Методика обучения студентов вузов курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений

Актуальность исследования обусловлена новыми социально-экономическими условиями в России и рынком труда, требующими кардинального роста производительных сил на основе создания интенсивных систем обучения, обеспечивающих высокое качество профессиональной подготовки молодежи, реализацию всех потенциальных возможностей и способностей личности.

Экономический подъем в стране возможен, если будет обеспечено развитие техники и внедрение новейших технологий в производственные процессы, что требует значительного увеличения объема знаний и навыков, предъявляемых рынком рабочей силы к выпускникам технических вузов. Объем информации по базовым общеинженерным и специальным дисциплинам, составляющим стержень профессиональной подготовки специалистов в вузах, в связи с этим резко растет. С другой стороны, необходимость усиления экономической и гуманитарной подготовки в технических вузах, реализуемой за счет уменьшения времени, отводимого учебными планами на общеинженерные дисциплины, приводит к необходимости поиска и разработки эффективных педагогических технологий, оптимизации методики преподавания, способных в условиях дефицита времени сохранить лучшие традиции русской школы образования, основанной на глубокой качественной фундаментальной подготовке специалистов.

Анализ изменения учебных планов технических вузов за последние годы показывает на тенденцию объединения нескольких общеинженерных дисциплин в одну. Так, при подготовке студентов радиотехнической специальности, дисциплина «Основы теории цепей», изучающая анализ линейных электрических цепей, и дисциплина «Радиотехнические цепи и сигналы», которая сама ранее возникла в результате интеграции двух курсов «Нелинейные цепи» и «Теория сигналов» в учебных планах 1996 года объединены в единую дисциплину «Теория цепей и сигналов». При этом итоговый объем изучаемого материала увеличился на 20% по сравнению с объемом трех дисциплин вместе взятых за счет введения новых тем, таких как «Дискретизация сигналов», «Оптимальная цифровая фильтрация», «Активные фильтры на операционных усилителях».

Необходимость введения новых тем вызвана современным развитием радиотехнических средств, их функций, переходом к цифровой техники, глобальной компьютеризацией. При этом время, отведенное учебным планом на изучение нового курса, сократилось на 80% по сравнению с временем, отводимым ранее на изучение перечисленных курсов.

Таким образом, актуальность темы исследования определяется: социальным заказом общества на инженера, теоретически подготовленного к активному участию в (обеспечении технического прогресса, способного эффективно работать в новых социально-экономических условияхнеобходимостью преодоления противоречия между дефицитом времени и всевозрастающим объемом информациистремлением к формированию у специалистов общих научных основ устройства и действия технических средств и их функций в условиях современного производствапотребностью развития у специалистов способностей к самообразованию и саморазвитию в условиях быстрого обновления научно-технической информации.

Существо противоречия мы усматриваем между тенденцией неизбежной интеграции курсов, сокращением времени на изучение общеинженерных дисциплин и новыми социально-экономическими условиями, требующими такой подготовки будущих инженеров радиотехнического профиля, которая обеспечивала бы не только их высококачественное профессиональное образование, но и позволяла бы им творчески трудиться в условиях быстро меняющейся техники и технологии.

Из выявленного противоречия возникает проблема свертывания информации, выделения политехнических обобщений, разработки на этой основе теории и методики преподавания общеинженерных дисциплин студентам технических вузов в условиях интеграции, бурного роста информации, сокращения времени на ее усвоение и быстрой смены техники и технологии.

