Подготовка студентов к педагогическому проектированию профильного обучения электронике в школе Текст научной статьи по специальности «Науки об образовании»

УДК 370.179.1 ББК 4 486.88

Венславский Владимир Борисович

кандидат физико-математических наук доцент

кафедра информатики, теории и методики обучения информатике Забайкальский государственный гуманитарно-педагогический университет им. Н.Г.Чернышевского г.Чита

Venslavsky Vladimir Borisovich

Candidate of Physics and Mathematics Assistant Professor Chair of Computer Science, Theory and Methods of Teaching Computer Science Transbaikalia State Arts-and-Pedagogical University named after N.G. Chernyshevsky

Chita

Подготовка студентов к педагогическому проектированию профильного обучения электронике в школе Students' Training for Pedagogical Projecting of Electronics Profile Teaching at School

В статье обсуждаются аспекты методической и предметной подготовки студентов к работе в условиях профильного обучения по направлению «Электроника».

The article discusses some aspects of methodical and subject students' training for work under the conditions of profile education in "Electronics" course.

Ключевые слова: электроника, математическое моделирование, педагогическое проектирование, линейная система, электронное устройство.

Key words: electronics, mathematical modeling, pedagogical projecting, linear system, electronic device.

Технологии учебного проектирования электронных устройств в настоящее

время востребованы при подготовке студентов педвузов - будущих учителей технологии и физики в связи с переходом на стандарт среднего (полного) общего образования, нормативная модель которого предусматривает возможность выбора учащимися учебных предметов федерального компонента на базовом или на профильном уровне. Разработчиками нормативных документов предложен примерный учебный план как модель одного из возможных вариантов для реализации индустриально-технологического профиля, в рамках которого впервые предусмотрена начальная профессиональная подготовка старшеклассников по направлению «Электроника» на основе профильных учебных предметов «Физика» и «Технология» (10 / 8 часов в неделю на два года обучения) [6, с.186]. Предложен-

ная модель профильной подготовки школьников по направлению «Электроника» позволяет сформулировать новые задачи, связанные с подготовкой будущих учителей физики и технологии к реализации начальной профессиональной подготовки старшеклассников. Решение этих задач реализуется на основе ФГОС ВПО (2-го поколения) и актуально в связи с началом обсуждения новой модели проекта стандарта 3-его поколения. Как учить школьников электронике? Какое содержание принять за фундаментальные основы электроники? Каким должно быть содержание и структура предметной и профессиональной подготовки для студентов - будущих учителей профильных предметов физика и технология? Ответы на эти вопросы связаны с разработкой модели методической системы формирования профессиональной компетентности на основе развития предметной компетентности студентов - будущих учителей технологии и физики.

Каскад профессиональных компетенций учителя, которые востребованы социальным заказом общества для реализации начальной профессиональной подготовки по направлению «Электроника», впечатлит любого опытного инженера в области электроники, поскольку предстоит на основе предметных знаний последовательно шаг за шагом провести к пониманию процессов, которые скрыты и их можно наблюдать только с помощью приборов. На пути теоретического и практического познания электроники большое количество препятствий (в виде ошибок и заблуждений в учебной литературе), преодоление которых полезно, но носит вероятностный характер в достижении понимания сути. Преодолеть самостоятельно этот барьер достаточно сложно, поскольку требуется развитие критического мышления к учебным текстам. Социальный заказ на подготовку кадров, которым предстоит участвовать в инновационных проектах развития экономики, реализуется переходом на профильное обучение, призванное обеспечить гармоничное развитие творческих способностей учащихся, обеспечить начальное профессиональное образование старшеклассников.

Социальный заказ на подготовку учителя, способного осуществлять обучение на профильном уровне, в настоящее время сформулирован проектом ФГОС ВПО 3-го поколения на основе компетентностного подхода [5]. Задачи

