства обучения с учетом психолого-педагогических факторов, находить дидактически целесообразное их применение; сочетать вербальное (словесное) изложение учебного материала с применением компьютерных средств обучения и других средств обучения, фронтальные и индивидуальные формы работы обучаемых; осуществлять отбор, структурирование и подготовку учебного материала для применения его в ИТО и т.п.

Специальные знания: роль и место ИТО в образовательном процессе вуза, преподаваемой учебной дисциплине, эксплуатационно-технические характеристики и дидактические возможности применяемых в них компьютерных средств обучения; специфика комплексного использования компьютерных средств обучения; технология ИТО при проведении различных видов учебных занятий, а также в самостоятельной работе обучаемых; технология отбора учебного материала для использования его в ИТО и т.п.

Специальные навыки и умения: обосновывать роль и место отдельных компьютерных средств обучения в различных видах учебных занятий по дисциплине; определять для конкретной ИТО содержание учебного материала (тема, раздел) оптимальный комплект компьютерных средств обучения и структуру их взаимодействия в ходе использования; выбирать оптимальный вариант проведения в рамках ИТО учебных занятий; разрабатывать информационно-дидактические материалы, алгоритмы для разработки и создания прикладных программных продуктов, составлять методические пояснения к ним; владеть навыками работы с компьютерными средствами обучения; проводить анализ и определять эффективность учебных занятий при ИТО и т.п.

Таким образом, в общедидактической части подготовки преподавателей происходит формирование у них системы обобщенных знаний, навыков и умений применения ИТО, а в специальной - их закрепление, конкретизация и перенос в новые, межкафедральные и кафедральные условия.

Заключительной фазой подготовки преподавателей и проверкой степени их подготовленности к использованию ИТО является практическая реализация приобретенных знаний, навыков и умений в ходе проведения учебных занятий. Тем самым подготовка преподавателей получает свою логическую завершенность.

Вместе с тем, не совсем правильно было бы считать, что разработка подобных программ (тематических планов) и их реализация снимут все вопросы подготовки преподавательского состава к использованию ИТО. Усвоение содержания программ создаст лишь основу для постоянного самосовершенствования преподавателей и творческих поисков, направленных на улучшение подготовки обучаемых. Здесь особенное значение следует придать кафедральной научно-исследовательской и методической работе.

Не менее серьезные требования предъявляет современный образовательный процесс и к подготовленности студентов к использованию ИТО в их обучении. Как показывают исследование этого вопроса в [41, 43] — здесь существуют свои серьезные проблемы. Так, большинство студентов приходят в вуз, имея уже достаточную компьютерную подготовку (более 50%), однако, серьезным камнем преткновения даже для большинства из них является пресловутый «психологический барьер». Из опроса [41] видно, что 44,4% из числа респондентов, участвовавших в анкетировании, на начальном этапе работы с компьютером испытывают определенную неуверенность или даже боязнь. Сам же учебный процесс часто построен таким образом, что после изучения на первом курсе основ информатики и вычислительной техники в дальнейшем количество часов общения обучаемых с компьютером резко сокращается, особенно это происходит на 3 и 4 годах обучения. Когда же им в этот период приходится сталкиваться в своей повседневной учебной деятельности с использованием ИТО, то этот барьер им приходится преодолевать вновь, что не способствует повышению качества компьютерного обучения. Как показали проведенные исследования, психологическая неподготовленность обучаемых к применению в учебном процессе ИТО проявляется и на лекционных этапах обучения. Применение динамических и статических компьютерных слайдов позволяет повысить интенсивность чтения лекции, увеличить динамику представления учебного материала, возрастает напряженность труда обучаемых и это также вызывает у них серьезные проблемы. Эти и другие проблемы требуют самого внимательного изучения и конкретных практических рекомендаций по их устранению, в качестве которых могут быть предложены следующие: проведение в рамках курса «Введение в специальность» учебных занятий по основам применения в вузе ИТО; введение в курс «Основы информатики и вычислительной техники» темы, связанной с применением компьютерных средств обучения, где дать студентам методику самостоятельной работы с ними; необходимо планировать и организовывать учебный процесс с применением компьютера таким образом, чтобы студенты имели возможность не потерять полученные навыки на более старших годах обучения. Эти меры должны в некоторой степени снять остроту проблемы и повысить уровень подготовленности обучаемых к использованию в вузе ИТО.

Таким образом, целью компьютерной подготовки является формирование компьютерной (информационно-компьютерной) компетентности у специалиста, под которой понимаются оперативные и мобильные знания в сочетании с гибкими методами (умениями и навыками) комплексного подхода к поисковой и познавательной деятельности в сфере информации, электронных и прикладных программных средств для оптимального решения профессиональных задач конкретно-практической информации.

Т.е. компьютерная компетентность является компонентом профессиональной культуры специалиста и требует для своего формирования компьютерной подготовки.

Компьютерно-компетентный специалист способен использовать соответствующим образом весь набор информационных компьютерных технологий.

В частности:

- обладает знаниями в области информации и умеет работать с информацией;

- обладает знаниями основ компьютерной грамотности;

- понимает закономерности информационных процессов;

- имеет навыки эффективного применения компьютера как инструмента;

- умеет применять полученные результаты в практической деятельности;

- умеет извлекать новые знания из взаимодействия с компьютером и применять их в других условиях.

Таким образом, нами были сформулированы требования к подготовке современного инженера в области компьютерного моделирования.

Подготовить такого специалиста к профессиональному применению компьютерных технологий в приборостроении и обучить методам решения конструкторских и технологических задач на основе компьютерного моделирования - является сегодня одной из важнейших задач технического вуза.

Нами был проведен анализ учебного плана студентов по направлению подготовки «Приборостроение» в Казанском государственном энергетическом университете (КГЭУ) с целью выявления уровня подготовленности студентов в области компьютерного моделирования.

Базовые навыки по компьютерным технологиям студенты получают на 1 курсе из дисциплин «Информатика» и «Программные и аппаратные средства информатики», базовые навыки по электронным схемам и приборам - из лабораторных практикумов по теоретическим основам электротехники (ТОЭ) на 2 курсе.

В дальнейшем полученные навыки используются в процессе обучения на 3-5 курсах в дисциплинах «Аналоговые интегральные схемы в измерительных устройствах», «Основы проектирования приборов и систем», «Компьютерные технологии в приборостроении», «Преобразование измерительных сигналов», «Программное обеспечение измерительных процессов», «Программные средства информационно - измерительных систем».

Анализ учебного процесса показал, что одной из проблем, затрудняющих формирование профессиональной подготовленности современного конкурентоспособного инженера в КГЭУ, является недостаточное внимание к освоению и использованию методов компьютерного моделирования.

Острота этих проблем, на наш взгляд, может быть в значительной степени снята, если процесс компьютерной подготовки студентов по направлению обучения «Приборостроение» дополнить курсом, который позволил бы сформировать у студентов навыки работы с компьютерными моделями схем и приборов на примере моделирования простейших электрических схем.

Далее перейдем к теоретическим вопросам проектирования учебного курса «Компьютерные модели электронных схем».

1.2 Теоретические аспекты проектирования курса «Компьютерные модели электронных схем»

Под проектированием, как видом профессиональной деятельности исследователя и педагога, следует понимать процесс разработки им проекта технологии обучения - дидактического описания педагогической системы, реализация которой предполагается в рамках изучения в вузе конкретной учебной дисциплины [174].

Педагогическое проектирование приобрело в современном образовательном пространстве широкое распространение. Оно постоянно совершенствуется и обретает новые качества и характеристики: конструктивность, концептуальность, плановую и проектную деятельность педагогов, диагностичность и возможность педагогической коррекции.

Главный методологический принцип проектирования содержания образования - ориентация на перспективы развития науки, техники, производства, культуры.

Структурная и технико-технологическая перестройка промышленного производства неминуемо требует новых форм организации и методов обучения. Однако в силу консерватизма, отставания в разработанности вопросов теории обучения, дидактико-методического обеспечения учебного процесса новое содержание продолжает усваиваться в старых организационных формах обучения. В конечном итоге, это служит причиной несоответствия между новым содержанием и старыми формами обучения.

Теория инженерной педагогики развивается под воздействием общественных потребностей в области инженерного образования, развития технических наук, питающих инженерную педагогику и методов познания, а также в силу внутренней логики движения собственного научного познания. Эти факторы действуют не параллельно, а находятся в диалектической взаимосвязи. Развитие инженерной педагогики происходит и как логическое развитие общепедагогических понятий и категорий: целей, принципов, содержания образования, форм организации, методов, средств, контроля и самоконтроля. Они представляют определенный уровень категориального строя, его системность, которая обеспечивается логико-методологическим основанием.

Сохраняя педагогическую сущность, они ориентированы на цели инженерного образования, на подготовку специалистов, реализующих инженерную деятельность, что наполняет их новым содержанием. И тем не менее, инженерная педагогика не исчерпывается общими педагогическими категориями.

В теории и практике высшей школы функционируют общие дидактические принципы: научности и доступности, систематичности и последовательности, связи обучения с практикой и наглядности и абстрактности, активности и самостоятельности, индивидуального подхода и др. Специфическим для профессионального образования выступают принципы:

- профнаправленности, ориентирующей все учебные дисциплины, формы организации, методы обучения на конечную цель подготовки специалиста конкретного профиля;

- преемственности, отражающей связь прошлого, настоящего и будущего в их содержании, формах организации, методах и средствах обучения, связь образовательно-воспитательного процесса на различных ступенях обучения и предстоящей профессиональной деятельностью;

- системности, позволяющей рассматривать все дисциплинарные знания по различным учебным дисциплинам как единое целое со специфическими для технического, технологического и гуманитарного образования связями;

- интеграции и дифференциации, ориентирующей содержание образования как на синтез широкого круга междисциплинарных знаний в целостную систему, так и на отдельные учебные дисциплины, модули с конкретной предметной областью знаний;

- динамичности, выражающейся в постоянном предвидении новых тенденций и изменений в общеинженерном и гуманитарном образовании и отражении их в содержании подготовки специалистов и др.

Как категория историческая, принципы развиваются, изменяется их номенклатура и объем понятия. Они совершенствуются и наполняются новым содержанием в соответствии с каждым конкретным этапом развития общества и корректировкой целей обучения и воспитания, а также с учетом выявленных педагогических закономерностей и накопления педагогического опыта.

Теория и практика показывают, что специфическими для инженерной педагогики категориями выступают научно-техническое познание и инженерная деятельность.

Научно-техническое познание представляет собой процесс овладения человеком, объективно или субъективно, новыми естественнонаучными, техническими и технологическими знаниями в области науки, техники, производства, способами деятельности, предвидения перспектив их развития.

Инженерная деятельность - это динамическая система взаимодействий инженера и орудий, механизмов, сооружений, которые необходимо построить искусственным путем, опираясь на научные знания и способы деятельности.

Каждая категория, обладая всеобщностью, позволяет рассматривать большое множество элементов содержания, отражая наиболее общие явления. Они синтезируют, систематизируют, структурируют частные научные понятия, аккумулируют в себе мысленное теоретическое представление (каркас) инженерной педагогики. Названные категории служат механизмом определения абсолютного большинства понятий инженерной педагогики, являются исходной основой создания ее новых понятий, выступают средством систематизации всей совокупности понятий и научного познания в целом, составляют логическую основу теории и практики инженерной педагогики, обеспечивают их единство.

Проектирование в инженерной педагогике не ограничивается содержанием образования и процессом подготовки специалистов.

Важный его аспект - определение и обоснование опережающ проектировании содержания, процесса подготовки современных специалистов и опережающих квалификационных требований к ним имеется два начала -техническое и педагогическое. Эти два начала проявляются в определении целей, принципов, методов, процедур проектирования, прогноза развития сферы производства, организации и содержания труда.

Проектирование требований, предъявляемых обществом специалисту, которого готовит высшая школа, складывается из определенной последовательности таких представлений как: человеческий идеал, модель специалиста как личности и профессионала, его квалификационные характеристики, общественное мнение о степени соответствия представлений о личностных качествах и профессионализме специалиста их действительному состоянию.

Как видно, инженерная педагогика развивается в процессе фундаментальных и прикладных исследований. Рассматривать ее как систему только прикладных технических или общепедагогических знаний означает отбрасывать ее на десятилетие назад. Научный статус понятий и категорий инженерной педагогики является методологической основой решения многих проблем подготовки инженерных кадров [58].

Таким образом, проектирование учебного курса КМЭС рассматривается нами в рамках проектирования профессионально-ориентированной технологии обучения. Под профессионально-ориентированной технологией обучения (ТО) квалификационных требований к современному специалисту. В следует понимать технологию, способствующую формированию у студентов значимых для их будущей профессиональной деятельности инженера качеств личности, а также знаний, навыков и умений, обеспечивающих выполнение ими функциональных обязанностей по избранной специальности.

Сущность профессионально-ориентированной технологии обучения заключается:

- во-первых, в предварительном проектировании учебного процесса с последующей возможностью воспроизведения этого проекта в педагогической практике;

- во-вторых, в специально организованном целеобразовании, предусматривающим возможность объективного контроля достижения поставленных дидактических целей;

- в-третьих, в структурной и содержательной целостности, то есть в недопустимости внесения изменений в один из ее компонентов не затрагивая Другие;

- в-четвертых, в выборе оптимальных методов, форм и средств обучения, диктуемых вполне определенными и закономерными связями всех ее элементов;

- в-пятых, в наличии оперативной обратной связи, позволяющей своевременно и оперативно корректировать процесс обучения.

Проектирование ТО имеет вполне определенную цель - создание преподавателем специальной обучающей среды, позволяющей ему в рамках учебной дисциплины организовать педагогическое взаимодействие с обучающимися, обеспечивающее гарантированное достижение дидактических целей. При этом, говоря о специальной обучающей среде, подчеркивается важность наполнения ее предметным профессионально-ориентированным содержанием, отвечающим требованиям ГОС и квалификационным требованиям к подготовке в вузе специалиста определенного профиля и качества.

В проектировании учебного курса КМЭС нами выделены следующие этапы:

1. Задание целей изучения курса, отражающих специфику деятельности инженера.

3. Задание уровней усвоения учебных тем и их отражение в системе лабораторных заданий курса.

5. Выбор режима контроля результатов обучения, соответствующего структурным особенностям курса.

Раскроем особенности каждого этапа проектирования.

Первым этапом проектирования курса является этап целеполагания, осуществляемый на диагностическом уровне. Под результативностью в данном случае понимается степень достижения целей обучения, трансформированных в систему значимых профессиональных умений и навыков, которые должны быть сформированы у выпускников вуза.

Цели образования выполняют системообразующую функцию в педагогической деятельности. Именно от выбора целей в наибольшей степени зависит выбор содержания, методов и средств обучения и воспитания.

Формулирование педагогических целей отвечает на вопрос, чему учить; какие задачи (профессиональные, жизненные, предметные, этические, эстетические) должен уметь решать студент с помощью полученных знаний, умений, навыков, убеждений, установок и т.п. Совокупность финальных целей - перечень задач, которые должен уметь решать специалист по завершении обучения, - получила название «модели (профиля) специалиста» [153,154,156].

Наиболее полно разработанной и проявившей свою плодотворность в системе высшего образования следует признать схему построения и реализации педагогических целей, раскрытую в цикле работ, выполненных под руководством Н.Ф. Талызиной [34, 185, 186, 187].

Особенностью целей курса КМЭС является преемственность целей разных уровней, обеспечивающих их синтез в целостную систему, и изначальная прямая связь целей с содержанием обучения, что является особенно важным в контексте целей инженерного образования. Первая цель состоит в овладевании обучаемыми основ^"компьютерного моделирования. Вторая цель состоит в приобретении обучаемыми навыков работы с современными компьютерными программами, позволяющими моделировать радиотехнические схемы и приборы. Третья цель курса может быть достигнута только по достижении первых двух и состоит в приобретении обучаемыми навыков проведения физических экспериментов на компьютерных моделях схем и приборов.

На втором этапе проектирования курса осуществлялся отбор и структурирование содержания.

Обоснование содержания образования - одна из важнейших и традиционных проблем дидактики. Учитывая социальную сущность и педагогическую принадлежность содержания образования, его можно определить как педагогическую модель социального заказа со стороны государства на подготовку специалистов, обращенного к образовательной |{ t [) системе. Эта модель имеет многоуровневую иерархическую структуру. На высшем уровне - общетеоретического представления содержание образования фиксируется в виде обобщенного системного знания о составе, элементах, структуре и функциях социального опыта, передаваемого студентам.

На уровне учебного предмета развернуто представление об отдельных частях содержания, несущих специфические функции в образовании. Таким образом, подходы к решению проблемы содержания образования зависят от социального заказа, целей образования и обучения. Своего рода ограничительным фактором при формировании содержания образования являются бюджет учебного времени (как правило, ограниченный), состояние учебно-методической и материально-технической базы вуза.