В современной педагогической науке имеется необходимая совокупность знаний для решения проблемы оптимизации обучения студентов вузов общеинженерным дисциплинам на основе определенных обобщений, а именно: разработаны теоретические основы интеграции содержания образования в рамках системного многоуровневого представления, согласно которому объектом исследования выступает система непрерывного профессионального образования (B.C. Леднев [79], B.C. Безрукова [14], [15], М. Н. Берулгава [17], А. П. Беляева [16], Н. К. Чапаев [142], Ю. А. Кустов [73], [74], П. М. Эрдниев [158] и др.) — показаны возможности и эффективность использования теоретических обобщений в оптимизации профессиональной подготовки молодежи (Г.П. Корнев [63], В. В. Давыдов [40], В. И. Каган, И. А. Сыченков [54], A.B. Усова [137] и др.) — выявлены политехнические основы единого подхода к изучению сходных технических и технологических объектов и процессов (П.Р. Атутов [8], [9], Ю. С. Тюнников [134], [135], [136], А. Г. Калашников [55], М. Н. Скаткин [121], [122], С. М. Шабалов [147], и др.) — созданы теоретические и практические предпосылки проектирования новых педагогических технологий для достижения заранее запланированных результатов при изучении общеинженерных дисциплин (В.И. Андреев [2], [3], Ю. К. Чернова [144], [145], В. П. Беспалько [18], [19], [20], Ю. А. Кустов [72], [75], В. И. Боголюбов [22], С. К. Змеев [50], В Кроль [67] и др.).

Однако, анализ литературных источников, а также изучение состояния проблемы в существующей теории и практике показывают, что имеющаяся научная база используется для совершенствования методики обучения конкретным общеинженерным и специальным дисциплинам в процессе профессиональной подготовки технических специалистов еще недостаточно.

Налицо явный разрыв между достижениями современной педагогической теории и ее практическим применением. Это противоречие возможно преодолеть тем, что на примере разработки методики обучения конкретной дисциплине выявить оптимальные условия и пути перехода от теоретических моделей к реальной педагогической технологии, обеспечивающей более эффективный результат обучения в сокращенный период времени. Полученные при этом результаты и выявленные условия повышения эффективности процесса обучения одной дисциплине, в соответствии с известными педагогическими закономерностями, можно перенести на обучение другим дисциплинам при подготовке специалистов.

Необходимость реализации этой идеи побудило нас избрать следующую тему исследования: «Методика обучения студентов вузов курсу „Теория цепей и сигналов“ на основе функциональных обобщений».

Цель исследования — повысить качество профессиональной подготовки студентов радиотехнических специальностей вузов путем совершенствования системы их обучения курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений.

Объект исследования — педагогический процесс обучения студентов радиотехнических специальностей вузов курсу «Теория цепей и сигналов», являющейся научной основой профессиональной подготовки специалистов радиотехнического профиля.

Предмет исследования — педагогическая система обучения студентов курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений.

Гипотеза исследования — методика обучения студентов радиотехнических специальностей вузов курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений обеспечит свертывание информации, преодоление противоречия между дефицитом времени и возрастающем объемом информации, повышения уровня усвоения студентами курса, широкое использование сформированных знаний и умений в дальнейшей учебной и профессиональной деятельности, если ее проектирование и реализацию вести на основе: системного подходапринципа политехнизмавзаимодействия принципа политехнизма с другими дидактическими принципами: профессиональной направленности, преемственности, интеграции, единства обучения и воспитания, мотивации обучения и трудапрограммно-целевой перестройки всех компонентов системы подготовки специалистов в вузах (целей, содержания, методов обучения, деятельности педагогов и студентов) в соответствии с требованиями принципа политехнизма и реализации идеи функциональны обобщенийвыстраивания структуры и систематизации материала курса на основе требований реализации функциональных обобщенийформирования у студентов умений осуществлять функциональные обобщения, опираясь на сочетания закономерностей теории ассоциативнорефлекторной природы умственной деятельности и бихевиористской теории наученияориентации на непрерывное целостное профессиональной становление, высокое политехническое и творческое развитие личности будущего специалиста.

Задачи исследования: 1. Определить научные предпосылки и практические основания проектирования системы обучения студентов радиотехнических специальностей вузов курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений.

2. Обосновать концептуальные положения и спроектировать модель системы политехнически направленной учебной дисциплины «Теория цепей и сигналов» студентов радиотехнических специальностей вузов.