профессиональной деятельности учителя технологии и учителя физики в условиях профильного обучения электронике связаны с реализацией начальной профессиональной подготовки школьников. Педагогическое проектирование начальной профессиональной подготовки школьников по направлениям требует соответствующей предметной и на её основе профессиональной подготовки учителей физики и технологии, оцениваемой профессиональной компетентностью как достигнутым личностным качеством. Профессиональная компетентность учителя (по В.А. Адольф) «базируется на фундаментальном научном образовании, эмоционально-ценностном отношении к педагогической деятельности, владении технологией педагогического труда и определяет готовность учителя к творческому решению культурно-образовательных задач и самореализации своей личности» [1]. На основе компетентностного подхода к профессиональной подготовке будущих учителей профильных классов по направлению «Электроника» можно выделить ряд проблем, позволяющих оценить направленность педагогического проектирования. Это проблемы в области коммуникаций, содержания предмета (наличия ошибок и заблуждений при моделировании элементов и систем), развития преемственности, вертикальной и горизонтальной интеграции физического и технологического образования, технологичности и техникознания. С позиции компетентностного подхода целью подготовки студентов педагогических вузов - будущих учителей физики и технологии к профессиональной деятельности в области начальной профессиональной подготовки старшеклассников по направлению «Электроника» является достижение выпускниками вуза квалификационного уровня предметной и профессиональной компетентности (ППК). Предметная компетентность нами рассматривается как основной компонент профессиональной компетентности педагога. Модель методической системы формирования у студентов - будущих учителей физики и технологии ППК в области электроники структурируется из взаимосвязанных блоков, ориентированных на развитие компетенций как компонентов профессиональной компетентности: целевого, мотивационного, содержательного, деятельностного, рефлексивного, (рис. 1).

Мотивационный блок модели методической системы формирования мо-тивационно-ценностного компонента ППК будущего учителя опирается на гарантии заказчика в лице государства, обеспечивающего социальный статус и престижность профессии учителя технологии и учителя физики, престижность физико-технического образования. Мотивация студентов к освоению электроники связана с пониманием значимости приобретённого опыта педагогического проектирования начальной профессиональной подготовки, значимости технических, технологических и психолого-педагогических знаний и компетенций будущего учителя технологии и учителя физики.

Методологический компонент модели методической системы формирования ППК учителя физики и технологии прогнозирует развитие общекультурных компетенций (ОК), общеобразовательных компетенций (ОПК) и профессиональных компетенций (ПК).

Методологический блок ориентирует на освоение теории и методики обучения электронике как общетехнической дисциплине, на интеграцию подходов и педагогических технологий, на применение исследовательских технологий учебного проектирования цепей и педагогического проектирования профиля по направлению.

Содержательный блок модели методической системы призван способствовать формированию содержательного компонента предметной компетентности в области электроники и базируется на интеграции физического и технологического образования, на оценке вертикальных связей начальной профессиональной подготовки по направлению «Электроника». Содержание и структура начальной профессиональной подготовки по направлению «Электроника» в настоящее время является предметом разработки, впервые появляется социальный заказ на создание системы непрерывного профессионального образования в области электроники. В настоящее время дополнение и углубление содержания основного предмета (в разных профилях названия предметов отличаются) может осуществляться за счёт ориентации на выполнение локальных и сквозных проектов, на работу в СКБ и НИРС. Дополняющие и согласующие элективные модули могут быть

Целевой компонент: профессиональная компетентность будущих учителей технологии и физики к учебному проектированию электронных устройств и педагогическому проектированию начальной профессиональной подготовки по направлению «Электроника».

Мотивационный компонент: успешность профессиональной педагогической деятельности при реализации начальной профессиональной подготовки старшеклассников по направлению «Электроника».

Методологический компонент: формирование общекультурных, общеобразовательных и профессиональных компетенций на основе компетент-ностного подхода и современных педа гогических технологий.

П

Содержательный и структурный компоненты: интеграция принципов фундаментальности, централизации, преемственности, наглядности в моделировании, технологичности учебного проектирования, интеграции технологического и физического образования.

1СЕ

\7<>

Основной курс: Электроника

с

Элективный курс:

«Введение в электронику»

V У

Элективный курс: «Цифровая электроника»

Элективный курс: «Электротехника / телемеханика»

?

Элективные курсы, проекты и индивидуальные маршруты

(уровень бакалавриата и магистратуры) : Технологии педагогического проектирования начальной профессиональной подготовки по направлению «Электроника»

ТГ

Критерии готовности

Т

Низкий Средний Высокий

Рис. 1. Модель методической системы формирования ППК

предложены на основании сравнения нормативной модели обучаемого с реально измеренной предметной моделью обучаемого (по Г.А. Атанову) на основе анализа входного и текущего контроля [2]. На основе анализа предметной модели обучаемого можно определить провалы в усвоении профильной дисциплины и перейти к оценке уровня учебного материала: выделить проблемные модули, установить структуру и целостность, использовать возможность расширения и (или) углубления знаний, умений и компетенций за счёт введения элективных курсов. Исследования модели обучаемого (студента-физика) позволили предложить коррекцию структуры предметной подготовки на основе дисциплины «Физическая электроника» за счёт разработки учебных модулей: «Введение в электронику», «Цифровая электроника», «Электротехника и телемеханика». Предстоящий переход к образовательным стандартам 3-го поколения позволяет осуществить интеграцию физического и технологического образования посредством приведения основного предмета к единому содержанию и названию - «Электроника», который можно (рис.1) дополнять и углублять элективными курсами с учётом специфики профилей за счёт вариативной части основной образовательной программы подготовки бакалавров образования.