Содержательная сторона обучения определяется характером будущей профессиональной деятельности выпускника вуза и отражается в учебных дисциплинах, которые включены в программы обучения конкретного учебного заведения. В содержании обучения учитывается также специфика специальностей и специализаций, по которым организована подготовка в вузе.

В настоящее время в вузах отбор содержания обучения, как правило, осуществляется либо экспертным путем с привлечением заказчиков подготовки специалистов, либо ведущими специалистами факультета (кафедры).

Отбор содержания целесообразно проводить с учетом требования дидактического единства содержательной и процессуальной сторон обучения. Сформулированные в рамках названной теории принципы и критерии формирования содержания обучения позволяют педагогу на научной основе реализовать в учебном процессе определенные им цели обучения.

В качестве критериев отбора содержания учебной дисциплины целесообразно использовать следующие положения:

- целостное отражение в содержании обучения задач формирования всесторонне развитой личности будущего специалиста;

- высокая научная и практическая значимость содержания;

- соответствие сложности содержания реальным учебным возможностям студентов;

- соответствие объема содержания имеющемуся времени на изучение данного предмета;

- соответствие содержания имеющейся технологической (учебно-методической) и материально-технической базам вуза.

Следует отметить, что опора на названные критерии при отборе содержания обучения не исключает необходимости соотнесения их с запросами профессиональной деятельности конкретных специалистов, а также требованиями общества к личности вообще. Резюмировать сказанное можно словами современного педагога-исследователя В.В. Краевского: «содержание образования - это категория педагогическая, она переводит социальный заказ, формируемый обществом, «на язык педагогики». Разрабатывая содержание образования, педагог-ученый тем самым раскрывает и конкретизирует социальный заказ средствами своей науки, а преподаватель, реализуя в практической деятельности это содержание, тем самым выполняет этот заказ» [80].

Одним из методологических оснований для решения возникающих при отборе содержания теоретических и прикладных задач является утвердившееся в дидактике высшей школы положение о том, что учебный предмет представляет собой не результат проецирования соответствующей отрасли науки на вузовское обучение, а итог дидактической переработки определенной системы знаний, умений и навыков, необходимых для овладения интеллектуальной, практической, социальной или духовной деятельностью.

Сравнительно подробно процедура отбора содержания учебной дисциплины рассмотрена в работах В.П.Беспалько, А.А.Золотарева, других ученых. Так, например, при описании содержания учебного предмета В.П.Беспалько вводит понятие «учебные элементы» - объекты, явления и методы деятельности, отобранные из науки и внесенные в программу учебного предмета. Такой подход представляется шагом вперед по отношению к эмпирико-интуитивному выведению критериев отбора учебного материала на основании только дидактических принципов.

Еще более радикальным шагом следует считать подход к определению оценки объема содержания (информационной емкости) учебной дисциплины, предложенный В.П.Мизинцевым [120]. Его сущность заключается в построении графоматематической модели учебной информации, с помощью которой можно получить численные характеристики, отражающие объем содержания учебной дисциплины с учетом ее сложности. Центральным звеном подхода является представление смысловой структуры учебной информации с помощью метода графового моделирования, под графом понимается множество элементов содержания, построенных в определенных связях и отношениях.

Граф отражает выбранный преподавателем замысел построения и изложения учебного материала. В нем все вершины (элементы) располагаются на горизонтальных линиях, каждая из которых соответствует выделенному основанию графа. Для построения графа сначала формируется спецификация оснований, представленных в определенной, в соответствии с принятой преподавателем логикой изложения материала, последовательности, а затем отбираются сами элементы графа. Это дает возможность наиболее полно, компактно и наглядно отразить все элементы знаний в данном объеме материала.

Следует указать, что основная сложность при проведении измерений заключается в выделении семантической единицы информации, которая содержится в том или ином учебном материале. В связи с этим важно разграничить понятия семантических единиц, используемых для измерения объема информации содержания учебной дисциплины (раздела, модуля, темы) и конкретного занятия. Причина разграничения обусловлена целями проводимых измерений. Под семантической единицей информации, которая содержится в той или иной программе учебной дисциплины (раздела, модуля, темы), следует понимать сложные и простые понятия, а также конкретные определения, следствия, законы, правила, события факты и т. д.

Целью измерения информационной емкости содержания темы (модуля, раздела) и конкретного занятия является определение допустимых доз учебного материала, которые могут быть предложены студентам. При построении графосемантической модели содержания темы (модуля, раздела) имеется возможность разделить учебный материал по видам занятий, учитывая, что на лекции целесообразно вводить не более 12 новых понятий, а на практическом и семинарском занятии - не более пяти. Следовательно, при построении графосемантической модели конкретного занятия указанное выше количество понятий выступает как ограничение графа [120].

Реализация описанного подхода позволяет при отборе содержания учебной дисциплины произвести выбор семантических единиц - ключевых дидактических категорий и понятий, без знания которых формирование у студентов значимых профессиональных качеств невозможно.

При использовании данного подхода, можно провести анализ достаточности и неизбыточности выявленных элементов учебного модуля. С этой целью необходимо исследовать междисциплинарные и внутрипредметные связи данного модуля с другими, входящими в состав учебной дисциплины, т.е. выявить категории и понятия, которые ранее уже были введены в оборот при изучении курса или рассматривались в рамках других учебных дисциплин, преподаваемых в вузе.

На отбор содержания учебных курсов с применением моделирующих компьютерных программ должны быть наложены дополнительные требования.

По мнению В. А. Белавина содержание таких курсов должно удовлетворять следующим требованиям: выразительность, содержательность, достоверность, видимость, надежность, яркость зрительного образа, доступность, наглядность, убедительность, воспроизводимость, кратковременность, простота, эстетичность и эмоциональность [15]. Эти требования могут быть реализованы в том случае, если курс с использованием моделирующих компьютерных программ разработан на основе предложенной им пошаговой методики.

Первый шаг заключается в выборе и обосновании адекватной целям курса математической модели, которая должна отвечать самым высоким требованиям строгости, эффективности и достоверности получаемых результатов. Правильно выбранная математическая модель обеспечивает содержательность и достоверность результатов, полученных в ходе выполнения лабораторных работ с использованием моделирующих компьютерных программ.

Второй шаг - выбор формы представления основного содержания лабораторных работ курса с использованием моделирующих компьютерных программ на дисплее компьютера, определение оптимального объема необходимой информации. Реализация этого шага обеспечивает требования кратковременности и воспроизводимости.

Третий шаг включает в себя выбор необходимой для лабораторной работы дополнительной информации. При этом реализуются требования надежности и убедительности.

Четвертый шаг заключается в определении:

- места основной и дополнительной информации на каждом кадре моделирующей компьютерной программы, в соответствии с особенностями се восприятия человеком и с требованием обозримости;

- последовательности представления кадров, обеспечивающей наглядность протекания выводимых на экран компьютера процессов или явлений, характер которых изменяется в зависимости от данных, вводимых с клавиатуры компьютера.

Последний, пятый шаг, призван реализовать требования эстетичности и эмоциональность. Он заключается в выборе способа отображения объектов, определение оптимальных для восприятия размера, цвета и тона рисунков, размеров шрифтов для основной и дополнительной информации.

Только после того, как обеспечено выполнение этих требований, можно переходить к структурированию содержания курса.

Основные принципы структурирования содержания образования разработаны в работах B.C. Леднева и И.Я. Лернера [91,92,94] и др.

Для того, чтобы охарактеризовать принципы структурирования содержания образования, вспомним некоторые общепризнанные положения, касающиеся системного подхода к анализу педагогических явлений. Системный (системно-структурный) подход завоевал в современной науке прочные позиции. Построение теоретической модели, т.е. создание теории любой системы, включает в себя, во-первых, определение ее места (функций, связей) в метасистеме (системе более высокого иерархического уровня), во-вторых, определение оптимального набора и свойств компонентов, обеспечивающих эффективное функционирование системы и ее развитие, в-третьих, установление связей между этими компонентами.

Важнейшим принципом, в соответствии с которым строится образование человека и нарушение которого ведет к тяжелым социальным последствиям, является принцип функциональной полноты компонентов содержания образования. Сущность этого принципа заключается в следующем: всякая система, в том числе и педагогическая, не может эффективно функционировать, если набор существенно значимых подсистем (элементов системы) не является функционально полным. Однако, чем сложнее система, тем труднее определить понятие ее нормального функционирования. Эффективность действия сложной полифункциональной системы всегда многомерна, поскольку огромным числом линий связана с ее окружением. Поэтому чаще всего идут по пути выявления основных связей и функций системы.

Наряду с этим принципом существуют принципы минимизации, оптимизации и дифференциации компонентов системы.

B.C. Леднев в [91] формулирует их следующим образом.

Минимизация элементов - минимальный набор компонентов, при котором функции системы никак не ущемляются.

Принцип оптимизации компонентов педагогической системы сводится к необходимому и достаточному набору компонентов системы. Применяя этот принцип к процессу обучения, мы должны представлять, что состав компонентов должен быть таким, чтобы студенты владели бы необходимым инструментарием для оптимального решения профессиональных задач.

Принцип дифференциации компонентов системы связан с увеличением педагогической значимости отдельных предметов и превращением их в отдельные учебные курсы с обособлением от тех курсов, в рамках которых они выделялись ранее [91].

При структурировании содержания образования мы всегда сталкиваемся с необходимостью выделять компоненты различных систем. Отсюда возникает вопрос: каков состав компонентов системы, необходимый и достаточный для ее функционирования, ее существования?

Важнейшим условием оптимального выбора структуры обучения является логический анализ самого предметного знания. Нельзя, отмечает Н.Ф.Талызина

184], изучать каждое частное явление самостоятельно. За весьма разнообразными вариантами, открывающимися на поверхности явлений, часто стоят немногие порождающие их инварианты. Выделение такого фундаментального инвариантного знания с помощью системно-структурного анализа позволяет резко сократить объем подлежащего усвоению материала. Будучи отработано и усвоено на нескольких частных явлениях, фундаментальное знание позволяет вывести все другие частные случаи проявления инвариантов с помощью простых логических процедур.

Основанные на знании инвариантов обобщенные виды деятельности обеспечивают специалисту возможность решения огромного числа частных задач.

Перестроенные на указанных принципах структурирования содержания отдельные курсы по физике, химии, биологии, математике и другим дисциплинам позволили сократить объем подлежащего усвоению содержания в два-три раза [184,185].

Таким образом, структурировать содержание - означает ответить на вопросы: какова должна быть структура содержания (знания) и какова последовательность освоения элементов этого содержания? Применительно к структурированию содержания темы это означает выявление вопросов темы и последовательности их изучения в соответствии с логикой их взаимосвязи.

Суть структурирования состоит в том, чтобы выявить систему смысловых связей между элементами содержания крупной дидактической единицы (раздела, модуля, темы) и расположить учебный материал в той последовательности, которая вытекает из этой системы связей. Не вызывает сомнения то, что чем лучше структурирована и систематизирована совокупность знаний, подлежащих усвоению, чем в большей степени обучаемым ясны цели изучения и значимость овладения данной системой знаний и умений, тем легче и прочнее эти знания и умения усваиваются.

При этом важное значение имеет выбор форм наглядного представления как элементов содержания, так и последовательности их изучения.

Структура учебного материала, как правило, представляется в виде: матриц связей, графов учебной информации, структурно-логических схем, сетевых графиков, планов проведения учебных занятий, листов основного содержания и т. п. Их выбор обусловлен целями обучения, информационной емкостью (объемом) содержания, профессиональной подготовленностью и компетентностью самого педагога, а также особенностями структурирования содержания учебного материала (например B.C. Леднев [92] считает, что лучше поддаются структурированию точные наук!и) и т.д.

Матрицы связей в наглядной форме отражают содержательные, смысловые связи между учебными дисциплинами (междисциплинарные связи), между темами (внутрипредметные связи), или между вопросами темы (внутритемные связи).

Любая из матриц строится по одному правилу: на пересечении строк и столбцов отмечается, например, знаком +, или цифрой 1 наличие связи между этими дидактическими единицами (вопросами, темами, дисциплинами).

Если связи содержания не противоречат законам формальной логики, то при правильно построенной последовательности рассматриваемых дидактических единиц матрица будет диагональной и ниже ее диагонали не окажется заполненных клеток. Если этого нет, то корректировкой содержания и изменением последовательности его изучения добиваются правильной логической последовательности изучения материала. Треугольная форма рабочего поля матрицы и отсутствие обозначений наличия связей между вопросами темы ниже главной диагонали матрицы свидетельствует о правильном выборе последовательности прохождения вопросов темы.

Граф учебной информации - это множество элементов содержания, построенных в определенных связях и отношениях. В отличие от матрицы, отражающей логические связи элементов содержания, граф отражает выбранный преподавателем замысел построения и изложения учебного материала. В нем все вершины (элементы) располагаются на горизонтальных линиях, каждая из которых соответствует выделенному основанию графа. Для построения графа сначала формируется спецификация его оснований, представленных в определенной, в соответствии с принятой преподавателем логикой изложения материала, последовательности, а затем отбираются сами элементы графа. Его основанием, как правило, выступают вопросы темы, а элементами - блоки содержательной информации, изучение которых приводит к раскрытию вопроса темы.

Последовательность изложения вопросов соответствует последовательности оснований графа сверху вниз, последовательность блоков, входящих в вопрос темы, - слева направо.

Структурирование содержания с помощью матриц и графов наиболее целесообразно для дисциплин физико-математического и технического, т.е. для дисциплин, основанных на точных наука^/[92].

Лист основного содержания учебного материала (ЛОС) - это система кадров, отражающая содержание его учебных элементов (понятий, вопросов, тем, разделов и т.д.) и раскрывающая смысловые связи между ними.

Главное назначение ЛОС состоит в сжатом, образном представлении реального содержания и микроструктуры учебного материала. В нем отражается минимально необходимое и вместе с тем наиболее важное научное и практическое знание о предмете. Основу ЛОС составляют кадры, в которых представлены понятия и выраженные через них принципы, законы и закономерности, относящиеся к изучаемой области науки. (Как правило, ЛОС создается для последующего представления учебного материала в компьютерных и обыкновенных слайдах).

В дополнение к кадрам ЛОС, раскрывающим основное содержание учебного материала, в него целесообразно включить кадры, содержащие: структуру темы (раздела, дисциплины); формулировку главной и частных проблем, подлежащих рассмотрению и решению; перечень умений, которые должны быть приобретены на основе знаний, отображенных в ЛОС; наиболее важные типовые задачи и примеры их решения.

Опыт [121] показывает, что объем учебной информации, отраженной в одном кадре ДОС, не должен быть больше пятидесяти слов. Этого количества слов оказывается, как правило, достаточно для записи сложного понятия или выражения одной законченной мысли. Текст такого объема может быть напечатан на половине стандартного листа бумаги заглавными буквами, а затем отснят с целью получения слайдов и уменьшенных по отношению к оригиналу фотоотпечатков.

Графики, рисунки, формулы, схемы также удобно изображать на указанном формате бумаги.

Каждому кадру ДОС присваивается порядковый номер (рис. 1.2.1). Стрелка, подходящая слева к рамке кадра, указывает на смысловую связь данного кадра с предшествующим, а стрелка справа - на связь с последующими кадрами.

16, 22

2,6, 8,14 -ц

Рис. 1.2.1. Пример нумерации кадра ДОС Основанием для группировки кадров J10C служит граф или схема логической структуры учебного материала. Кадры, относящиеся к учебному вопросу темы, располагаются в последовательности, отражающей последовательность учебных элементов этого вопроса, а кадры, отражающие основное содержание всей темы, - в последовательности вопросов, соответствующей графу темы. Система основных смысловых связей между кадрами ДОС, относящимися к одному и тому же вопросу, может быть показана не только с помощью входящих и исходящих номеров, но и продублирована дугами.

Можно сказать, что в определенном смысле ДОС - это тщательно структурированное содержательное ядро современного учебника. Именно поэтому J10C можно рассматривать и в качестве фундамента для построения комплекта средств обучения.

На основе J10C может быть разработан его электронный эквивалент (ЭЛОС) и созданы наиболее важные элементы комплекта средств обучения: тезисы лекции, опорный конспект, макет записей на меловой доске, серии слайдов (в том числе компьютерных), раздаточный печатный материал, схема ориентировочной основы действия, полиэкранный слайдофильм.

Исходя из вышеизложенного, в целях отбора и структурирования содержания курса КМЭС, нами был выработан алгоритм, приведенный ниже:

2. Построить модель курса и оценить его информационную емкость, т.е. отобрать необходимое число учебных элементов - ключевых понятий и категорий в деятельности инженера; выделить среди них те, по которым обучение следует вести на уровне знаний, умений, навыков, творческого подхода к практическому применению.