3. Разработать методику реализации модели системы обучения курсу «Теория цепей и сигналов» студентов радиотехнических специальностей на основе функциональных обобщений.

4. Провести опытную и экспериментальную проверку эффективности разработанной методики обучения на основе функциональных обобщений курсу «Теория цепей и сигналов» студентов радиотехнических специальностей вузов.

Теоретико-методологические основы исследования.

Работа опирается на анализ особенностей приложения основных законов диалектики к объекту и предмету исследования: закон единства и борьбы противоположностей, установление различных типов противоречий, переход количества в качествона методологическую сущность системного подхода к анализу педагогических явлений (С.И. Архангельский [5], [6], Ф. Ф. Королев [64], [65], Н. В. Кузьмина [69], Ю. А. Кустов [72] и др.).

В исследовании автор исходил из достижений современной психологической науки и ее ведущих принципов: понимания проявления психики через деятельность, признания социальной природы психической деятельности, единства психической деятельности и деятельности внешней, практической (А.Н. Леонтьев [81], С. Л. Рубинштейн [115], [116], С. Л. Выготский [29] и др.], а также бихевиористской теории усвоения [ Б. Ф. Скинер, Э. Торндайк [125]).

Дидактическими предпосылками разработки системы обучения явились: теория развивающего обучения (Л.В. Занков [48], М. А. Данилов [41], [42], Б. П. Есипов [45] и др.), концепция формирования теоретического мышления (В.В. Давыдов [40], Д. Б. Эльконин [155] и др.), идеи творческого саморазвития (В.И. Андреев [2], [3], К. Я. Вазина [24], [25], Э. Ф. Зеер [49] и др.).

Методы исследования.

В процессе работы использовались как теоретические так и практические методы исследования: анализ философской, психолого-педагогической, методической литературыизучение состояния вопроса в существующей теории и практике (изучение структур учебных планов, содержания программ, учебников, оценка уровня знаний студентов, их анкетирование, многолетнее участие автора в преподавании курса), педагогическое проектирование, организация педагогического эксперимента, статистическая обработка его результатов, внедрение положительных результатов исследования и методических рекомендаций в педагогическую практику.

Опытно-экспериментальная база исследования.

Опытно-экспериментальной базой исследования явился экспериментальный учебный комплекс по непрерывному профессиональному образованию при Поволжском технологическом институте сервиса. В его состав входят школы №№ 13, 19, 24, 60 лицеи № 59, Тольяттинский социально-экономический колледж, отделение довузовской подготовки, факультет профессиональной подготовки и переподготовки кадров.

Основной базой экспериментальных исследований по реализации методики обучения курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений явился Поволжский технологический институт сервиса.

В опытной и экспериментальной работе на разных этапах приняло участие 1238 студентов и преподавателей профессиональных учреждений города Тольятти.

Тема исследования входит в Координационный план исследований Головного Совета по проблемам педагогики, в научное направление исследований Тольяттинского политехнического института «Разработка технологии многоуровневой подготовки специалистов» и в тему № 9535 «Исследование педагогических основ преемственности учения в системе непрерывного образования» (руководитель Ю.А. Кустов). Тема исследования включена также в план работы по проблемам непрерывного профессионального образования Поволжского отделения РАО.

Этапы исследования.

Исследование велось в течении шести лет и состояло из трех этапов.

Первый подготовительный этап (1993;1995г.) — заключался в изучении состояния проблемы в педагогической теории и вузовской практике, ее теоретическое осмысление. Применение методов теоретико-методологического анализа к научной литературе и конкретизации научных идей исследуемой проблемы позволило выработать исходные методологические позиции исследования, построить гипотезу и определить цель, задачи, предмет, объект, методику исследования и методы экспериментальной работы.

Второй основной этап (1996; 1998 г.) — определение концептуальных положений, разработка теоретической модели системы обучения студентов курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений, программное обеспечение. Апробация теоретических решений в выступлениях и публикацияхэкспериментальное обучение студентов радиотехнической специальности Поволжского технологического института сервиса, выявление результативности разработанной системы и методики обучения студентов курсу «Теория цепей и сигналов».