Технологический блок модели методической системы интегрирован в содержательном блоке и способствует развитию деятельностной и исследовательской составляющей ППК на основе применения традиционных и новых методов и форм обучения. Основные инженерные и педагогические методы, которые используются при формировании ППК учителей физики и технологии, связаны с технологиями учебного проектирования: информационным моделированием элементов и систем, исследовательским и проектным, объяснительно-иллюстративным и в меньшей степени репродуктивным. К специфическим педагогическим методам можно отнести: метод моделирования ошибок, метод критического анализа учебных текстов по заданной тематике, метод моделирования учебного текста (учебного модуля) и исследования тезауруса по заданной тематике, метод разработки контрольных вопросов и технических заданий, методы ИКТ с применением модулей САПР электронных систем. В процедурной

составляющей фундаментальных основ электроники большое значение имеет понимание и умение студентами технологично применять следующие методы: метод эквивалентных схем, метод Кирхгофа для построения математической модели цепи в аналитической форме, метод опрокинутой характеристики для построения математической модели цепи в графической форме, метод эквивалентного генератора, методы дуальных переходов от «контура» к «узловой паре», метод имитационного моделирования режима, экспериментальные методы лабораторного макетирования и наладки схемы. Основные формы обучения: лекции, лабораторные работы, самостоятельная работа, учебные конференции и коллоквиумы, НИРС (научные семинары, участие в научных проектах, подготовка докладов и публикаций, участие в научных конференциях). Основным средством интеграции и предметом обучения студентов педвузов нами рассматривается сквозной учебный проект по разработке УМК дисциплины и его отдельных компонентов для настройки образовательной среды:

- авторских моделей учебного процесса на основе «примерных»;

- учебных текстов, заданий и статей толковых словарей;

- авторских программных средств учебного назначения;

- авторских технических средств учебного назначения, включая демонстрационные модули и лабораторные стенды.

Коммуникативный компонент ППК определяется тезаурусом современной электроники. В этой области продолжается работа, связанная с разработкой и критическим обсуждением статей, представленных в толковых словарях по физике, технике и технологии. Актуальной задачей, на наш взгляд, остаётся выпуск толкового словаря школьника и студента педвуза по электронике.

Контрольно-коррекционный блок методической системы формирования ППК направлен на развитие рефлексивного компонента и предназначен для освоения технологии построения модели обучаемого - диагностики уровня и изменений, происходящих в процессе обучения студентов - будущих учителей технологии и физики основам электроники. Методы контроля обеспечивают обратную связь (рис.1), что позволяет вводить коррекцию процесса обучения,

осуществлять самоконтроль, усиливать модули для повышения эффективности и приближения к нормативной модели.

При входном тестировании студентов-физиков и технологов по вопросам моделирования элементов и простейших цепей проявляется ряд минимумов и пробелов, связанных с отсутствием начальной профессиональной подготовки по электронике:

- низкий уровень знания и отсутствие опыта применения методологических основ теории познания (понимание системного подхода, технологии учебного проектирования и моделирования);

- низкий уровень знаний и умений применить правила знаков;

- пробел в представлении вариативности и дуализма моделей резистивных элементов, включая источники;

- ошибочное представление о математическом моделировании источников и простейших цепей типа источник-приёмник;

- ошибочное представление о законе Ома для полной цепи.

Введение в электронику оказывается за границей досягаемости базового уровня школьной программы (как и в прошлом) и, как правило, недостаточно полно изучается в педагогическом вузе. В современных педагогических исследованиях интеграции физического и технологического образования показано, что «возможно построение интегративного образовательного процесса, который ориентирован на целостное освоение содержания образования и формирование готовности будущих учителей к интегративной педагогической деятельности в школе» [3, с.160]. Эти выводы позволяют ориентироваться на интегра-тивную подготовку будущих учителей физики и технологии при формировании предметной компетентности по направлению «Электроника». Развитие преемственности школьного и вузовского образования в настоящее время решается за счёт перехода на профильное обучение [6]. Подготовка студентов - будущих учителей к организации начальной профессиональной подготовки школьников по направлению «Электроника» может осуществляться за счёт вариативной части программы - элективного согласующего курса «Введение в электронику»