3. Убедиться в достаточности полученных учебных элементов для достижения целей подготовки современного инженера в области компьютерного моделирования.

5. Выявить систему смысловых связей между элементами содержания и расположить учебный материал в той последовательности, которая вытекает из этой системы связей. Система связей между элементами содержания должна быть открытой и инвариантной в случае замены использующихся в курсе профессиональных компьютерных программ на вновь созданные, гибко реагируя таким образом на динамичные изменения в современных компьютерных технологиях.

В связи с тем, что курс имеет три цели, наиболее оптимальной была признана трехмодульная структура курса, позволяющая поэтапно и последовательно достигать каждую цель обучения. Модули расположены по возрастанию сложности теоретического материала и увеличению в лабораторных работах доли компьютерных моделей в сравнении с реальными объектами изучения. Первый модуль посвящен основам компьютерного моделирования, во втором модуле изучается программное обеспечение процесса компьютерного моделирования электронных схем и приборов, в третьем - особенности проведения физических экспериментов на компьютерных моделях электронных схем и приборов. Каждый модуль состоит из теоретических разделов и лабораторных работ разной степени сложности на компьютерных моделях и на реальных лабораторных установках.

Третьим этапом проектирования курса выступает задание требуемых

К сожалению, в современной дидактике недостаточно разработаны общие подходы к количественному и качественному определению уровней усвоения содержания учебного материала. До сих пор разные авторы предлагают свои трактовки этого понятия, определяют разное количество возможных уровней, что требует от преподавателя при проектировании ТО творчески подходить к настоящему процессу и руководствоваться при этом своим педагогическим опытом, признанными и практикуемыми в вузе дидактическими концепциями и теориями. Не стремясь провести полный анализ многообразия существующих подходов, остановимся лишь на тех, которые могут быть использованы при проектировании современных ТО.

И.Я.Лернер [94] выделяет три уровня усвоения знаний: восприятие, осмысление, запоминание; применение знаний в сходной ситуации, по определенному образцу; применение знаний в новой ситуации. уровней усвоения изучаемого материала. ( iro

С.И.Архангельский и В.П.Беспалько определяют четыре уровня научного познания как четыре ступени интеллектуального развития обучаемых в учебном процессе. Рассматривая эти уровни усвоения, В.П. Беспалько [18] как бы обобщает сказанное и предлагает «генетическую структуру мастерства» человека в виде следующих последовательных уровней усвоения:

1. Узнавание (при повторном их восприятии) объектов и свойств процессов данной области явлений действительности (знания-знакомства).

2. Репродуктивное действие (знания-копии) путем самостоятельного воспроизведения и применения информации о ранее усвоенной ориентировочной основе для выполнения известного действия.

3. Продуктивное действие - деятельность по образцу на некотором множестве объектов (знания, умения, навыки). Обучаемым добывается субъективно новая информация в процессе самостоятельного построения или трансформации известной ориентировочной основы для выполнения нового действия.

4. Творческое действие, выполняемое на любом множестве объектов путем самостоятельного конструирования новой ориентировочной основы для деятельности (знания-трансформация), в процессе которой добывается объективно новая информация".

Б.Блум [221] использует следующие уровни усвоения. 1 - знания, 2 -понимание, 3 - применение, 4 - анализ, 5 - синтез, 6 - оценивание. В.М. Соколов [178], основываясь на уровнях усвоения Б.П.Беспалько и Б.Блума, создает свою таксономию. Репродуктивному виду деятельности он ставит в соответствие следующие уровни: 1 - узнавания, 2 - воспроизведения, 3 -репродуктивного применения, 4 - синтеза, 5 - оценка, 6 - моделирования. В зависимости от того, на какую базу знаний (только субъектную или любой другой доступный источник информации) опирается испытуемый, В.М.Соколов выделяет целесообразный для диагностики набор уровней усвоения.

Ю.Г.Фокин [205] предлагает при проектировании педагогической технологии обозначать уровень усвоения учебного материала в кодированном виде двумя цифрами, первая из которых, в соответствии с таблицей 1.2.1, указывает максимально достигнутый уровень применения изученного, а вторая-уровень абстрактности учебного материала. При таком кодировании легко обозначить различия между знаниями и умениями разного вида, например, между знаниями вида <21> (воспроизведение приема) и знаниями вида <26> (воспроизведение аксиоматической теории)

Таблица 1.2.1

Обозначение уровней усвоения и учета абстрактности учебного материала

Уровень усвоения Первая цифра Уровень абстрактности Вторая цифра

Узнавание 1 Объект, прием в натуре 1

Воспроизведение 2 Феноменологический 2

Применение на уровне умений 3 Качественный 3

Применение на уровне навыков 4 Количественный 4

Перенос изученного в новые условия 5 Количественная теория 5

Творчество 6 Аксиоматическая теория 6

Данной таблицей, по сути дела, вводится шкала 36 уровней усвоения учебного материала. Тем не менее, нельзя не отметить, что уровень усвоение «творчество» остается в этой таблице достаточно крупным и не дифференцированным. В современных условиях нуждается в конкретизации и задание способа использования учебного материала в деятельности обучаемого, поскольку при использовании компьютерных технологий можно решать ряд задач, не запоминая необходимых для этого формул и даже методик.

Следует отметить, что классификация уровней усвоения, предложенная В.П.Беспалько, признана большинством исследователей в качестве классической и является наиболее часто используемой в дидактике. По этим причинам, считаем наиболее целесообразным при проектировании курса КМЭС придерживаться именно этой классификации.

Кроме задания требуемых уровней усвоения изучаемого материала преподаватель должен четко представлять себе, какой исходный уровень обученности должны иметь обучаемые, начинающие изучение вопросов темы. Под исходным уровнем обученности следует понимать уровень усвоения знаний студентами по предшествующим темам и дисциплинам.

Для задания требуемого уровня усвоения изучаемого материала и для установления требуемых исходных уровней обученности строятся матрицы межтемных и междисциплинарных связей.

Матрица межтемных связей отражает связь учебных вопросов данной темы с предыдущими и последующими темами учебной дисциплины. На пересечениях строк и столбцов ставится требуемый для каждой последующей темы уровень обученности. Окончательно этот уровень устанавливается как максимальный из всех уровней, обусловленных требованиями последующих тем.

Если рассматриваемая тема обеспечивает другие учебные дисциплины, то строится матрица междисциплинарных связей, которая отражает связь учебных вопросов данной темы с другими дисциплинами. Построение такой матрицы аналогично рассмотренной ранее, но уровень обученности устанавливает преподаватель, отвечающий за ту учебную дисциплину, которую обеспечивает учебный вопрос данной темы. Окончательное значение уровня обученности учебного вопроса темы определяется как максимальное значение уровней, полученных из анализа матриц межтемных и междисциплинарных связей.

Исходный уровень обученности устанавливается с помощью тех же матриц, что и требуемый уровень обученности - матриц межтемных и междисциплинарных связей. На пересечениях строк и столбцов нижняя цифра соответствует требуемому исходному уровню обученности предшествующих тем или учебных дисциплин.

В матрице междисциплинарных связей базовых учебных дисциплин, для которых определяется исходный уровень обученности, для конкретности могут указываться темы, имеющие значение для изучения ее вопросов. В этом случае требуемый исходный уровень обученности относится к темам базовых учебных дисциплин.

Определение требуемых уровней усвоения изучаемого материала и их правильное задание позволяет обеспечить в конечном результате подготовку специалиста-профессионала с гарантированным качеством обучения.

Нами реализована система заданий, позволяющая задавать уровни усвоения учебного материала курса КМЭС (узнавание, репродуктивное действие, продуктивное действие, творческое действие). Система, в зависимости от уровня общей и компьютерной подготовленности студентов, устанавливает количество, сложность лабораторных заданий, а также уровень знаний, умений, навыков или творческого применения, на котором рекомендуется вести обучение по определенным разделам и темам курса.

Четвертый этап проектирования курса посвящен выбору организационных форм, методов и средств обучения.

В дидактике разработка процессуальной стороны обучения связывается, в первую очередь, с выбором педагогом целесообразных организационных форм и средств обучения. Данный выбор, по мнению П.И.Образцова [139] является процессом сугубо творческим и зависит не только от решаемой дидактической задачи, но и от подготовленности самого преподавателя, его педагогического опыта, контингента обучаемых и других факторов, определяемых особенностями изучения конкретной учебной дисциплины в данном вузе. Однако в научной литературе, приведены наиболее общие рекомендации, позволяющие сделать этот выбор более продуктивным.

Так, например Ибрагимов Г.И. в [47] пишет, что выбор организационных форм и средств обучения базируется на совокупности дидактических принципов, определяющих деятельность преподавателя по организации активного взаимодействия со студентами. В качестве таковых при проектировании ТО рекомендуется использовать следующие: определение студента как активного субъекта познания; ориентация его на самообразование, саморазвитие; опора на субъективный опыт обучающегося, учет индивидуальных психических и психофизиологических особенностей, коммуникативных способностей личности; обучение в контексте будущей профессиональной деятельности.

Кроме того, проектирование форм курса осуществляется в соответствии с определенными методологическими подходами. Учитывая цели, задачи и особенности курсов с применением систем компьютерного моделирования современные ученые-педагоги предлагают использовать при их проектировании деятельностный, интегративный и контекстный подходы.

Деятельностный подход в обучении развит в трудах П.Я. Гальперина, Е.И. Машбица, Н.Ф. Талызиной и других педагогов-исследователей. В соответствии с ним целью обучения является деятельность или действия и операции, с помощью которых она реализуется и которая направлена на решение специфических для учения задач. Систему операций, которая обеспечивает решение задач определенного типа, называют способом действий. Таким образом, конечной целью обучения является формирование способа действий.

Подход к процессу учения, как к деятельности, требует пересмотра взглядов на знания и умения, их роль и соотношение. Знания и умения, или действия обучающегося, в которых эти умения реализуются, рассматриваются в единстве. Это обусловлено тем, что усвоение знаний происходит одновременно с освоением способов действия с ними. Всякое обучение основам наук в то же время является и обучением соответствующим умственным действиям, а формирование умственного действия невозможно без усвоения определенных знаний. При этом первичными с точки зрения целей обучения, являются действия, и это требует пересмотра содержания обучения. Его должна составлять не заданная система знаний (идеи, теории, другая информация) и затем усвоение этих знаний, а заданная система действий и знаний, обеспечивающих освоение этой системы. Знать - значит не просто помнить определенные знания, а выполнять определенную деятельность, связанную с этими знаниями. Таким образом, знания становятся не целью обучения, а его средством. Они усваиваются для того, чтобы с их помощью выполнять действия, действовать, осуществлять деятельность.

Изложенные положения, как отмечается в трудах основоположников деятельностного подхода, являются основополагающими при проектировании обучения, которое должно начинаться с анализа деятельности будущих специалистов. Только после этого могут быть определены необходимые знания, которые по отношению к деятельности играют служебную роль, они объясняют практические действия.

Заметим, что при организации и проведении процесса обучения картина иная. Здесь исходными являются знания, и именно потому, что они выполняют служебную функцию. Вначале должны появиться предметные объекты, понятия, которые затем вступают в различные отношения между собой и преобразовываются. Возникнув, предметные знания сразу же должны отрабатываться. Обучающий и оперирует ими, тем самым, формируя умения, осваивая способ действий. Умственное действие - это всегда преобразованное знание, а усвоенное знание - это то, что превратилось в умственное действие, в умение практически действовать, умение решать задачи.

Интегративная сущность профессиональной деятельности современного инженера обуславливает необходимость реализации интегративного подхода в проектировании курса с использованием компьютерного моделирования. Эффективная подготовка инженера влияет на обязательную и одновременную интеграцию на различных уровнях установления различной степени связей (координирования, комбинирования) между предметами: разных циклов, одного цикла, подциклов, между разделами и темами различных предметов, между знаниями, умениями, навыками, составляющими содержание учебных дисциплин, между идеями, законами, теориями, фактами разных предметов, между видами учебной деятельности.

Перспективными и оправдавшими себя на практике в высшей школе являются направления формирования интегрированных учебных дисциплин как внутри каждой из трех областей наук (естественные, технические, гуманитарные), так и в рамках двух или трех областей наук. В нашем случае представляется целесообразным структурировать содержание подготовки в области компьютерного моделирования в виде интегрированного курса.

Важнейшими критериеми целостности такого курса являются:

- адекватность современным принципам структурирования научного знания, опирающимся как на внутреннюю логику науки, так и на ее место в развитии человеческой цивилизации;

- сущностная основа интеграции всех разделов вокруг стержневых методологических концепций, теорий и принципов науки с единых методических позиций;

- формирование теоретического типа научного, рационального мышления личности и создания интеллектуального фундамента для ее саморазвития и самореализации в изменяющихся условиях [186].

Логические и алгоритмические процедуры межпредметной интеграции учебных предметов возможны при трех условиях: когда совпадают, либо досрочно близки, объекты изучения; когда в них используются одинаковые или близкие методы исследования; или же когда они строятся на общих закономерностях, теоретических концепциях.

Однако, наиболее целесообразным при проектировании учебного курса с применением моделирующих компьютерных программ следует считать обращение к контекстному подходу, разработанному в трудах А.А. Вербицкого, B.C. Леднева, В.А. Сластенина и других исследователей. Его сущностной характеристикой является последовательное моделирование методической системы обучения, а также предметного и социального содержания осваиваемой студентами профессиональной деятельности с помощью трех типов взаимосвязанных моделей: семиотической, имитационной и социальной. В своей совокупности последние представляют собой динамическую основу перехода обучающихся от учебной к профессиональной деятельности. Целью обучения в этом случае выступает создание таких условий, которые способствовали бы развитию у студентов творческого мышления, закреплению умений действовать в ситуациях, адекватных их будущей профессиональной деятельности. Однако, ориентируя последних на заучивание знаков или их систем, без понимания смысла (контекста), который в них заключается, невозможно сформировать профессионально направленное мышление и превратить учебную информацию в знания, навыки и умения. Необходим постоянный переход от абстрактных моделей деятельности к более конкретным, и от системы знаковой информации к реальным объектам. Это связано с тем, что личностный смысл активности обучающихся состоит не в усвоении названных систем, а в формировании их средствами целостной структуры будущей профессиональной деятельности.

Высокую эффективность применения контекстного подхода обнаруживает создание коммуникативных ситуаций в учебном процессе с целью переноса осваиваемого опыта на новые сферы деятельности. Взаимодействие в процессе обучения, имеющее форму общения между преподавателем и обучающимися, а также обучающихся между собой -выступает одним из наиболее портативных средств трансформации учебной информации в профессионально значимую. Оно отличается высоким уровнем взаимопонимания, низким уровнем избыточности информации, экономией времени ее передачи.

Для активизации учебного процесса необходимо предусмотреть использование как фронтальных (коллективных, групповых) так диадических коммуникативных ситуаций. Цели диадического общения могут быть как инструментальными, так и личными; цели фронтального, коллективного и группового общения - чаще всего инструментальны. Задачами диадического общения является изменение взглядов, установок, отношений, знаний субъектов коммуникативного взаимодействия; изменение же вышеперечисленных детерминативов при фронтальном коммуникативном взаимодействии опосредовано группой. Выбор какого-либо из этих стилей общения определяется, прежде всего, условиями и задачами взаимодействия.

Все названные ситуации целесообразно реализовывать в зависимости от конкретных педагогических задач, решаемых преподавателем на том или ином этапе профессиональной подготовки обучающихся.

При проектировании курса КМЭС акцент был сделан на активизацию познавательной деятельности обучаемых, на активные формы обучения. Этим формам присущи такие свойства как проблемность, наглядность, эмоциональность, высокая активность, наличие игровой ситуации. Выбор этих форм обучения обусловлен спецификой современной профессиональной деятельности инженеров. Наряду с традиционными формами акцент сделан на специфических: лекция-консультация с использованием динамических и статических компьютерных слайдов, семинар-компьютерный практикум, деловая игра с моделированием на компьютере нештатных ситуаций, самостоятельное программирование с использованием инструментальных компьютерных оболочек, телеконференция.

Другой важной задачей является выбор средств обучения.

Прежде всего, необходимо выделить общие требования, предъявляемые к ТО, в которой используются данные средства. Опора на эти требования позволяет преподавателю сориентироваться и, в соответствии с заданными дидактическими целями, выбрать наиболее оптимальный вариант комплекта компьютерных средств обучения, позволяющий повысить продуктивность учебного процесса.

Согласно [139, 146], ТО, как дидактическая система, в составе которой используются компьютерные средства обучения, должна отвечать следующим требованиям:

1. Адаптивность. Система должна функционировать в соответствии с динамической моделью обучаемого.