Третий заключительный этап (1998;1999г.) — корректировка гипотезы исследования, уточнение содержания авторской программы, продолжение экспериментального обучения, обработка результатов экспериментальной работы, внедрение полученных результатов в практику, оформление диссертационной работы.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования. Разработана педагогическая система обучения интегративному курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений, как совокупность научно обоснованных методологических и психолого-педагогических предпосылок, концептуальных положений и дидактических условий, обеспечивающих повышение качества подготовки специалистов радиотехнического профиля: сформулированы концептуальные положения и спроектирована теоретическая модель обучения курсу «Теория цепей и сигналов» студентов радиотехнических специальностей вузов на основе функциональных обобщенийопределены и графически наглядно представлены преобразования целей, содержания и методов обучения курсу «Теория цепей и сигналов» в соответствии с требованиями принципа политехнизма и идеи функциональных обобщенийразработан алгоритм и элементарный акт свертывания информации на основе функциональных обобщений, который положен в основу разработки упражнений, задач и заданий по формированию у студентов умений самостоятельного осуществления обобщенийвыявлена и определена совокупность методических условий перехода от теоретической модели политехнически направленного обучения курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений к ее практической реализации.

Практическая значимость. Результаты диссертационного исследования использованы в учебном процессе подготовки специалистов радиотехнического профиля Поволжского технологического института сервиса. В ходе реализации методики обучения курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений были разработаны учебная и рабочая программы по курсу, учебные пособия для студентов по курсовому проектированию, методические указания по изучению курса «теория цепей и сигналов», подготовлен лекционный раздаточный материал, поставлены лабораторные работы по курсу, спроектированы и изготовлены лабораторные макеты и стенды, которые могут быть использованы в других образовательных учреждениях.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивались: глубокой проработкой методологических, психологических и дидактических основ проектирования системысоответствием методов исследования целям и задачам исследованиятесной связью теоретических исследований с практикой обучения студентов курсу «Теория цепей и сигналов" — внесением необходимых корректив в гипотезу, содержание курса, организацию опытной и экспериментальной работырешением поставленных в исследовании задачрепрезентативностью выборки и использованием методов математической статистики для проверки достоверности полученных экспериментальных результатов.

Апробация и внедрение результатов исследования были осуществлены в выступлениях на международном симпозиуме «Технология — 2000» (Самара-Тольятти 1995 г.), межвузовской научно-методической конференции «Направления развития современных технологий обучения в высшей школе» (Тольятти 1995 г.), научно-методическом семинаре «Механизм реализации государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования» (Тольятти 1996 г.), Республиканской научно-практической конференции «Содержательно-знаковая наглядность в системе научения физики» (Самара 1997 г.), научно-методической конференции «Пути совершенствования качества подготовки специалистов» (Тольятти 1998 г.), научно-методическом семинаре.

Механизм реализации тенденций непрерывного образования и направления его совершенствования" (Тольятти 1998 г.), методическом семинаре кафедры «Электротехника и электроника» Поволжского технологического института сервиса 1999 г. Доклады получили одобрение преподавателей радиотехнических дисциплин городов Самарской области, гг. Москвы, Самары, Тольятти.

Материалы исследования, разработанные автором учебные пособия и методические указания по изучению курса «Теория цепей и сигналов», программа курса для студентов дневной, заочной формы обучения и слушателей Факультета профессиональной подготовки и переподготовки кадров используются в учебном процессе не только Поволжского технологического института сервиса, но и в ряде высших учебных заведений городов Среднего Поволжья (Самара, Уфа, Саратов, Сызрань), г Шахты.

По инициативе автора ведется работа по внедрению компьютерных технологий в учебный процесс, создается электронная библиотекаутвержден рейтинговый контроль по дисциплине. В настоящее время ведется активная работа по распространению положительного опыта преподавания курса среди преподавателей электротехнических и радиотехнических дисциплин города. С использованием разработанной методики проходило обучение курсу «Электротехника и электроника» в Тольяттинском учебном консультативном пункте Самарского речного техникума. В порядке обмена опытом результаты работы представлены в Самарский электротехнический институт связи.