как введение к основному курса «Электроника» (рис.1). Подобная модель подготовки по электронике в педвузе на современном этапе необходима, с нашей точки зрения, по нескольким причинам:

- позволяет компенсировать отсутствие начальной профессиональной подготовки школьников по направлению «Электроника»;

- позволяет компенсировать отсутствие в педвузе курса «Основы теории цепей» (и полноценного курса «Электротехника»);

- позволяет устранить пробелы и заблуждения, приблизить к пониманию и использованию теории на практике;

- позволяет активизировать горизонтальные межпредметные связи за счёт обсуждения и применения на практике элементов теории познания (системного подхода, проектирования, моделирования как основной процедуры проектирования, включающей проектные процедуры - анализ, синтез и оптимизацию);

- позволяет освоить фундаментальные основы проектирования и моделирования простейших цепей и цепей смещения в устройствах;

- позволяет на ранней стадии бакалавриата активизировать мотивацию к занятиям техническим творчеством;

- позволяет получить опыт участия в разработке информационной образовательной среды начальной профессиональной подготовки по направлению «Электроника», который будет полезен при освоении педагогического проектирования.

На уровне «введения» появляется возможность более подробно и наглядно изучать фундаментальные основы электроники, выполнять учебные исследования в деталях, из которых складывается понимание, приводящее к мотивации самостоятельного изучения и приобретения практического опыта. В рамках электива существует возможность устранить пробелы и заблуждения, касающиеся: моделирования источников, моделирования цепей, моделирования дуальных цепей, проектирования и моделирования электронных устройств. Для будущего педагога важно понимать, что моделирование предполагает этап формализации задачи, творческий процесс выбора или создания варианта мо-

дели, её упрощение или усложнение. Для простоты и наглядности обучения наиболее удобно применять линейные математические модели или выбирать условия, когда целесообразны линейные приближения. В профильной школе модельный ряд для дуальных линейных резистивных элементов целесообразно, на наш взгляд, называть: Я- или О-элемент (приёмник), г- или g-элемент (источник), Е-элемент (г = 0) или 1-элемент (г = <х). При применении идеальных моделей следует строго соблюдать принцип единства абстрактного и реального, что часто приводит к ошибкам, когда модель выдаётся за ВАХ или в модели системы упускаются из рассмотрения её составляющие: аналитические уравнения авторами текстов записываются без системы, график модели источника в первом квадранте изображается без модели нагрузки. Для профильного обучения школьников электронике в целях наглядности целесообразно, на наш взгляд, использовать получение математических моделей цепей-систем в графической форме. Примерная структурно-логическая модель элективного курса «Введение в электронику» построена с учётом формирования ППК и является основой при постановке проектного задания студентам на разработку УМК начальной профессиональной подготовки школьников по направлению «Электроника», (рис. 2).

Результатом поиска наглядных и доступных для профильного уровня методических решений обучения школьников моделированию простейших цепей типа источник-приёмник явилось применение метода опрокинутой характеристики для построения линейной математической модели целостной системы. Использовать метод опрокинутой характеристики для учебного проектирования линейных моделей явилось, на наш взгляд, реализацией висящей идеи ТРИЗ в методике преподавания электроники. Применение метода позволяет построить математическую модель цепи в графической форме, наглядно продемонстрировать моделирование режима, показать инвариантность графической и аналитической моделей [4, с.56].

Введение в электронику

Методология учебного проектирования и моделирования

Информационные модели элементной базы в форме: УГО

словесного портрета таблицы данных графиков - уравнений

Линейные дуальные модели элементов цепи:

- Я-элемент - О-элемент

- г-элемент - g-элемент

- Е-элемент - 1-элемент

А

У.

Информационные модели целостных систем в форме:

- различных схем

- словесного портрета

- таблицы или карты

- системы графиков

- системы уравнений

12.

Модели линейных цепей как целостных систем: - «источник-приёмник» -«источник-два приёмника»

Модели устройств:

- делитель напряжения

- делитель тока

- цепи смещения устройств

- модель транзистора

Педагогическое проектирование элементов УМК

Рис. 2. Структурная модель модуля «Введение в электронику»

На этапе магистратуры центр тяжести профессиональной подготовки будущего учителя технологии и учителя физики смещается в область освоения педагогического проектирования, моделирования структуры и содержания начальной профессиональной подготовки старшеклассников для реализации направления «Электроника». Значительное место в структуре подготовки на этом

этапе, как мы считаем, должны занимать проектные разработки авторских УМК профильных и элективных предметов, которые в дальнейшем можно использовать в школе, развивая проект совместно с учениками профильного класса.