2. Устойчивость. Система должна быть способной обнаруживать и корректировать ошибки ввода, которые человеку кажутся очевидными.

3. Полезность. Система должна уметь оказывать помощь испытывающему затруднения обучаемому, в соответствии с заложенными в ней принципами обучения и моделью обучаемого, вплоть до выдачи на дисплее документации, описывающей ее собственную структуру и способ действия.

4. Простота. Система должна минимизировать ввод с клавиатуры команд, необходимых для достижения поставленной задачи (то есть решение стандартных или простых задач должно достигаться нажатием нескольких ключевых клавиш) и обеспечивать диалог по всем вопросам, относящимся к решению задач.

5. Понятность. Система не должна затруднять обучаемого необходимостью выбора из нескольких сот кнопок.

6. Мощность. Возможности вычислительного комплекса должны быть доступны всем обучаемым.

7. Контролируемость (управляемость). При работе с системой пользователь всегда должен иметь возможность определить свое место на пути к достижению учебной цели.

8. Согласованность. С точки зрения обучаемого система должна действовать понятно и последовательно (логично). Сообщения об ошибках должны быть тщательно спроектированы с тем, чтобы соответствовать представлениям обучаемого о способе действия системы.

9. Очевидность. Результаты действий обучаемого всегда должны демонстрироваться.

10. Гибкость. Опытные пользователи должны знать все возможности системы. Все обучаемые, даже среднего уровня и новички, должны иметь возможность отклоняться от стандартных способов решения.

11.Избыточность. Преподаватели с разными взглядами на проектирование должны иметь возможность использовать систему, не изменяя их (взглядов), и приходить к одному результату разными путями с применением по требованию педагога различных методов обучения (по крайней мере отличающихся по формальным компонентам).

12.Чувствительность. Система должна подчинять свои ответы известным ей нуждам обучаемого.

13.«Всеведение». Система должна уметь вести обучаемого «за руку» в тех случаях, когда есть основания считать, что ей уже известна большая часть того, что он хочет сделать.

14.Послушание. Система должна находиться под управлением обучаемого.

Предлагаемый подход позволяет при выборе или разработке конкретного компьютерного средства обучения (некоторой их совокупности) определить насколько полно могут быть при этом реализованы все перечисленные требования. Это значит, что изначально будут учтены дидактические особенности компьютерного обучения, ориентированного на развитие индивидуальных способностей студентов.

Наиболее полно этим требованиям удовлетворяла моделирующая компьютерная программа Electronics Workbench, которая и была выбрана в качестве одного из средств обучения используемого на курсе.

Еще одним определяющим фактором при выборе средств обучения, использующихся на курсе КМЭС, явилось динамичное развитие современных компьютерных технологий и их ускоренное проникновение в профессиональную деятельность инженера. Предусмотрена возможность замены этой программы, на новые, удовлетворяющие разработанным требованиям к средствам обучения, например, на Lab View или на MultiSim.

На пятом этапе проектирования курса осуществлялся выбор режима контроля результатов обучения.

Процесс обучения, как управляемый по принципу обратной связи, и состоящий из операций носит дуальный характер: в нем формируется не только его выход - знания обучаемого, но и реализация самого процесса обучения, которая в конечном итоге определяется предъявляемыми требованиями к знаниям обучаемого, их начальным состоянием и способностями студента.

Выделение контроля в относительно самостоятельную функцию управления носит условный характер. В действительности он органически связан со всеми другими функциями управления учебным процессом. Контроль на всех стадиях работы обучаемого при использовании ИТО выявляет упущения в прогнозировании, позволяет корректировать дидактические возможности компьютерных средств обучения. Тщательно организованный контроль особо ярко проявляет алгоритм работы преподавателя с обучаемыми.

Рис. 1.2.2. Структура управления процессом обучения Контроль есть не только способ оценки достигнутых знаний, но и способ организации обратных связей в процессе обучения, что является необходимым условием достижения цели обучения в ИТО. Обратные связи адаптируют процесс обучения к уровню освоения учебного материала.

Алгоритмы управления обучением интерпретируются как алгоритмы выработки учебных заданий. Они должны определяться объективными законами познания и используемыми технологиями, методами, методиками, приемами обучения.

Трудности, возникающие при управлении познавательной деятельностью обучаемых, определяются недостаточными знаниями о механизмах адаптации, закономерностей их перехода из одной стадии в другую с учетом индивидуальных особенностей личности обучаемого и его реакции на воздействие стрессовых факторов и факторов внешней среды. Поэтому актуальной проблемой является разработка методов и алгоритмов принятия решений по управлению процессом адаптации обучаемых в условиях использования современных ИТО.

Движение обучаемого по этапам обучения не является только поступательным. При обнаружении пробелов в овладении материалом предмета, алгоритм выработки учебных заданий возвращает обучаемого на предыдущие этапы путем обращения к соответствующим модулям курса.

Во многих современных ИТО допускается непрямое управление познавательной деятельностью, когда в качестве помощи обучаемому либо дается эвристическое указание, либо предъявляется вспомогательная задача. Введение непрямого управления обусловлено двумя обстоятельствами. Во-первых, непрямое управление позволяет использовать такие средства формирования мышления, как творческие виды познавательной активности, самостоятельный поиск решения и т.д. Во-вторых, эвристические указания в силу своей обобщенности относятся к более широкому классу обучающих воздействий, чем указания конкретные, а значит вероятность того, что такое указание будет дано не по делу, уменьшается.

Анализ используемых ИТО позволяет выделить четыре режима управления познавательной деятельностью при компьютерном обучении:

1) Непосредственное управление: компьютер предъявляет обучаемым учебную задачу, обучаемые могут задавать вопросы, только относящиеся к данной учебной задаче, характер помощи обучаемому определяет компьютер.

2) Опосредованное управление: компьютер не предъявляет учебную задачу, а ставит перед обучаемыми проблему, которую те должны оформить в виде учебной задачи; в общении с компьютером допускаются игровые ситуации; в качестве учебных предъявляются задачи на моделирование различных производственных и социальных ситуаций, допускающие множество решений.

Рис. 1.2.3. Система управления процессом обучения при ИТО с использованием семантических моделей [140]

3) Динамическое управление: предъявленная компьютером учебная задача решается обучаемым совместно с компьютером; характер и меру помощи определяют как обучаемый, так и компьютер.

4) Управление, при котором компьютер играет роль средства учебной деятельности обучаемых: учебную задачу ставит обучаемый, характер и вид помощи также определяет он. В случае затруднений обучаемый может передавать управление компьютеру (последний в процессе диалога уточняет затруднения, которые испытывает обучаемый, и выдает требуемую помощь).

В настоящее время ведется дискуссия по поводу эффективности различных режимов управления, однако однозначно можно выделить следующие тенденции в развитии ИТО.

Идущий от традиций программированного обучения первый режим вначале занимал главенствующее положение, но в последние годы все меньше используется в обучающих программах. Сложнее дело обстоит с четвертым режимом. Представляемую в этом режиме возможность обучаемому самому ставить учебную задачу многие специалисты считают одним из наиболее существенных достижений компьютерного обучения. Вместе с тем многочисленные опытные данные показывают, что если упор делается на инициативу обучаемого, когда он сам определяет, чему надо учиться, то основные учебные цели, как правило, не достигаются.

В педагогической практике вузов в последние годы все больше внимание уделяется использованию в ходе итогового контроля дидактических тестов, представляющих собой не обычную совокупность или набор контрольных заданий, а систему, обладающую двумя главными системообразующими факторами:

1. Содержательным составом тестовых заданий, образующих наилучшую целостность;

2. Нарастанием трудности от задания к заданию.

Принцип нарастания трудности позволяет определить уровень знаний и умений по контролируемой дисциплине, а обязательное ограничение времени тестирования позволяет выявить и наличие навыков. Трудность задания, как субъективное понятие, определяется эмпирически по величине доли неправильных ответов. Этим трудность отличается от объективного показателя - сложности, под которой понимают совокупность числа понятий, вошедших в задание; числа логических связей между ними и числа операций, необходимых для решения задания.

Дидактические тесты обладают важными преимуществами перед традиционными методами итогового контроля знаний. Во-первых, это повышение его объективности. Во-вторых, оценка, получаемая с помощью тестов, более дифференцирована. В-третьих, тестирование обладает более высокой эффективностью, чем традиционные методы итогового контроля. Его можно проводить на больших группах учащихся.

Заметим, что этап оценки и контроля результатов обучения следует признать одним из наиболее трудоемких. В этот период преподавателю необходимо разработать соответствующий инструментарий, позволяющий объективно оценить уровень сформированности у обучающихся требуемых профессиональных знаний, навыков и умений, соответствие полученных результатов поставленным дидактическим целям. Наиболее целесообразным для этого следует признать использование педагогических тестов - системы заданий специфической формы и определенного содержания, расположенных в порядке возрастающей трудности, создаваемой с целью объективной оценки структуры и измерения уровней обученности студентов.

В рамках организации контроля знаний по курсу КМЭС реализована возможность осуществления текущего, рубежного и итогового контроля. Текущий контроль осуществляется как самоконтроль в виде контрольных заданий, реализованных в моделирующей компьютерной программе. Рубежный контроль осуществляется по окончании изучения каждого модуля курса. В ходе рубежного и итогового контроля обучаемые выполняют лабораторные работы не только на компьютерных моделях, но и на реальных лабораторных установках, что способствует снижению риска потери связи между реальным объектом изучения и его компьютерной моделью.

На этом хотелось бы завершить рассмотрение вопросов проектирования учебного курса КМЭС и сделать промежуточные выводы.

В главе отражены ход и результаты исследования изменений, произошедших в профессиональной деятельности инженера в условиях компьютеризации предприятий. В этом контексте анализировались квалификационная характеристика специалиста по направлению подготовки «Приборостроение», Государственный образовательный стандарт. Проведенный анализ позволил определить требования к профессиональной компетентности инженера в области компьютерного моделирования, выявить недостаточную разработанность научно-методического обеспечения инженерной подготовки в области компьютерного моделирования, тем самым позволив обосновать необходимость создания нового учебного курса «Компьютерные модели электронных схем».

В проектировании учебного курса выделены следующие этапы:

1. Задание целей изучения курса, отражающих специфику деятельности инженера.

3. Задание уровней усвоения учебных тем и их отражение в системе лабораторных заданий курса.

5. Выбор режима контроля результатов обучения, соответствующего структурным особенностям курса.

2. Реализация учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» в процессе подготовки инженеров по специальности «Информационно-измерительная техника и технология»

2.1 Специфика использования моделирующих компьютерных программ в подготовке инженеров и их дидактический потенциал

Реализация курса КМЭС во многом обусловлена возможностями и спецификой применения моделирующих компьютерных программ в подготовке инженеров.

С появлением компьютерных технологий в промышленности был сделан акцент на автоматизацию инженерных задач, имеющих четко выраженный расчетный характер. По мере накопления опыта, стали создавать программы автоматизированных расчетов на основе методов вычислительной математики (параметрическая оптимизация, метод конечных элементов и т. п.). С внедрением специализированных терминальных устройств появляются универсальные компьютерные программы для решения как расчетных, так и некоторых рутинных инженерных задач (изготовление чертежей, спецификаций, документов и т. п.). В последние годы большое внимание уделяется автоматизации расчетно-конструкторских работ при проектировании типовых узлов и агрегатов, когда синтез конструкции проводится эвристически, а основные параметры выбираются и оптимизируются в интерактивном режиме диалога проектировщика и компьютера.

Решение проблем автоматизации проектирования с помощью компьютера основывается на системном подходе, т. е. на создании и внедрении САПР -систем автоматизированного проектирования технических объектов, которые решают весь комплекс задач от анализа задания до разработки полного объема конструкторской и технологической документации. Это достигается за счет объединения современных технических средств и математического обеспечения, параметры и характеристики которых выбираются с максимальным учетом особенностей задач проектно-конструкторского процесса. САПР представляет собой крупные организационно-технические системы, состоящие из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями конкретной проектной организации.

Под автоматизацией проектирования понимают систематическое применение компьютера в процессе проектирования при научно обоснованном распределении функций между проектировщиком и компьютером и научно обоснованном выборе методов машинного решения задач.

Цель автоматизации - повысить качество проектирования, снизить материальные затраты на него, сократить сроки проектирования и ликвидировать рост числа инженерно-технических работников, занятых проектированием и конструированием.

Научно обоснованное распределение функций между человеком и компьютером подразумевает, что человек должен решать задачи, носящие творческий характер, а компьютер - задачи, решение которых поддается алгоритмизации.

Существенным отличием автоматизированного проектирования от неавтоматизированного является возможность замены дорогостоящего и занимающего много времени физического моделирования - математическим моделированием.

Современные профессиональные средства компьютерного моделирования (далее - СМ) имеют следующие отличительные черты:

- графический пользовательский интерфейс, позволяющий «рисовать» на экране монитора проектируемую схему и временные диаграммы на ее входах;

- интерактивная рабочая среда проектирования - управляющая оболочка, то есть специальная программа, из которой можно запускать все или большинство других программ пакета, не обращаясь к услугам штатной операционной системы;

- современные СМ поддерживают иерархическое проектирование как сверху - вниз, так и снизу - вверх;

- многоуровневое моделирование и метод локальной детализации проекта, неразрывно связанные с иерархическим проектированием;

- многоразрядные контакты и шины, позволяющие на верхних уровнях иерархии весьма лаконично описывать проект и тут же выяснять его работоспособность;

- наличие в современных САПР и СМ постпроцессоров моделирования позволяет не только просматривать в удобной для пользователя форме результаты моделирования, но и обрабатывать эти результаты, отыскивая нужные события или состояния в схеме, измерять временные интервалы, контролировать соблюдение временных соотношений в схеме;

- современные СМ поддерживают библиотечный метод проектирования, то есть содержат огромное число графических и функциональных описаний компонентов; причем эти библиотеки открыты для добавления в них новых описаний, которые может сделать сам пользователь;

- в современных СМ реализуется событийный механизм продвижения модельного времени, основанный на принципе dz; это означает, что модельное время продвигается, опираясь на ближайшее событие, а не на очередной такт;

- моделирование выполняется с учетом реальных временных задержек, связанных с распространением сигналов внутри компонентов; при этом могут учитываться не только средние задержки, но и максимальные их значения, а также наихудший случай при их разбросе;

- автоматическая генерация модели всей схемы по ее структурному описанию;

- интегрируемость с другими пакетами аналогичного назначения, которая обеспечивается соответствующими программами - конверторами, позволяющими импортировать и экспортировать данные из одной системы в другую; высшей формой такого взаимодействия является «горячая связь» -Cross Probing.

Современные САПР и СМ поддерживают так называемый библиотечный метод проектирования. Суть метода заключается в том, что в процессе проектирования объект детализируется до некоторых элементарных фрагментов, называемых структурными примитивами. Каждый примитив имеет свою поведенческую модель.

В качестве примитивов обычно выступают конструктивно законченные радиоэлектронные компоненты, например интегральные микросхемы или функциональные ячейки топологии кристалла кремния. Примитивы и их модели объединяются в библиотеки, которые доступны любому проектировщику.

Разрабатываемый объект представляет собой некоторую комбинацию стандартных примитивов. Генерация конкретного варианта структуры выполняется на заданном наборе библиотечных примитивов методом проб и ошибок. Полученное решение требует проверки на работоспособность и соответствие требованиям технического задания.

С этой целью строится структурная модель объекта как комбинация поведенческих моделей структурных примитивов, составляющих объект. Привлекательная сторона библиотечного метода проектирования состоит в том, что структурные примитивы могут принадлежать различным иерархическим уровням. Благодаря этому значительно повышается эффективность моделирования. Понятно, что поведенческие модели должны весьма точно отображать временные параметры примитива. Современные СМ позволяют строить такие модели. Этим объясняется большое внимание, уделяемое наиболее перспективным САПР и СМ, таким как PCAD, PSPICE, OrCAD и языкам моделирования PML, DSL и VHDL.

Таким образом, можно констатировать, что СМ объединяют в себе средства для:

- интерактивного ввода структурной схемы проектируемого или исследуемого объекта;

- автоматического построения (генерации) его модели;

- интерактивного ввода временных диаграмм входных сигналов, в том числе и непосредственно в графической форме;

- автоматического проведения имитационных экспериментов с построенной моделью;

- автоматизированной или интерактивной обработки результатов моделирования.

Далее рассмотрим системы, устанавливаемые на компьютерах, которые могут применяться при обучении в вузе.

1.PCAD.

Это одна из первых (если не первая) сквозных систем автоматизированного проектирования, появившаяся на рынке CAD-систем. Слово «сквозная» означает, что такая система позволяет автоматизировать все этапы проектирования аппаратуры, начиная от создания и проверки правильности разработанной схемы и заканчивая разводкой печатной платы и созданием управляющей информации для исполнительного оборудования.