На защиту выносятся: 1. Стратегия и алгоритм свертывания учебной информации на основе функциональных обобщений как одно из важных направлений реализации принципа политехнизма.

2. Концепция и теоретическая модель педагогической системы обучения студентов курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений.

3. Комплекс методических условий повышения эффективности обучения студентов курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, двух глав, списка литературы и приложений. Работа изложена на 210 страницах машинописного текста, содержит 16 рисунков, 18 таблиц. Библиографический список включает 162 источника. К работе прилагается акт о внедрении.

ВЫВОДЫ.

1. Сущность идеи функциональных обобщений в обучении курсу «Теория цепей и сигналов заключается в переходе от предметно-элементного изучения материала к политехническому анализу информации путем ее концентрации вокруг трех взаимосвязанных компонентов: функция цепи по отношению к проходящему по ней сигналу, схема реализации заданной функции, условия выполнения этой функции в реализуемой схеме.

2. Формирование у студентов умений свертывания информации через функциональные обобщения должно вестись на основе преемственного развития трех уровней активности: несамостоятельный, полусамостоятельный и самостоятельный.

3. Среди средств обучения курсу «Теория цепей и сигналов», способствующих формированию навыков функциональных обобщений у студентов, наиболее действенными оказались: использование предметно-знаковых системвыбор поэтапно усложняющихся технических объектов в лабораторном практикумесоздание технических условий для вариативности используемых схем цепейприменение новейшей измерительной аппаратурыширокое применение взаимозаменяемости и взаимодополнений приборов лабораторного практикумаприменение компьютерной техники, технологий мультимедиа в процессе организации творческой работы студентоввнедрение гипертекстовой технологии при создании электронной библиотеки по курсу;

4. Показали эффективность следующие формы обучения курсу на основе функциональных обобщений: разнообразные варианты политехнических ситуаций функциональных обобщений на разных этапах теоретических и практических занятийвводные, обзорные и обобщающие лекциипостановка исследовательских лабораторных работорганизация коллективной и индивидуальной творческой деятельности студентоврейтинговый контроль знаний студентов по курсу.

5. Поиск оптимальных методов обучения показал эффективность диалектического сочетания следующих подходов: методы по логическому основанию: индуктивный, дидуктивный, аналитический и синтетическийприемы эвристического типа при анализе нестандартных ситуацийметод эвристических заданий при выполнении работ лабораторного практикумаметод инверсии при разрешении политехнических функциональных ситуацийсистема проблемных ситуаций: неожиданности, конфликта, предположения, опровержения, несоответствия, неопределенностиэкспериментальные и исследовательские работыанализ функциональных моделей при изучении сложных радиотехнических схем.

6. Экспериментальные исследования эффективности разработанной методики обучения курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений состояло их двух этапов: выявление общей эффективности разработанной системы обучения путем сравнения уровней усвоения материала курса студентами экспериментальных и контрольных групп и путем сравнения уровней развития мотивации к изучению курса студентами этих групп.

Достоверность результатов исследования достигалась широким использованием методов математической статистики при обработке экспериментальных данных.

7. Педагогический эксперимент показал, что при традиционной методике обучения курсу «Теория цепей и сигналов» качество усвоения и применения знаний студентами контрольных групп соответствует третьему, т. е. среднему уровню, математическое ожидание показателя уровня попадает в интервал от 3,5 до 4.

При экспериментальной методике степень усвоения и применения знаний соответствует четвертому, т. е. высокому уровню, математическое ожидание лежит здесь в интервале от 4 до 4,5.

Остальные статистические данные также свидетельствуют о том, что методика обучения курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений обеспечила более высокий уровень усвоения и применения студентами материала курса по сравнению с традиционной методикой.