В процессе учебного проектирования нами были разработаны примерные модели УМК элективных курсов «Введение в электронику» и «Цифровая электроника», главными элементами которых являются авторские учебные пособия «Введение в учебное проектирование электронных устройств» и «Учебное проектирование цифровых устройств». В состав примерных моделей УМК включены оригинальные имитационные программы и аппаратные средства, разработанные в процессе учебного проектирования. На основе примерных моделей УМК (или их вариантов) студентам предлагается провести учебную экспертизу и найти собственные проектные решения с последующей защитой и внедрением. Учебное педагогическое проектирование моделей УМК элективного курса «Электротехника и телемеханика», по нашему мнению, целесообразно осуществлять на основе учебного пособия «Электротехника» (авторы: А.Н. Аблин, М.А. Ушаков, Г.С. Фестина-тов, Ю.Л. Хотунцев) с учётом исторического опыта производственного обучения электротехнике в начала шестидесятых (Анвельт М.Ю., Пухляков Ю.Х., Ушаков М.А. Электротехника. - М: УЧПЕДГИЗ, 1963). Целостность системы подготовки на основе элективного курса «Электротехника и телемеханика», на наш взгляд, может быть достигнута добавлением модуля, связанного с использованием микропроцессоров в управлении машин и механизмов.

Содержание основного курса «Физическая электроника» наиболее современно и целостно, на наш взгляд, раскрыто в учебном пособии для студентов физических и технологических факультетов «Основы радиоэлектроники» (авторы: Ю.Л. Хотунцев, А.С. Лобарев). Разработка моделей УМК учебных модулей основного и элективных курсов является, как показывает педагогический эксперимент, той учебной проектной деятельностью, в результате выполнения которой можно ожидать автодидактичное достижение достаточно высокого уровня ППК, наблюдать рефлексию и проявление эмоционально-ценностных отношений к будущей педагогической деятельности.

Технология учебного проектирования, на наш взгляд, более эффективна, если ещё на младшей ступени бакалавриата определены цели и поставлены задачи на сквозное педагогическое проектирование УМК начальной профессиональной подготовки по направлению «Электроника».

Библиографический список

1. Адольф, В.А. Профессиональная компетентность современного учителя [Текст]: Монография / В.А. Адольф. - Красноярск: Краснояр. гос. ун-т, 1998. - 118 с.

2. Атанов, Г. А. Деятельностный подход в обучении [Текст] / Г. А. Атанов. - Донецк. 2001. - 157с.

3. Бабина, С.Н. Подготовка будущих учителей физики и технологии к интеграции технологического и физического образования учащихся [Текст]: Монография / С.Н. Бабина. -М.: Педагогика, 2003. - 176с.

4. Венславский, В.Б. Учебное моделирование и проектирование электронных устройств [Текст] / Венславский В.Б. // Наука и школа. - 2009. - №3. - с. 54-57.

5. Государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования. [Электронный ресурс]. - Российское образование. Федеральный портал. Режим доступа: http://www.edu.ru/db/portal/spe/okso_fros.htm

6. Филатова, Л.О. Развитие преемственности школьного и вузовского образования в условиях введения профильного обучения в старшем звене средней школы [Текст] / Л.О. Филатова. - М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2005. - 191с.

Bibliography

1. Adolf, V.A. Professional Competence of a Modern Teacher [Text]: Monograph / V.A. Adolf. - Krasnoyarsk: KSU, 1998. - 118 p.

2. Atanov, G.A. Activity Approach in Teaching [Text] / G.A. Atanov, - Donetsk, 2002. -157 p.

3. Babina, S.N. Training of Future Physics and Technology Teachers for Integration of Technology and Physics Education of the Pupils [Text]: Monograph / S.N. Babina. - M.: Pedagogica Publishing House, 2003. - 176 p.

4. Filatova, L.O. Development of School and University Education Succession in the Conditions of Profile Education Introduction at Senior Secondary School [Text] / L.O. Filatova. - Labora-toriya Basovyh Znany, 2005. - 191 p.

5. State Educational Standards of Higher Professional Education. [Electronic Resource]. -Russian Federation. Federal Data Portal. - Access Mode: http://www/edu.ru/db/portal/spe/okso_fros.htm

6. Venslavsky, V.B. Training Stimulation and Design of Electronic Devices [Text] / V.N. Venslavsky // Nauka i shkola. - 2009. - №3. - P. 54-57.