Свое название Personal Computer Aided Design (сокращенно PCAD) пакет унаследовал от имени разработавшей его фирмы - Personal CAD Systems. Долгое время PCAD оставался лидером в классе подобных программных продуктов и если бы не частая смена владельца фирмы, то, возможно, и теперь он не потерял бы своих лидирующих позиций.

Первые версии этого продукта 1.0,2.0 и 3.0, созданные названной фирмой в 1985 - 1987 гг., не получили в нашей стране заметного распространения.

В 1988 году права на PCAD получила фирма С ADAM Company, которая выпустила версию PCAD 4.5, получившую тогда еще в Советском Союзе большую популярность. Она была русифицирована, для нее были созданы обширные библиотеки графических описаний отечественных компонентов, а, главное, именно для нее были решены проблемы выхода на отечественное технологическое оборудование - фото-плоттеры и сверлильные автоматы.

Благодаря этим достижениям PCAD 4.5 до сих пор находит применение на российских предприятиях электронной промышленности.

В 1992 году PC AD опять сменил своего хозяина, теперь его владельцем стала фирма ALTIUM, которая решилась на серьезные новшества. Она выпустила версию PCAD 6.0, в которой перешла к арифметике с плавающей запятой. Благодаря этому на два порядка повысилась разрешающая способность графических редакторов, и были устранены многие проблемы, связанные с разводкой печатных плат.

Фирма ALTIUM приняла тяжелое решение. Она решилась на изменение форматов графических библиотек и перешла от 16- к 32-разрядным форматам описания данных. Чтобы не потерять все библиотеки графических описаний, созданные для более ранних версий, фирма разработала специальную программу, конвертирующую старые библиотеки в новый формат. Однако ни эта, ни последующие DOS-версии PCAD'a (PCAD 7.0, PCAD 8.0, PCAD 8.5) не завоевали особых симпатий у отечественного разработчика аппаратуры. Старая популярность к PCAD'y 4.5 оказалась сильнее новых возможностей.

Надо сказать еще об одной особенности более поздних версий PCAD. Из них была удалена подсистема моделирования, и пакет перестал быть сквозной САПР.

В последние годы (а точнее с 1995 года) владельцем пакета PCAD является фирма ACCEL Technologies, которая прекратила линию DOS-версий данного продукта и перешла на платформу Windows-приложений.

Последнее ее детище ACCEL EDA 14.0 даже в самом названии не отражает связь с бывшим PCAD'om. Тем не менее, и в новом продукте сохранена идеология более ранних версий PCAD'a, так что разработчикам аппаратуры не придется заново переучиваться.

Фирма ACCEL Technologies предприняла еще одну попытку вернуть себе утраченные позиции лидера в области CAD-систем для персональных компьютеров. Во всяком случае, создав горячую связь с системой моделирования Dr.Spice 2000 A/D 8.2 фирмы Deutsch Research, она восстановила прежний статус пакета ACCEL EDA 14.0 как сквозной системы проектирования.

Надо сказать, что фирма ACCEL Technologies использование «чужих» программ сделала стратегической линией своего поведения. Аналогичным образом она подключила к своей системе программу авторазмещения и автотрассировки SPECCTRA 7.1 фирмы Cadence. Это одна из самых мощных и эффективных программ, использующая новейшие бессеточные алгоритмы трассировки печатных плат.

2. PSpice

В отличие от PCAD'a эта САПР оставалась верной своему владельцу. Все началось с разработки в конце 1970-х годов в Калифорнийском университете (г.Беркли) программы схемотехнического моделирования SPICE 2. Ее входной язык описания схемы оказался настолько удачным, что на многие годы вперед определил неофициальный стандарт описания электронной аппаратуры.

Принятые в ней форматы и модели применяются сейчас во многих программах аналогичного назначения, а списки соединений схемы в формате SPICE используются во многих современных пакетах, например в Micro-Cap, Dr. Spice, OrCAD, ACCEL EDA, Viewlogic и многих других.

Аббревиатура PSpice расшифровывается так: моделирующая программа с акцентом на интегральные схемы (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis).

Первая версия программы PSpice на PC-платформе была создана в 1984 году корпорацией MicroSim. Эта и последующие версии используют те же алгоритмы, что и SPICE, тот же формат представления входных и выходных данных. Заметим, что первая версия программы Pspice моделировала только аналоговые схемы.

В 1989 году появилась версия PSpice 4.0, позволяющая моделировать смешанные аналогоцифровые схемы. Уже в следующем году появилась пятая версия этой программы. Она, в отличие от всех предыдущих версий, позволяла вводить схему не только в текстовом, но и в графическом виде. Кроме того, фирма Micro-Sim выпустила версию, работающую в среде Windows.

Начиная с 1994 года, на базе разработанных программ моделирования фирма MicroSim стала выпускать САПР Design Center (версии 6.0, 6.1, 6.2, 6.3), в которую были включены дополнительно программы технического проектирования, в частности, уже известный нам автотрассировщик SPECCTRA.

В 1996 году произошла еще одна смена названия системы. Новая версия 7.1 получила название DesignLab. В 1997 году появилась последняя версия под этим названием DesignLab 8. Мы говорим «последняя», потому что после ее выхода корпорация MicroSim объединилась с другим монстром в области разработки CAD-продуктов - фирмой OrCAD. Объединенная фирма получила название OrCAD, но торговая марка MicroSim сохранилась. Созданная фирма уже сообщила о разработке новой САПР - OrCAD 9.0.

3. VHDL

Сразу отметим, что VHDL - это не САПР и не СМ, а язык описания аппаратуры, который поддерживается в настоящее время многими системами моделирования, такими как GMVHDL, Active VHDL, Accolade Peak VHDL, OrCAD и др. История появления и развития этого языка во многих отношениях показательна.

Язык VHDL появился не на пустом месте. Можно привести довольно длинный список языков описания и моделирования цифровых устройств, например ФОРОС, ОСС-2, DDL, HSL и т.п., которые вроде бы предназначались для тех же целей. Однако все они страдали одним недостатком - моделируя функцию объекта, они не имели развитых средств для описания и контроля временных соотношений в цифровой аппаратуре (ЦА).

Особенно остро это ощущалось при разработке сверхскоростных интегральных схем (VHSIC - Very High Speed Integrated Circuits). Схема правильно работает на умеренных частотах. Но на высоких частотах синхронизации появляются сбои, и работоспособность ЦУ нарушается. Моделированием на существующих до сих пор языках обнаружить эти предельные для аппаратуры частоты не удавалось.

Военное ведомство США, которое финансировало программу VHSIC по разработке сверхскоростных ИМС, решилось выступить в 1983 году в роли спонсора при разработке такого языка. Он получил название VHDL (Vhsic Hardware Description Language) - язык описания аппаратуры на базе сверхскоростных интегральных схем.

Разработку языка VHDL поддержал институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (IEEE), и в конце 1987 года этот язык был принят в качестве стандарта (стандарт IEEE 1076).

В окончательную редакцию языка VHDL (1993 год) вошли предложения и рекомендации многих известных специалистов в области вычислительной техники и ведущих фирм, занятых разработкой САПР электронной аппаратуры. Поэтому можно говорить, что язык VHDL отражает общее мнение о том, какими характеристиками должен обладать эффективный стандартный язык описания аппаратуры.

Язык VHDL имеет развитую обще алгоритмическую базу, заимствованную от языка программирования PASCAL. Он содержит тщательно проработанные конструкции для поведенческого (функционального) и структурного представления, а также средства для документирования проектов.

Высокоуровневые описания могут комбинироваться с низкоуровневыми принципиальными схемами. Другими словами, это многоуровневый язык, поддерживающий иерархическое проектирование.

Язык имеет средства для описания протекающих во времени процессов, для задания временных задержек на элементах. С его помощью можно описать временные диаграммы на входах моделируемой схемы и взаимодействия между отдельными устройствами через системную шину.

Министерство обороны США обязало своих поставщиков ИМС представлять в составе документации на новые изделия VHDL-модели и тестирующие их VHDL-векторы.

Интерес к языку VHDL огромен. В США создана VHDL Users Group, в Европе - VHDL FORUM группы, которые занимаются внедрением этого языка. В бывшем СССР также существовала подобная ассоциация.

С внедрением языка VHDL инженеры могут «экспериментально» прорабатывать на своих компьютерах идеи по проектированию цифровой аппаратуры на архитектурном уровне и немедленно видеть результаты своих экспериментов. Им больше не придется ждать детализации своих проектов вплоть до уровня логических вентилей, чтобы получить возможность практической оценки своих идей. Кроме того, инженерам не придется ждать момента, когда будет уже слишком поздно возвращаться назад, чтобы внести фундаментальные изменения в общую архитектуру проекта без громадных потерь времени и средств. Теперь внесение даже серьезных изменений в проект в малой степени повлияют на его стоимость и сроки подготовки производства.

То есть, именно моделирующие компьютерные программы в значительной степени решают проблему экспериментального изучения сложных объектов, когда проведение реальных экспериментов по тем или иным причинам затруднено или просто невозможно. Таким образом, при подготовке современного инженера моделирующие компьютерные программы наиболее применимы в лабораторно-практической (экспериментальной) деятельности студентов. Нередко при организации экспериментов имеют место естественные технические сложности, не говоря уже о том, что данные реальных опытов являются весьма ограниченными, часто количественные закономерности не используются, а опыты носят иллюстративный характер. Именно здесь приходит на помощь моделирующая компьютерная программа. При этом открывается возможность оперативного, опережающего изучения функционирования новых сложных образцов техники и передовых технологий ещё до поступления соответствующих образцов и процессов в учебные заведения. Моделирующая компьютерная программа позволяет избежать сложных, а иногда и просто недоступных измерений физической реальности.

Необходимо помнить, что применение компьютерных технологий в образовании оправдано только в тех случаях, в которых возникает существенное преимущество по сравнению с традиционными формами обучения. Преподавание естественнонаучных дисциплин с использованием компьютерных моделей является одним из таких случаев. Компьютерные модели позволяют получать в динамике наглядные запоминающиеся иллюстрации экспериментов и явлений, воспроизвести их тонкие детали, которые могут ускользать при наблюдении реальных экспериментов.

Компьютерное моделирование позволяет изменять временной масштаб, варьировать в широких пределах параметры и условия экспериментов, а также моделировать ситуации, недоступные в реальных экспериментах. Некоторые модели позволяют выводить на экран графики временной зависимости величин, описывающих эксперименты, причём графики выводятся на экран одновременно с отображением самих экспериментов, что придаёт им особую наглядность и облегчает понимание общих закономерностей изучаемых процессов. В этом случае графический способ отображения результатов моделирования облегчает усвоение больших объемов получаемой информации.

При использовании моделей компьютер предоставляет уникальную, не реализуемую в реальном эксперименте, возможность визуализации не реального явления природы, а его упрощённой теоретической модели с поэтапным включением в рассмотрение дополнительных усложняющих факторов, постепенно приближающих эту модель к реальному явлению. Несколько условный характер отображения результатов компьютерного моделирования можно компенсировать демонстрацией видеозаписей натурных экспериментов, которые дают адекватное представление о реальном протекании физических явлений.

Теоретические и методологические подходы к выявлению основных функций моделирования и функций физического эксперимента в подготовке инженеров встречаются в ряде работ [15,41,43,142].

Известно, что физические понятия, требующие высокой степени абстрагирования, трудно усваиваются студентами. Это относится к важнейшим понятиям статистической физики, квантовой механики, теории поля и т.п.

Компьютерные моделирующие программы дают возможность познать теоретические понятия на чувственном уровне, повысить их наглядность. Тем самым создается промежуточная среда, облегчающая переход от обыденных к теоретическим представлениям. Компьютерная моделирующая программа благодаря интерактивной графике позволяет выполнить в материализованной форме действия над исследуемыми объектами, адекватные умственным действиям при формировании понятия. «Гибкость» компьютерной модели дает возможность поставить множество учебных проблем, вопросов и задач, решение которых будет раскрывать различные стороны моделируемого объекта или явления. Это способствует более глубокому и обобщенному усвоению соответствующих понятий.

Широкое использование моделирующих компьютерных программ в жизненно-важных отраслях хозяйственной и культурной деятельности человека подтверждают их огромную практическую значимость, и высокий обучающий потенциал.

Таким образом, моделирующая компьютерная программа имеет большие преимущества по сравнению с действительной реальностью. Прежде всего, это возможность моделировать в лабораторном эксперименте любые ситуации, даже такие, которые выходят за рамки допустимых пределов в реальности; позволяет обучающемуся как можно больше чувствовать себя активным звеном в процессе обучения, а не пассивным созерцателем представляемой ему информации. Образовательный потенциал любой моделирующей программы огромен. Моделирование в обучении как элемент содержания, которое учащиеся должны усвоить, и моделирование как учебное действие, средство, без которого невозможно полноценное обучение, направлено на получение новых знаний об объектах материального мира, которые являются подлинным предметом познания.

Отсюда следует, что создание и использование моделирующих компьютерных программ для целей обучения может дать значительный педагогический эффект, недостижимый с помощью других технических средств и типов обучающих программ, так как она превосходит их по своим дидактическим возможностям. Кроме того, они могут быть широко использованы как мощное средство повышения качества подготовки и переподготовки специалистов.

Основой применения моделирующей компьютерной программы для целей обучения выступают следующие функциональные теории: теория отображения информации, которая представляет собой использование и дальнейшую разработку методов визуализации для построения реалистичных изображений средствами управляемой компьютерной графики для создания впечатления работы с реальным устройством; а также теория моделирования виртуальной реальности, характеризующаяся осмыслением проблем восприятия информации, получаемой при моделировании и степени убежденности учащегося в ее тождественности реальности. При этом важно учитывать особенности предметной области. Сущность математического моделирования заключается в изучении особенностей математических моделей, используемых для моделирования в учебных целях. При этом следует учитывать такое требование, как высокая степень точности отображения всех основных свойств изучаемого процесса, явления или объекта для возможно полной имитации экспериментального исследования.

Важную особенность использования моделирующих программ в подготовке инженеров отмечает В.А. Белавин в [15]. «Теория отображения информации способствует правильной визуализации изучаемого в ходе физического эксперимента процесса или явления, адекватности выбранной модели реальному объекту изучения. Однако, при ее использовании необходимо помнить, что одно дело - сама моделируемая действительность, и другое - ее наглядно-образное отображение в компьютерных программах», пишет он.

То есть, если студенты изучают строение определенного объекта через компьютерную модель, то они получают предварительное представление об этом объекте. Реальный объект всегда несколько «богаче», чем его наглядно-образная модель. Это отдаляет обучающего от того реального предмета или явления, законы движения и свойства которого он призван познать.

Прежде чем начать работать с моделирующими компьютерными программами от студентов потребуется наличие определенных знаний по базовым дисциплинам специальности, поскольку всем объектам и процессам моделирования необходимо задавать соответствующие этим объектам и процессам конкретные значения, а также осуществлять выбор технологических параметров и характеристик. Студенты должны не заучивать готовые конструктивные решения, а анализировать, переконструировать объекты, разрабатывать и предлагать новые. Моделирующие компьютерные программы позволяют вырабатывать у студентов конструкторские навыки, профессиональное видение создаваемого объекта, определять его достоинства и недостатки. Таким образом, при исследовании компьютерных моделей компьютер выступает структурным элементом эксперимента, интегрирующим в себе как экспериментальные средства, так и объект исследования.

Наряду с вышеизложенной спецификой применения МКП существуют и другие не менее важные условия их использования в подготовке инженеров, к которым относятся, например, информационная культура педагогов [100], компьютерная компетентность преподавателей [104, 107], техническое оснащение вузов [15] и др.

Из этих условий нам представляется наиболее важным информационная культура педагога. Опыта применения МКП в обучении[100, 104, 107], а также беседы с преподавателями курсов с применением МКП ряда технических вузов показывают, что педагог-носитель информационной культуры должен обладать следующей совокупностью ЗУН:

1. Общедидактические знания: дидактические функции и возможности МКП; психолого-педагогические условия применения МКП.

2. Общедидактические навыки и умения: использовать дидактические возможности МКП; подбирать компьютерные средства обучения с учетом психолого-педагогических факторов; сочетать вербальное изложение учебного материала с применением компьютерных и других средств обучения, фронтальные и индивидуальные формы работы обучаемых.

3. Специальные знания: роль и место курса КМЭС в образовательном процессе вуза, эксплуатационно-технические характеристики применяемых в курсе компьютерных средств обучения; специфика их комплексного использования.

4. Специальные навыки и умения: обосновывать роль и место отдельных компьютерных средств обучения в различных видах учебных занятий по курсу КМЭС; владеть навыками работы с компьютерными средствами обучения.