8. Сопоставление уровней развития мотивации к изучению курса «Теория цепей и сигналов» у студентов экспериментальных и контрольных групп подтвердило преимущество разработанной в диссертации методики по сравнению с общепринятой. Так, если средний уровень мотивации у студентов контрольных групп третий, то у студентов экспериментальных групп четвертый.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Остановимся на характеристике результатов решения поставленных в исследовании задач.

1. Система обучения студентов радиотехнических специальностей курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений оказалась эффективной благодаря тому, что разработка ее гипотезы, концептуальных положений, модели и методики реализации велись на разносторонней научной основе и в тесной связи с практикой. В качестве научных предпосылок исследования выступили: диалектические законы единства и борьбы противоположностей, переход количества в качество, системный подход, достижения современной психологической науки, теория активизации познавательной деятельности, идеи творческого саморазвития.

2. Концепцию системы политехнически направленной учебной дисциплины «Теория цепей и сигналов» составили следующие положения: системный подходпринцип политехнизмавзаимодействия принципа политехнизма с другими дидактическими принципами: профессиональной направленности, преемственности, интеграции, единства обучения и воспитания, мотивации обучения и трудапрограммно-целевой перестройки всех компонентов системы подготовки специалистов в вузах (целей, содержания, методов обучения, деятельности педагогов и студентов) в соответствии с требованиями принципа политехнизма и реализации идеи функциональны обобщенийвыстраивания структуры и систематизации материала курса на основе требований реализации функциональных обобщенийформирования у студентов умений осуществлять функциональные обобщения, опираясь на сочетания закономерностей теории ассоциативнорефлекторной природы умственной деятельности и бихевиористской теории наученияориентации на непрерывное целостное профессиональной становление, высокое политехническое и творческое развитие личности будущего специалиста. профессиональной направленности, преемственности, интеграции, единства обучения и воспитания, мотивации обучения и трудапрограммно-целевой перестройки всех компонентов системы подготовки специалистов в вузах (целей, содержания, методов обучения, деятельности педагогов и студентов) в соответствии с требованиями принципа политехнизма и реализации идеи функциональны обобщенийвыстраивания структуры и систематизации материала курса на основе требований реализации функциональных обобщенийформирования у студентов умений осуществлять функциональные обобщения, опираясь на сочетания закономерностей теории ассоциативнорефлекторной природы умственной деятельности и бихевиористской теории наученияориентации на непрерывное целостное профессиональной становление, высокое политехническое и творческое развитие личности будущего специалиста.

3. Определенные в работе концептуальные положения позволили спроектировать пространственно-временную модель системы обучения курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений. Модель отражает основные связи между заказом общества на специалиста в области радиотехники, личными интересами студентов, структурными и функциональными компонентами курса, общепрофессиональными и специальными дисциплинами с выходом на конечный результат: целостная высокоэффективная политехническая подготовка специалиста в области радиотехники.

4.Методика реализации модели состояла в преобразовании структурных компонентов курса «Теория цепей и сигналов» (цели, содержания, методов, деятельности педагога и студентов) в соответствии с принципом политехнизма и идеей функциональных обобщений. В работе определенны группы средств, форм и методов эффективного обучения студентов курсу «Теория цепей и сигналов» на основе функциональных обобщений.

5. Всесторонняя экспериментальная проверка разработанной системы показала ' ее высокую эффективность, действенность концептуальных положений, разработанной модели и методики ее реализации.

6. Перспективы дальнейших исследований заключаются в переносе теоретически выявленных и практически проверенных условий реализации разработанной модели системы обучения на примере курса «Теория цепей и сигналов» на другие дисциплины радиотехнического профиля. С целью выполнения намеченного направления исследования научным советом и научно-техническим советом Поволжского технологического института сервиса утверждена г/б тема диссертанта «Оптимизация методик обучения дисциплинам радиотехнического профиля на основе функциональных обобщений с использованием современных компьютерных технологий» на период с 1999 г. по 2003 г.