На грани педагогической науки и техники возник целый комплекс специальных теоретических и прикладных проблем, без разрешения которых стало невозможно создание новых комбинированных систем «человек-машина», способных эффективно разрешать возложенные на них задачи.

Несмотря на то, что в настоящее время имеется определенный выбор моделирующих компьютерных программ, проведенный нами анализ показал, что в учебном процессе не в полной мере используются все их возможности. Это объясняется тем, что, как отмечает Машбиц Е.И., многие из МКП по своим дидактическим характеристикам нельзя назвать удовлетворительными [115, 116]. Уровень качества многих программных продуктов учебного назначения, закладываемый еще на этапе их проектирования (при подготовке учебного материала, при создании сценариев учебной работы с компьютерными системами моделирующего типа, разработке задач и упражнений и т.п.) не отвечает современным требованиям. Такое положение обуславливается следующими причинами: во-первых, для разработки имитационных компьютерных программ необходимо хорошо знать, с одной стороны - содержание предметной области и учитывать присущую ей специфику обучения, с другой стороны - хорошо представлять технологические (физические и др.) процессы, протекающие в объектах профессиональной деятельности. Нередко разработчики моделирующих компьютерных программ не владеют на требуемом уровне одной из этих сторон; во-вторых, методические аспекты компьютерных технологий обучения развиваются не адекватно развитию технических средств, в виду сложности их структуры. Именно «нетехнологичность» имеющихся разработок считается одной из основных причин разрыва между потенциальными и реальными возможностями моделирующих компьютерных программ; в-третьих, существует противоречие между насущной необходимостью применения в практике лабораторного эксперимента моделирующих компьютерных программ и отсутствия научно обоснованных условий их эффективного использования в процессе лабораторно-практических занятий в четвертых, существует проблема соотношения объема информации (потока информации), который может предоставить компьютеру студенту и объема сведений, которые пользователь может во-первых, мысленно охватить, во-вторых - осмыслить, а в-третьих - усвоить.

2.2 Методические условия реализации учебного курса «Компьютерные модели электронных схем»

Целью учебного курса КМЭС является формирование компетенции выпускника вуза в области компьютерного моделирования.

Формирование этой компетенции подразумевает под собой формирование умений выбирать, оценивать, использовать системы компьютерного моделирования в решении профессиональных задач. Эти умения представляют собой один из важнейших компонентов профессиональной компетентности современного инженера, без которого не только в перспективе, но и уже в настоящее время невозможно достичь высокой эффективности профессиональной деятельности и соответствовать постоянно растущим требованиям сферы инженерного труда.

Формирование этой компетенции инженеров характеризуется, прежде всего, стремлением и умением применять системы компьютерного моделирования как эффективное перспективное средство решения профессиональных задач; четким пониманием путей и механизмов их эффективного включения в решение задач, возникающих в динамично меняющейся профессиональной деятельности инженера.

Отбор и структурирование содержания курса КМЭС будем производить, исходя из методики работы преподавателя по отбору и структурирования содержания, рассмотренной нами в параграфе 1.2.

Первым этапом данной методики является обзор и оценка объема содержания учебной дисциплины в соответствие с ГОС.

В первой главе работы проводился подробный анализ ГОСа по направлению подготовки дипломированного специалиста «Приборостроение», по результатам которого можно сделать выводы о требованиях к компьютерной подготовленности специалиста к выполнению проектно-конструкторской и научно-исследовательской деятельности.

Анализ показал, что инженер по этому направлению подготовки должен знать базовые языки и основы программирования, типовые программные продукты, ориентированные на решение научных, проектных и технологических, включая информационно-измерительные, задач приборостроения; и должен владеть методами и компьютерными системами проектирования и исследования приборов и систем, а также методами информационно-измерительных технологий.

Главной проблемой, затрудняющей формирование профессиональной подготовленности современного конкурентоспособного инженера в КГЭУ, является недостаточное внимание к освоению и использованию методов компьютерного моделирования. Эти методы так или иначе даются студентам в рамках отдельных дисциплин, однако существующее положение не было лишено ряда недостатков, среди которых мы выделили:

Повторяемость. В разных дисциплинах присутствовали разделы схожего содержания, посвященные методам компьютерного моделирования. Таким образом, один учебный элемент преподносился студентам 3-4 раза.

Прикладной подход в изучении методов компьютерного моделирования, в ущерб системному. Ни одна из дисциплин не давала студенту общего представления о роли и месте компьютерного моделирования в современном приборостроении. Данные методы рассматривались на этих дисциплинах исключительно как инструменты решения конкретных узконаправленных задач.

Недостаточное использование потенциала компьютерного моделирования для развития личности студентов, повышения уровня креативности их мышления, формирования умений разрабатывать стратегию поиска решения как учебных, так и практических задач, прогнозировать результаты реализации принятых решений на основе моделирования изучаемых объектов, явлений, процессов, взаимосвязей между ними.

Таким образом, несмотря на актуальность использования методов компьютерного моделирования в деятельности современного специалиста, уровень подготовки этих специалистов в КГЭУ не являлся в полной мере удовлетворительным.

На наш взгляд, внедряемый курс КМЭС не только служит общетехнической подготовке студентов направления обучения «Приборостроение», но и создает базу для изучения специальных дисциплин, связанных с моделированием, управлением, контролем и анализом процессов с использованием информационно-измерительной техники.

Задачами курса КМЭС является формирование у студентов следующих

ЗУН: знаний методов компьютерного анализа электрических схем; знаний принципов действия, конструкций, свойств, областей применения и потенциальных возможностей основных электронных устройств и измерительных приборов; знаний электротехнической терминологии и символики; умений экспериментальным способом определять параметры и характеристики типовых электронных элементов и устройств; умений производить измерения основных электрических величин и некоторых неэлектрических величин, связанных с профилем профессиональной деятельности, используя компьютерные модели приборов; навыков включения и эксплуатации компьютерных моделей электротехнических приборов, управления ими и контроля за их эффективной и безопасной работой.

На наш взгляд, для обеспечения наличия у студентов вышеизложенных навыков и знаний, курс должен включать в себя следующие модули: основы компьютерного моделирования электронных схем и приборов, программное обеспечение процесса компьютерного моделирования электронных схем и приборов, проведение физических экспериментов на компьютерных моделях электронных схем и приборов с применением наиболее распространенных программных продуктов.

При отборе содержания должен учитываться фактор ограниченности учебного времени, выделяемого на изучение этой дисциплины. Для курса КМЭС нами вводятся временные ограничения. Объем курса составляет 130 часов, из них 68 часов приходится на аудиторные занятия и 62 часа - на самостоятельную работу студентов (см. таблицу 2.2.1).

Процедура проектирования курса КМЭС, рассмотренная в параграфе 1.2 является механизмом, обеспечивающим открытое ко всем возможным обновлениям содержание курса. Курс имеет модульную структуру и состоит из трех модулей.

В аудиторных занятиях акцент поставлен на выработку умений и навыков работы с моделирующими компьютерными программами (34 часа составляют лекции и 34 часа - лабораторные работы)

Плановая таблица распределения учебного времени курса

Компьютерные модели электронных схем» выглядит следующим образом:

Таблица 2.2.1 Распределение учебного времени курса КМЭС

Наименование модуля Общее кол-во часов по учебному плану Распределение времени по видам учебных занятий

Лекции Лаб.раб.

1. Основы компьютерного моделирования электронных схем и приборов 20 10 10

2. Программное обеспечение процесса компьютерного моделирования электронных схем и приборов 20 16 4

3. Проведение физических экспериментов на компьютерных моделях электронных схем и приборов 28 8 20

Итого 68 34 34

Модуль 1. Основы компьютерного моделирования электронных схем и приборов.

В результате изучения модуля студенты должны: знать базовые понятия и технологию компьютерного моделирования электрических схем и приборов; знать принципы действия, свойства, области применения и потенциальных возможностей компьютерных моделей основных электронных устройств и измерительных приборов.

Модуль 2. Программное обеспечение процесса компьютерного моделирования электронных схем и приборов.

В результате изучения модуля студенты должны: знать базовые характеристики и возможности основных пакетов программных продуктов моделирования электронных схем и приборов; знать основные отличительные особенности основных пакетов программных продуктов моделирования электронных схем и приборов.

Модуль 3. Проведение физических экспериментов на компьютерных моделях электронных схем и приборов с применением основных пакетов программных продуктов моделирования электронных схем и приборов.

В результате изучения модуля студенты должны: уметь экспериментальным способом определять параметры и характеристики типовых электронных элементов и устройств; уметь производить измерения основных электрических величин и некоторых неэлектрических величин, связанных с профилем профессиональной деятельности, используя компьютерные модели приборов; уметь применять методы компьютерного моделирования в решении профессиональных задач.

Каждый модуль включает в себя несколько разделов, состоящих из групп рассматриваемых вопросов. Структуру изучения курса удобно представить в виде графа.

Рис. 2.2.1 Структура курса КМЭС

Ниже приведена расшифровка ветвей графа. Модуль 1. Раздел 1.1

Модели контрольно-измерительных приборов

Мультиметр (Multimeter). Функциональный генератор (Function Generator). Осциллограф (Oscilloscope). Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter). Генератор слова (Word Generator). Логический анализатор (Logic Analyzer). Логический преобразователь (Logic Converter). Приборы программы EWB.

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

Основные выводы исследования заключаются в следующем:

2. Проектирование учебного курса «Компьютерные модели электронных схем» для студентов технических вузов осуществлялось с учетом специфики деятельности инженеров, обучаемых по направлению «Приборостроение»; учитывая оптимально возможное использование современных компьютерных программ; предусматривая возможность своевременных изменений в содержании курса, как отклика на динамичные изменения в компьютерных технологиях и их применение на производстве; а также с оптимальным сочетанием реальных объектов деятельности инженера и их компьютерных моделей.

Таким образом, все поставленные в работе задачи выполнены и цель исследования достигнута.

Полученные результаты исследования снижают остроту противоречий между расширяющейся сферой внедрения методов компьютерного моделирования в профессиональную деятельность инженеров и недостаточной подготовленностью к применению этих методов.

Сфера использования разработанного учебного курса не ограничена направлением «Приборостроение». Курс может быть использован техническим вузом для подготовки специалистов других направлений и специальностей.

Заключение

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Тихонов, Иван Викторович, Казань

1. Агранович Б.Л., Богатырь Б.Н., Ямпольский В.З. Системный анализ стратегий информатизации образования. // Проблемы информатизации высшей школы. 1997. - № 3-4. - с. 9-13.

2. Андреев А.А., Барабанщиков А.В. и др. Основы применения информационных технологий в учебном процессе военных вузов / научно-методический сборник. М.: ВУ. - 1996. - 103 с.

3. Андреев В.И. Эвристическое программирование учебно-исследовательской деятельности. М.: Высшая школа. 1981. - 240с.

4. Андреев Г.П. Некоторые проблемы компьютеризации учебного процесса в вузах // Военная мысль. 1995. - № 9. - С. 63-69.

5. Архангельский С.И. Учебный процесс в высшей школе, его закономерные основы и методы. М.: Высшая школа. - 1980. - 368 с.

6. Бабанский Ю.К. Интенсификация процесса обучения. М.: Знание. -1987.-78 с.

7. Бабанский Ю. К. Оптимизация учебно-воспитательного процесса: Методические основы. М.: Просвещение, 1982. - 192 с.

8. Барабанщиков А. В., Давыдов В. П., Конюхов А. И., Феденко Н. Ф. Методика исследования проблем военной педагогики. М.: ВПА, 1987. - 135 с.

9. Батышев С.Я. Производственная педагогика. М.: Машиностроение, 1984.-672 с.

10. Батышев С.Я. Реформа профессиональной школы. М.: Высшая школа, 1987.-590 с.

11. Башарин В.Ф. Дидактическая система физико-технического образования в начальной и средней профессиональной школах. Автореферат на соискание ученой степени доктора педагогических наук Казань, 2000. - 34 с.

12. Башарин В.Ф. Фундаментальные методы познания физики: В 3 частях, Казань: ИСПО РАО, 1999 2001. - 52 е., 31 е., 35 с.

13. Безрукова B.C. Педагогика. Проективная педагогика: Учебное пособие для инженерно-педагогических институтов и индустриально-педагогическихтехникумов. Екатеринбург: Деловая книга, 1996. - 334 с.

14. Белавин В.А., Князева, Е.Н., Курдюмов С.П. Модели синергетики и развития человечества. // Синергетика и образование. 1997. С. 13-32.

15. Белавин В.А. Голицина И.Н. Куценко С.М. Эффективность использования моделирующих учебных систем в техническом вузе // Educational Technology & Society. 2000. - № 3. - С. 161-173.

16. Беляева А.П. Дидактические принципы профессиональной подготовки в профтехучилище: Метод. Пособие. М.: Высшая школа, 1991. - 208 с.

17. Берулава М.Н. Теория и практика гуманизации образования. М.: Гелиос АРВ, 2000.-340 с.

18. Беспалько В.П. Программированное обучение: Дидактический аспект. -М.: Педагогика. 1970. - 300 с.

19. Беспалько В.П. Слагаемые педагогической технологии. М.: Педагогика. -1989.-192 с.

20. Беспалько.В.П., Татур Ю.Г. Системно-методическое обеспечение учебно-воспитательного процесса подготовки специалистов. М.: Высшая школа. -1989. - 143 с.

21. Богатырь Б. Н. Концептуальные положения и принципы информатизации сферы образования // Педагогическая информатика. 1998. - № 3. - С. 8 - 13.

22. Боголюбов В. И. Педагогическая технология. Пятигорск: ПГЛУ, 1997. -245 с.

23. Богатырь Б.Н. Приоритетное преподавание информатики как основы информатизации общества и достижения нового качества образования. // Проблемы информатизации высшей школы. 1997. № 2. - с. 38-45.

24. Богатырь Б.Н., Кузубов В.Н. Аналитический обзор тенденций и приоритетных направлений развития образования и информатики накануне XXI века// Проблемы информатизации высшей школы. 1996. - с. 99-104.

25. Булгаков М.В., Фокин С.С. Технологические аспекты создания компьютерных обучающих программ. // Компьютерные технологии в высшем образовании 2004. - С. 147-152.

26. Ваграменко Я.А. О направлениях информатизации российского образования. // Системы и средства информатики. 2002. - Вып. 8. - с. 27-38.

27. Ваграменко Я.А., Каракозов С.Д. Материалы к Концепции информатизации образования (общее и педагогическое образование). // Педагогическая информатика. 2003. - № 3. - с. 67-84.

28. Васильев В. Н. Региональные аспекты информатизации непрерывного образования. // Информатика и образование. 2000. - № 2. - с. 7-8.

29. Вербицкий А. А. Активное обучение в высшей школе: контекстный подход. М.: Высшая школа, 1988. - 353 с.

30. Вербицкий А. А. Психолого-педагогические особенности контекстного обучения. М.: Знание, 1987. - 109 с.

31. Волкова JI.C. Организационно-педагогическая система развития компьютерной культуры педагога. Автореферат на соискание ученой степени кандидата педагогических наук. Казань, 1997. - 32 с.

32. Волович Л.А., Осипов П.Н., Ибрагимов Г.И., Мухаметзянова Г.В. Статьи в энциклопедию профессионального образования /Под ред.С.Я.Батышева. М.: АПО, 1998.-46с.

33. Волович Л. А. Образовательная логика государственной научно-технической политики: Монография. Казань: ЗАО «Новое знание», 2004. -72с.

34. Гальперин П. Я., Талызина Н. Ф. Современная теория поэтапного формирования умственных действий. М.: Педагогика, 1979.

35. Гершунский Б.С.Педагогическая прогностика. Методология. Теория. Практика. Киев, 1986. - 285 с.

36. Гершунский Б.С. Философия образования для XXI века (в поисках практико-ориентированных образовательных концепций). М.: ИнтерДиалект Плюс. 2002. - 697 с.

37. Гласс Дж. Стенли Дж. Статистические методы в педагогике и психологии. М.: Прогресс, 1976. - 494 с.

38. Грабарь М. И., Краснянская К. А. Применение математической статистики в педагогических исследованиях: Непараметрические методы. М.: Педагогика, 1977. - 136 с.

39. Гребенюк О.С. Проблемы формирования мотивации учения и труда у учащихся СПТУ. -М.: Педагогика, 1985. 151 с.

40. Гребенюк О.С., Гребенюк Т.Б. Основы педагогики индивидуальности: Учебное пособие / Калининградский ун-т. Калининград, 2000. - 572 с.

41. Гусев В.В., Образцов П.И., Щекотихин В.М. Информационные технологии в образовательном процессе ввуза. Орел: ВИПС, 1997. -126 с.

42. Давыдов Н.А. Дидактические основы интенсификации межпредметных связей в процессе преподавания общественных наук с применением ЭВМ в ввузе: Автореф. дис. .канд. пед. наук. М.: ВПА, 1990. -19 с.

43. Дорохов Ф.М., Образцов П.И., Приходько М.Г. Модель управления познавательной деятельностью обучаемых с использованием ЭВМ // Сб.научн.трудов ВИПС. Орел: ВИПС, 1994. - №2. - С. 126-133.

44. Ермоленко В.А. Теоретические основы проектирования содержания непрерывного профессионального образования: Автореф. дис.докт. пед. наук. -Казань, 1999.-40 с.

45. Жуковская З.Д. Методологические основы и технологии разработки и функционирования комплексной системы контроля качества подготовки специалистов в вузе: Автореф.дис. .док. пед. наук. СПб.: СПбГУ, 1995. - 41 с.

46. Зайнутдинова Jl. X. Создание и применение электронных учебников (на примере общетехнических дисциплин) Астрахань: Изд-во ЦНТЭП, 1999. -364 с.

47. Ибрагимов Г.И. Формы организации обучения: теория, история, практика. Монография. Казань: Матбугат йорты, 1998. - 288 с.

48. Иванов А.Ф. Новые информационные технологии в подготовке инженеров-нефтяников. Автореферат на соискание ученой степени кандидата педагогических наук. Казань, 2000. - 26 с.

49. Ильина Т. А. Педагогика: Курс лекций: Учебное пособие для студентов педагогических институтов. М.: Просвещение, 1984. - 230 с.

50. Ительсон Л.Б. Математические и кибернетические методы в педагогике. -М.: Просвещение, 1964. 248 с.

51. Кагерманьян В. С., Гарунов М. Г., Маркова Н. А. Технологии обучения в системе научно-технического образования. М.: НИИ ВО, 1995. - 52 с.

52. Кимайкин С.И. Условия подготовки преподавателей технического вуза к комплексному применению средств обучения: Автореферат дис. .канд. пед. наук. Челябинск: ЧГУ, 1987. - 23 с.

53. Кинелев В.Г. Образование и цивилизация. // Проблемы информатизации высшей школы. 2003. - № 2 (6). - с. 7-14.

54. Кирилова Г.И. Дидактические основы построения системы контроля знаний и умений в компьютерной технологии обучения. Автореферат на соискание ученой степени кандидата педагогических наук. Казань, 2000.

55. Кирилова Г.И. Оптимизация содержания информационно-компьютерной подготовки в средней профессиональной школе. Казань. ИПП ПО РАО, 2004 -С.39-52.

56. Кирилова Г.И. Подготовка специалиста среднего звена к непрерывной информационной деятельности. Казань. ИСПО РАО, 1999.

57. Кирилова Г.И. Потенциал фундаментализации информационно-компьютерного содержания среднего профессионального образования. -Казань: ИСПО РАО, 2001. 220 с.

58. Кирсанов А. А. Инженерная педагогика в системе подготовки инженерных кадров. Казань: ИСПО РАО, 2001.

59. Кирсанов А.А. Понятийно-терминологическая специфика инженерной педагогики // Педагогика. 2001. - №3. - С.21-27.

60. Кирсанов А.А., Кочнев A.M. Интегративные основы широкопрофильной подготовки специалистов в техническом вузе. Казань: изд-во «АБАК», 1999. -290 с.

61. Кларин М. В. Инновации в мировой педагогике: обучение на основе исследования, игры, дискуссии. (Анализ зарубежного опыта). Рига: НПЦ "Эксперимент", 1995. - 176 с.

62. Кларин М.В. Иновационные модели учебного процесса в современной зарубежной педагогике: Автореф. дис. .док.пед. наук. М., 1995. - 47 с.

63. Классификация и современное состояние вычислительных платформ и программного обеспечения (Научно-технический отчет). М.: МФТИ. 1997. -64 с.

64. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика как средство интеграции естественнонаучного и гуманитарного образования // Высшее образование в России. 1994. - № 4. - С. 32-33.

65. Князева Е.Н., Курдюмов С.П. Синергетика и принципы коэволюции сложных систем. // Категории. 1999. - № 6. - с. 37-49.

66. Козлова Г.А. Дидактическая эффективность компьютеризации обучения (по материалам зарубежных публикаций): Автореф. дис. .канд. пед. наук. М.: МПУ, 1992. - 23 с.

67. Козлов О.А. Школьная и вузовская информатика: разрыв на стыке // Проблемы информатизации высшей школы. 2001. - № 3-4 (9-10). - с. 24-30.

68. Колин К.К. Курс информатики в системе образования: современное состояние и перспективы развития. // Системы и средства информатики. -1996.-№8.-с. 74-84.

69. Компьютерная технология обучения. Словарь-справочник /Под ред. В.И.Гриценко, А.М.Довгяло, А.Я.Савельева. Киев: Наукова думка, 1992. - 652 с.

70. Компьютерные технологии в высшем образовании /Ред.кол.: А.Н.Тихонов, В.А.Садовничий и др. М.: Изд.МГУ, 1994. - 370 с.

71. Концепция системной интеграции информационных технологий в высшей школе. М.: РосНИИСИ, 1993. -72 с.

72. Кондратьев С.В. Дополнительное профессиональное образование: проблемы и перспективы. // Проблемы информатизации высшей школы.1998. № 1-2 (11-12). - с. 96-104.

73. Концепция развития сети телекоммуникаций в системе высшего образования Российской Федерации (утверждена 31 марта 1994 г.). М.: Наука. 1994. - 120 с.

74. Концепция системной интеграции информационных технологий в высшей школе. М.: Наука. 1993. - 71с.

75. Копыленко Ю.В., Позднеев Б.М. О развитии дистанционного обучения в системе вузов учебно-методического объединения по подготовке кадров для автоматизированного машиностроительного производства. // Дистанционное образование. 2002. - № 1. - с. 19-20.

76. Коротяев Б. И. Педагогика как совокупность педагогических теорий. -М.: Просвещение, 1986. 95 с.

77. Корчагин Е.А. Научное обеспечение стандартизации профессиональной подготовки. Казань, 2000. - 200с.

78. Костин В.А. Исследование системы профессиональной подготовки с использованием ЭВМ (на примере вуза): Автореф. дис. .канд. пед. наук. -Новосибирск: НВВПОУ, 1992. 21 с.

79. Косухин В. М. Модель оценки объема содержания учебной дисциплины с учетом ее сложности // Сборник научных трудов ВИПС. Вып. 8. Орел: ВИПС, 1998.-С. 114-121.

80. Краевский В.В. Методология педагогики: Пособие для педагогов-исследователей. Чебоксары: изд-во Чуваш, ун-та, 2001 - 244 с.

81. Кузьмина Н. В. Методы системного педагогического исследования. JL: ЛГУ, 1982.- 138 с.

82. Кузьмина Н. В. Понятие "педагогическая система" и критерии ее оценки. Методы системного педагогического исследования. Л.: ЛГУ, 1980. - С. 34-41.

83. Кузьмина Н. В. Профессионализм деятельности преподавателя и мастера производственного обучения. М.: Просвещение, 1990. - 285 с.

84. Кузьмина Н. В. Способность, одаренность и талант учителя. СПб., 1995.

85. Кузубов В.Н. О принципах разработки терминологических стандартов. //

86. Проблемы информатизации высшей школы. 2003. - № 1. - с. 62 - 64.

87. Куракин Д.В. Управление процессами информатизации в сфере образования России. // Проблемы информатизации высшей школы. 1999. -№ 3-4 (9-10). - с. 13-20.

88. Курамшин И.Я. Преподавание химической кинетики и химического равновесия в СПТУ. М., 1980. - 43 с.

89. Кучкаров З.А., Губанов В.В., Син Ю.Е. Управление проблемами системной интеграции. Технологическая линия системной интеграции. //Проблемы и решения. 2001. - № 8. - с. 46-51.

90. Кушелев А.А., Николаева А.В. Профессионально-общественная аккредитация образовательных программ гарантия качества бизнес-образования. // Проблемы повышения квалификации и переподготовки специалистов. - 2000. - № 1 (3). - с. 31-36.

91. Лалов Б.Ц. Дидактические основы использования автоматизированных средств обучения: Автореф. дис. .канд. пед. наук. М.: МГПИ, 1982. - 21 с.

92. Леднев B.C. Содержание образования. М.: Высшая школа. - 1989. -360с.

93. Леднев В. С. Содержание образования: сущность, структура, перспективы. М.: Высшая школа, 1991. - 86 с.

94. Лейбович А. Н. Основы вузовской педагогики. Л: Изд-во ЛГУ, 1972. -311с.

95. Лернер И.Я. Качества знаний учащихся. Какими они должны быть? М.: Знания, 1978.- 112 с.

96. Лихачев Б. Т. Педагогика: Курс лекций. М.: Педагогика, 1993.

97. Луцевич Л.В. Вопросы эффективного использования ЭВМ в учебном процессе // Автоматизированные системы научных исследований обучения и управления в вузах. Межвузовский сборник научных трудов. Новосибирск: НГУ, 1986, - С. 33-39.

98. Ляудис В.Я. Психологические принципы конструирования диалоговых обучающих программ в ситуации компьютерного обучения // Психологопедагогические и психофизиологические проблемы компьютерного обучения. -М.: Педагогика , 1985. С. 85-94.

99. Макаров В.М., Макарова Н.В. Синергетический подход к информатизации высшего образования. // Высшее образование в России. -1999.-№3.-с. 99-103.

100. Малинецкий Г.Г. Математическое моделирование системы образования. // Проблемы информатизации высшей школы. 1997. - № 3-4 (9-10). - с. 4958.

101. Марданов М.В. К вопросу о мониторинге информационной культуры личности в современных условиях. // Мат-лы научно-пр. конф. "Духовность, здоровье и творчество в системе мониторинга качества образования". Казань, 2002. - Зс.

102. Маркова А. К. Психология труда учителя. М., 1993.

103. Матушанский Г.У., Соломко Л.И. Сравнительный анализ зарубежных моделей подготовки научно-педагогических кадров // В сб. "Образование спасет мир. Часть III". М.: ОВФО "Супер", 1996 - с. 106-107.

104. Матушанский Г.У., Соломко Л.И., Сосновская Н.Б. Подготовка научно-педагогических кадров высшей школы ретроспективный анализ // Информационно-аналитический вестник МОПО, - 1998 - Выпуск 1-2 (6-7) -с.59-64.

105. Матушанский Г.У. Образовательные маршруты подготовки научно-педагогических кадров и инженерных кадров в российской и зарубежной высшей школе, Educational Technology & Society. - №3(3) 2000. - с.557 - 563.

106. Матушанский Г.У. "Поддержка" и/или "повышение" квалификации? //Высш. образование в России. 2002. - № 5. - с. 103-106.

107. Матушанский Г.У. Информационно-технологическая подготовкапреподавателей высшей школы как средство развития их профессионально важных качеств/Г.У. Матушанский,М.Г. Рогов,Ю.В. Цвенгер / Психол. наука и образование.-2001 .-№ 3.-С.80-87.

108. Матросов B.JL, Жданов С.А. Информационные технологии в процессе подготовки будущего учителя. // Проблемы информатизации высшей школы. -1998.-№ 1-2 (11-12).- с. 157-173.

109. Матюхин В.А. Преодоление кризисных явлений в системе образования США (1980-1990 гг.): методология и результаты. // Проблемы зарубежной высшей школы: Обзор, информ. НИИВО. 1998. - вып. 1. с. 40.

110. Матюшкин А. М. Проблемные ситуации в мышлении и обучении. М., 1972.

111. Махмутов М.И. Проблемное обучение. М.: Педагогика, 1975. - 367 с.

112. Махмутов М.И. Современный урок. М.: 1985. - 49 с.

113. Махмутов М.И., Ибрагимов Г.И., Чошанов М.А. Педагогические технологии развития мышления учащихся. Казань: ТГЖИ, 1993. - 88 с.

114. Мачулин В.В., Михайловский В. Г., Рюмин В. П. Основы деятель-ностного подхода к подготовке кадров. М.: ВА им. Ф. Э. Дзержинского, 1995. -56 с.

115. Машбиц Е.И. Компьютеризация обучения: Проблемы и перспективы. -М.: Знание, 1986. 80 с.

116. Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы компьютеризации обучения. М.: Педагогика, 1988. - 191 с.

117. Методические указания по проведению педагогического эксперимента для определения эффективности обучения в классе АОС- Минск: БГУ, 1984. -88 с.

118. Методы педагогических исследований / Под ред. А.И.Пискунова, Г.В.Воробьева. М.: Педагогика, 1979. - 256 с.

119. Мижериков В. А., Ермоленко М. Н. Введение в педагогическую профессию: Учебное пособие для студентов педагогических учебных заведений. М.: Педагогическое общество России, 1999. - 288 с.

120. Мизинцев В. П., Карпова А. Ф. Применение методов графового моделирования и информационной оценки смысловых структур в исследовании темпа формирования навыков учащихся: // Дальневосточный физический сборник. Хабаровск, 1974. - С. 183-206.

121. Мизин И.А., Колин К.К. Информационные и телекоммуникационные технологии в системе образования России. // Системы и средства информатики. 1996. - вып. 8. - с. 2-13.

122. Молибог А.Г. Программированное обучение. М.: Высшая школа, 1970. -199 с.

123. Мухаметзянова Г.В., Барер Г.Д., Юдин В.П. Подготовка специалистов среднего звена для наукоемких производств. Казань: ИСПО РАО, 1998.

124. Мухаметзянова Г.В. Современная высшая школа: состояние и тенденции развития. Научное редактирование. Казань, 1998. - 216 с.

125. Мухаметзянова Г.В. Современные проблемы образования. Казань: ИСПО РАО, 2000. - 84 с.

126. Нечаев Н.Н. Теория непрерывного образования как основа реформы общества и профессиональной школы в условиях становления рыночной экономики // Общее и профессиональное образование в условиях свободной экономической зоны: Тез.докл. Калининград, 1995.

127. Никандров Н. Д. Современная высшая школа капиталистических стран: Основные вопросы дидактики. М.: Высшая школа, 1978. - 279 с.

128. Новиков A.M. Российское образование в новой эпохе / Парадоксы наследия, векторы развития. Чебоксары: изд-во Чуваш, ун-та, 2001. - 264 с.

129. Новиков A.M. Профессиональное образование России: перспективы развития. М.: Высшая школа, 1997. - 284 с.

130. Новиков A.M. Содержание образования в постиндустриальном обществе // Специалист. 2005. - №3. - С. 2-8.

131. Новиков Д.А. Статистические методы в педагогических исследованиях. -М.: МЗ-Пресс, 2004.-67с.

132. Новые информационные технологии образования: экспериментальная проверка педагогической эффективности / Под ред. В. Г. Разумовского, И. М. Бобко. Новосибирск: НИИИВТ, 1991. - 69 с.

133. Новые педагогические и информационные технологии в системе образования: Учебное пособие / Под ред. Е. С. Полат. М.: Издательский центр "Академия", 2001.-272 с.

134. Новые информационные технологии образования: экспериментальная проверка педагогической эффективности / Под ред. В.Г.Разумовского, И.М.Бобко. Новосибирск: НИИИВТ, 1991. - 69 с.

135. Норенков И.П. Компьютерные обучающие среды для дистанционного образования. // Проблемы информатизации высшей школы. 1996. - № 2 (6). - с. 62-66.

136. Нуждин В.Н. Информатизация и качество образования. // Проблемы информатизации высшей школы. 1995. - № 4. - с. 5-9.

137. Нуждин В.Н., Коровкин С.Д., Кадамцева Г.Г. Тотальное управление качеством образования и новые информационные технологии. // Проблемы информатизации высшей школы. 1998. - № 1-2 (11-12). - с. 135-150.

138. Образцов П.И. Дидактические аспекты эффективного применения компьютерных средств обучения в вузе. Сб.научн.трудов ученых Орловской области. Выпуск № 2. Орел: ОрелГТУ, 1996. - С.468-475.

139. Образцов П. И. Дидактический комплекс информационного обеспечения учебной дисциплины в системе дистанционного обучения // Открытое образование. 2001. - № 5. - С. 39^4.

140. Образцов П.И. Информационно-технологическое обеспечение учебного процесса в вузе. // Высшее образование в России. 2001. - №3. - с. 17.

141. Образцов П. И. Классификация информационных технологий обучения по дидактическим признакам // Сборник научных трудов ученых Орловской области. Вып. 4. Орел: ОрелГТУ, 1998. - С. 304-310.

142. Образцов П.И. Компьютерная технология обучения в контексте педагогической системы института. Сб. науч. трудов ВИПС. Орел, -1996. -№ 5. - С.52-57.

143. Образцов П.И. Психолого-педагогические аспекты разработки и применения в вузе информационных технологий в обучении. Орел.: изд-во Орловского государственного технического университета. - 2000. - 145 с.

144. Образцов П.И., Шляпцев С.Н. Научно-методические подходы к разработке компьютерных педагогических технологий на основе формирования системы динамических образов. Сб.научн. трудов ВИПС. Орел, - 1996. - № 6. - С.18-21.

145. Околелов О. П. Современные технологии обучения в вузе: сущность, принципы проектирования, тенденции развития // Высшее образование в России. 1994. - № 2. - С. 45^9.

146. Околелов О.П. Теория и практика интенсификации процесса обучения в вузе: Автореф. дис. .док. пед. наук. М.: 1995. - 45с.

147. Основы педагогического мастерства / Под ред. И. А. Зязюна. Киев, 1987.

148. Осуги С., Саэки Ю. Приобретение знаний. М.: Мир. 1990. - 304 с.

149. Педагогика: педагогические теории, системы и технологии: Учебник для студентов высших и средних педагогических учебных заведений / Под ред. С. А. Смирнова. 4-е изд., испр. - М.: Издательский центр "Академия", 2001. -512 с.

150. Педагогика: Учебное пособие / Под ред. В. А. Сластенина, И. Ф. Исаева, А. И. Мищенко, Е. Н. Шиянова. М.: Школа-Пресс, 1997. - 512 с.

151. Педагогика: Учебное пособие / Под. ред. П. И. Пидкасистого. М.: Российское педагогическое агентство, 1996. - 602с.

152. Педагогика: Учебное пособие / Под. ред. Ю. К. Бабанского. 2-е Изд. М.: Педагогика, 1988.

153. Педагогика и психология высшей школы: Учебное пособие. Ростов-на-Дону: Феникс, 1998. - 544 с.

154. Петров О.М., Чучалин И.П., Ямпольский В.З.и др. Программно-целевой подход к созданию, развитию и внедрению автоматизированных систем в высшей школе. Томск.: изд-во Томск, политех. Ун-та. 1983. - № 18. - с. 318.

155. Петрушкин С. Ф., Сидорина М. С. Педагогика: педагогические теории, системы, технологии. Брянск: БИПКРО, 1996. - 121 с.

156. Питюков В. Ю. Основы педагогической технологии. М., 1997. - 176 с.

157. Подласый И. П. Педагогика: Учебник для студентов высших педагогических учебных заведений. М.: Просвещение: Изд. Центр ВЛАДОС, 1996.

158. Подуфалов Н.Д. Реформирование образования и национальная безопасность. М.: Высшее образование в России. 1998. - № 4. - с. 3-5.

159. Психолого-педагогические основы использования ЭВМ в вузовском обучении: Учебное пособие. М.: МГУ, 1987. - 127 с.

160. Раткевич Е.Ю. Проблемы компьютеризации процесса образования М.: изд-во МПУ. 2002. - 192с.

161. Раткевич Е.Ю. Проблемы компьютеризации процесса образования // Русский Журнал (www.russ.ru) 2003. - №37.

162. Роберт И.В. Современные информационные технологии в образовании: дидактические проблемы, перспективы использования. -М.: Школа-Пресс, 1994. 321 с.

163. Роберт И.В. Теоретические основы создания и использования средств информатизации образования: Автореф. дис. .док. пед. наук. М.: 1995. - 40 с.

164. Савельев Н.А., Образцов П.И., Приходько М.Г. Проблема методики оценки дидактической эффективности применения компьютеризированных учебников // Сб.научн.трудов ВИПС. Орел: ВИПС, - 1995. -№ 2. - С.28-35.

165. Селевко Г.К. Современные образовательные технологии. М.: Народное образование, 1998. - 256 с.

166. Семенов В.В. Компьютерная технология обучения /Новые информационные технологии в университетском образовании //Материалы международной научно-методической конференции. Новосибирск: НГУ, 1995. -С.114-118.

167. Семушина Л.Г. Теоретические основы формирования содержания профессионального образования и обучения в средних специальных учебных заведениях. Автореф. дисс. докт. пед. наук. - М., 1991. - 31 с.

168. Семушина Л.Г. и др. Разработка методик контроля готовности к профессиональной деятельности студентов средних специальных учебных заведений. М., 2002. - 84 с.

169. Сергеева Т. Новые информационные технологии и содержание обучения //Информатика и образование. -1991, -№ 1, С. 3-10.

170. Сериков В.В. Образование и личность: Теория и практика проектирования педагогических систем. М.: Логос, 1999. - 272 с.

171. Сластенин В. А., Руденко Н. Г. О современных подходах к подготовке педагога // Педагогика. 1999. - № 6. - С.55-62.

172. Совершенствование учебного процесса вузов на основе его компьютеризации (опыт, исследования) / Акопов С.И., Алексеев В.Д., Андреев А.А и др.; Под. ред. Золотарева О.В. М.: ВПА, 1991. - 260 с.

173. Советов Б.Я. Информатизация новый этап развития высшего образования России. Санкт-Петербург.: Институт моделирования и интеллектуализации сложных систем. - 1997. - с. 7.

174. Соколов В.М. Основы проектирования образовательных стандартов (методология, теория, практический опыт). М.: Исслед.центр проблем качества подготовки специалистов, 1996. - 116с.

175. Специфика информационной подготовки специалиста постиндустриального общества в средней профессиональной школе. Сборник статей // Под редакцией Г.И. Кирилловой. г.Казань: ИПП ПО РАО, 2004. -88с.

176. Стрикелева JI.B. Педагогические основы повышения эффективности учебного процесса в вузе с помощью применения АОС: Автореф. дис. .канд.пед.наук. Минск: БГУ, 1984. -20 с.

177. Суворинов А.В., Осин А.В. Мультимедиа-среда образования в эпохе глобальных компьютерных технологий. // Проблемы информатизации высшей школы. 1998. - № 1-2 (11-12). - с. 105-110.

178. Сухомлинский В. А. Формирование воспитательного влияния коллектива на личность: Избранные произведения. Киев, 1979. - Т. 1.

179. Талызина Н.Ф. Психолого-педагогические основы автоматизации учебного процесса / Психолого-педагогические и психофизиологические проблемы компьютерного обучения // Сб.научн.тр. М.: Изд-во АПН СССР, МГУ, 1985. - С. 15-26.

180. Талызина Н.Ф. Теоретические проблемы программированного обучения. М.: Педагогика, 1969. - 133 с.

181. Талызина Н. Ф. Технология обучения и ее место в педагогическом процессе // Современная высшая школа. № 1. - 1977. - С. 21-35.

182. Талызина Н. Ф. Управление процессом усвоения знаний. М.: Изд-во МГУ, 1975.-141 с.

183. Таркаева О.П. Дидактические условия применения ЭВМ в организационной структуре учебного процесса: Автореф. дис. .канд. пед. наук.- Казань: КГПИ, 1987. 27 с.

184. Теория и методика систем интенсивного обучения: Учебное пособие / Под общ. ред. А. А. Золотарева. М.: МИГА, 1993. - 4.1. - 66 е.; - 4.2. - 57 с.

185. Тихонов А.Н. Единое информационное пространство высшей школы России: основные проблемы и направления развития //Информационные технологии. 1996. - № 2. - С. 2-6.

186. Тихонов А.Н., Богатырь Б.Н. Роль информатики в образовательном процессе. // Проблемы информатизации высшей школы. 1996. - № 2(6). - с. 97-99.

187. Тихонов А.Н., Богатырь Б.Н. Моделирование и концептуальное проектирование процессов информатизации сферы образования. // Проблемы информатизации высшей школы. 1997. - № 1-2 (7-8). - с. 9-12.

188. Тихонов А.Н., Иванников А.Д. Информатизация российского образования и общества в целом. // Международное сотрудничество. 1997. -№ 4. - с. 3.

189. Тихонов И.В. Компьютерные модели электронных схем: Методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов технических вузов / В.А. Белавин, И.В. Тихонов Казань: Изд-во КГЭУ, 2005. - 38 с. (2,5 п.л., авторских - 2,0 п.л.)

190. Тюнников Ю.С. Теоретическое обоснование интеграции общего и профессионального образования (политехнический аспект) // Проблемы интеграции системы обучения в СПТУ. М.: изд-во АПН СССР, 1988. - С.60-93.

191. Уман А. И. Технологический подход к обучению: теоретические основы: Монография. Орел: ОГУ, 1997. - 208 с.

192. Управление познавательной деятельностью учащихся / Под ред. П. Я. Гальперина и Н. Ф. Талызиной. М.: Изд-во МГУ, 1972. - С. 260-273.

193. Федосеев А.А. О моделях и методах использования информационных технологий в обучении. // Системы и средства информатики. 1996. -вып. 8. -с. 54-68.

194. Фокин Ю.Г., Корзун М.М. Основы интенсификации обучения в ввузе. Курс лекций. М.: ВА им. Ф.Э.Дзержинского, 1987. - 160 с.

195. Халиуллин И.А. Производственное обучение в базовой профессиональной школе. Казань: РИЦ «Школа», 2000. - 264 с.

196. Халиуллин И.А. Теория и практика современного урока производственного обучения в профессиональной школе. Казань: РИЦ «Школа», 1998.-226 с.

197. Харламов И. Ф. Педагогика: Учебное пособие. 3-е издание, перераб. и доп. М.: Юристъ, 1997.

198. Хатхоху М.Н., Валькман Ю.Р. Компьютерные технологии обучения в школе. Киев.: КИТ. 1995. - 313с.

199. Хуснутдинов Р.Ш. Личностно-ориентированное прикладное математическое образование специалистов экономического профиля (в системе «ссуз-вуз»). Казань: изд-во Казанск. ун-та, 2003. - 221 с.

200. Чернилевский Д. В., Филатов О. К. Технология обучения в высшей школе. М.: Экспедитор, 1996. - 288 с.

201. Читалин Н.А. Многоуровневая фундаментализация содержания профессионального образования: Монография. Казань: изд-во Казанскогоуниверситета, 2005. 272 с.

202. Читалин Н. А., Фарзан Т. О. Фундаментальный потенциал содержания физики как науки и учебного предмета // Интеграция образования. 2002. - № 1. - С.64-71.

203. Шапкин В.В. Профтехшкола на путях перестройки. Л.: Знание, 1990. -32 с.

204. Шапкин В.В. Общетехническая подготовка квалифицированных рабочих в условиях научно-технической революции. М.: Высшая школа, 1985. - 159 с.

205. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука. М.: Мир.-1978.-414с.

206. Шолохович В.Ф. Дидактические основы информационных технологий обучения в образовательных учреждениях: Автореф. дис. .док. пед. наук. -Екатеринбург: УГППУ. 1995. -45 с.

207. Юцявичене П. Теория и практика модульного обучения. Каунас, 1989.

208. Ямпольский В.З. и др. Автоматизация управления в высшей школе. Воронеж.: изд-во Воронежского ун-та. 1987. - 210 с.

209. Bloom В. Taxonomy of Educational Objectives. The Classifications of Educational Gools. A Handbook 1. Editor B.S. Bloom, N.Y., London, Toronto, 1956. -173 p.

210. Bowles, J.E., Analytical and Computer Methods in Foundation Engineering McGraw-Hill Inc., New York, 1974. 519 p.

211. Das, B.M. Principles of Foundation Engineering. PWS Kent Publishing Company, Boston, 1999. 862 p.

212. McManis, K.L., "Computer Assisted Learning and Teaching of Geotechnical Engineering", Proceedings of the Second Canadian Conference on Computing in

213. Civil Engineering, Ottawa, Canada, 1992. pp.709-719

214. Nataraj, M.S., McManis, K.L, and Bijhouwer, P. Use of Personal Computers in Geotechnical Engineering//Proceedings of the Ninth National Conference on Microcomputers in Civil Engineering, Orlando, Florida, 1991. pp. 44-78

215. Wankat, P.C., and Oreovicz, F.S. Teaching Engineering. McGraw-Hill Inc., New York, 1993.-370 p.1. Содержание курса лекций.1. Раздел 1

216. Структура окна и система меню программы Electronics Workbench

217. Меню File. Меню Edit. Меню Circuit. Меню Window. Меню Help. Меню Analysis программы EWB 5.0. Обмен данными с программой PSpice.1. Раздел 21. Создание схем

218. Контрольно-измерительные приборы

219. Источники тока. Индикаторные приборы. Коммутационнные устройства. Конденсаторы. Резисторы. Индуктивные элементы. Полупроводниковые диоды. Биполярные транзисторы. Полевые транзисторы. Операционные усилители. Цифровые микросхемы.1. Раздел 5

220. Моделирование схем и устройств

221. Транзисторные усилительные схемы

222. Базовые усилительные каскады. Дифференциальный усилитель. Каскадная схема. Выходные каскады. Многокаскадные усилители.1. Раздел 7

223. Устройства на полупроводниковых приборах

224. Устройства на операционных усилителях

225. Известно, что значением целочисленной табличной величины а1:4. является четверка чисел (12, 6, 8, 3). а1. равно: 6 3 12 1

226. Дан оператор цикла, написанный на языке:Паскалъ Бейсик алгоритм, языкfor i=l to 10 do 10 FOR i-1 TO 10 нц для I от 1 до 10begin 20 a=a*12 a:=a*12a:=a*12; 30 PRINTa+i вывод a+i.writeln(a+ i); 40 NEXT кцend;

227. Последнее значение i, выведенное на экран, будет10 1 120 12

228. Программа написана на языках Бейсик, Паскаль и алгоритмическомязыке. В этих условиях алгебраическое выражение (13Ь+76с):(23а+4)имеет вид13Ь+76с)/(23а+4)13*Ь+76*с)/23*а+4)13*Ь+76*с)/(23*а+4)13*Ь+76*с)/((23а)*4)

229. Что представляет собой язык программирования? формальный язык, содержащий набор символов формальный язык для описания данныхформальный язык для описания алгоритмов обработки данных формальный язык для описания данных и алгоритмов на ЭВМ

230. В записи каких констант допущены ошибки?1. 5.0Е-52. -4.9 3.1,44. "4Е-3.2" 5.1.8% 6. 8.Е12 1-6 3,51, 2, 3, 6 3,47. Бит-это.

231. Число в двоичной системе Число 10

232. Единица измерения информации Ячейка памяти

233. Корректна ли запись числаХ в четверичной системе счисления, если Х=1024?да нетесли нет умножения иногда

234. Манипулятор "мышь " это устройство выводавводасчитывания информации

235. Что такое база данных? большой файл информациихранилище интегрированных и коллективно используемых данных, организованных по определенным правшамспециальный массив данных, используемой прикладной программой процедура

236. Площадь прямоугольника можно вычислить по формуле S=A*B при различных значениях длин сторон А и В. Какое свойство алгоритма отвечает этому условию? массовость результативность детерминированность конечность

237. Оператор перехода служит для организации цикла выполнения условия организации полного переборапродолжения исполнения программы, начиная с оператора, отмеченного меткой или определенного адреса

238. Что присуще каждому языку программирования? свой алфавит своя семантика свои синтаксис и алфавит свои алфавит, синтаксис и грамматика

239. М.Программа написана на языках Бейсик, Паскаль и алгоритмическом языке. В этих условиях алгебраическое выражение (13b+53c+d):(7a+4) имеет вид13*b+53*c+d)/((7*a+4) (13 *b+53 *c+d)/( 7*а+4) (13*b+53*c+d)/((7a)+4) (13b+-53c+d)/(7a+4)

240. Программа написана на языках Бейсик и Паскаль. Приведенному ниже условию Если А больше или равно С, то В=5 соответствует фрагмент программы Бейсик Паскаль

241. А>В=С THEN В=5 IF А>В=С THEN В:=5; Бейсик Паскаль

242. A>=C THEN В=5 IF А>=С THEN В:=5; Бейсик Паскаль

243. А>С THEN В=5 IF А>С THEN В:=5; Бейсик Паскаль

244. А>В OR В=С THEN В=5 IF (А>В) OR (В=С) THEN В:=5;

245. Лабораторная работа «Активные фильтры».1. Цель работы

246. Целью работы является исследование АЧХ и ФЧХ фильтров различного назначения.1. Теоретическая часть

247. K(p)=(b0+bip + Ь2р2)/(а0+а,р + а2р2).

248. K(ja>)\ =A/af + of * -2) + cotf.m; <p = В = -arctg{[2 -оУсоо + (4- d2)m]/d) arctg{[2 - оУоь-(4-d2)m]/dj, (8.1)где со текущее значение частоты; QJq - частота среза; d=Aoycoo -коэффициент затухания; А со- полоса пропускания по уровню 0,707 (-3 дБ).

249. Параметры фильтра верхних частот при С1=С2=С определяется по формулам: