Система обучения студентов втузов оперированию электрическими схемами (на основе педагогической деятельности кафедр инженерной графики вузов телекоммуникаций)
| Вид материала | Автореферат |
- Методическая система формирования у студентов технических вузов способностей к инновационной, 671.98kb.
- Положение о Республиканском смотре-конкурсе кабинетов инженерной графики ссуз, 55.67kb.
- Использование сайта Кафедры инженерной графики в организации учебного процесса, 26.32kb.
- Система развивающего обучения Л. В. Занкова, 4204.79kb.
- Психолого-педагогическое сопровождение предпрофильной подготовки и профильного обучения, 72.05kb.
- Психологические основы педагогической практики студентов, 1724.29kb.
- 1 Цели и задачи олимпиады: повышение интереса к изучению инженерной графики, 83.03kb.
- Методика обучения химии как наука и отдельная дисциплина Процесс обучения химии как, 23.86kb.
- Учебное пособие по части курса «Вычислительные машины, сети и системы телекоммуникаций», 759.43kb.
- М. В. Дорошенкова формирование системы высшего технического, 275.6kb.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дается общая характеристика диссертации: обосновывается актуальность темы; определяются объект, предмет и цель исследования; раскрываются его задачи и методы; выдвигается гипотеза; констатируются научная новизна, теоретическая и практическая значимость, основные положения, выносимые на защиту; обосновывается достоверность полученных результатов указываются формы апробации и внедрения результатов работы.
В первой главе “Психолого-педагогические и профессионально-технические аспекты обучения студентов втузов оперированию электрическими схемами” раскрыта природа электрических схем, определены их роль и место в структуре ГКД, исследованы особенности применения в процессе разработки РЭА, а также рассмотрены теоретические основы оперирования этими схемами.
Человек, получающий высшее образование в любой из областей радиоэлектроники и, тем более, в телекоммуникациях, имеет дело с электрическими схемами на протяжении всего времени обучения. Действительно, в одних учебных дисциплинах схемы используются для иллюстрации электрических процессов; в других – являются основой для расчета параметров электрических цепей; в третьих – это ГКД, отражающие структуру изделий радиоэлектроники. Поэтому приобретение навыков оперирования этими схемами должно быть неотъемлемой составной частью профессиональной подготовки. При этом важным условием сознательного усвоения знаний студентами является понимание природы электрических схем, их роли и места в учебной работе и будущей профессиональной деятельности.
В педагогической науке психологические и методические аспекты проблемы обучения оперированию электрическими схемами до настоящего времени детально не разрабатывались. Библиографический поиск выявил лишь два исследования. Первое было проведено Л.С. Кожуновой в 70-х годах прошлого века по методике преподавания темы “Электрические схемы” на уроках черчения в средней школе. Второе – в диссертации А.С. Семенова, защищенной уже в текущем столетии и посвященной развитию профессиональных умений будущих учителей технологии при изучении электрических схем на занятиях по инженерной графике.
В научной технической литературе вопросам исследования электрических схем, как графических объектов и средств наглядности, особого внимания также практически не уделялось. В специальной литературе приводятся и комментируются, главным образом, стандарты ЕСКД по оформлению электрических схем в виде ГКД. Научно-популярная литература, в основном, посвящена описанию конкретных правил выполнения схем, без увязывания их в целостную, легко усваиваемую и удобную в использовании систему рабочих приёмов.
Таким образом, существует объективная необходимость в разработке действенной системы обучения оперированию электрическими схемами, учитывающей всё разнообразие мыслительных и психологических процессов человека, а также сопутствующие технические факторы. К разряду таких факторов относится то, что материальной базой радиоэлектроники и, соответственно, техники телекоммуникаций, по мнению Б.Ф. Высоцкого, А.К. Лосева, А.П. Ненашева, Э.Т. Романычевой, В.И. Сифорова, Н.И. Чистякова и других ведущих специалистов этой области науки и техники, является РЭА. Эта аппаратура представляет собой совокупность различных устройств и приборов, работающих на основе использования явлений электромагнетизма.
Для символического отображения электрических процессов, протекающих в РЭА, в состав её ГКД включаются электрические схемы, оформляемые в соответствии со стандартами ЕСКД.
Согласно определению ГОСТ 2.701-75, схемы - это графические конструкторские документы, на которых показаны в виде УГО составные части изделий и связи между ними. По назначению электрические схемы подразделяются на типы. Наиболее часто используемыми являются: схемы электрические структурные, определяющие в самом общем виде функциональный состав изделия; схемы электрические функциональные, дающие представление о процессах, которые протекают в отдельных функциональных частях или в изделии в целом; схемы электрические принципиальные, определяющие полный элементный состав изделия. Оперирование схемами, как и любыми ГКД, включает две основные составляющие – выполнение и чтение.
Отличительной особенностью процесса промышленной разработки РЭА является то, что он, проходя в рамках стандартной структуры стадий, регламентируемых ГОСТ 2.103-68, имеет ряд этапов, обусловленных спецификой процессов, которые лежат в основе её функционирования.
Наглядное представление о взаимосвязях отдельных стадий и этапов проектирования РЭА, а также характерных для них формах оперирования схемами дает граф, приведенный на рис. 1.
| Стадии проектирования |  | |||
| Этапы разработки | ||||
| | | | | |
| Формы оперирования электрическими схемами | Чтение СЭС, СЭФ, СЭП. Выполнение СЭС. Работа с УГО СЭП. | Чтение СЭС, СЭФ, СЭП. Выполнение СЭФ и СЭП. | Чтение СЭС, СЭФ, СЭП. | |
| Рис. 1. Последовательность разработки РЭА | ||||
Соответственно, формирование знаний и умений в области оперирования электрическими схемами, как ГКД, должно быть важной составной частью профессиональной подготовки специалистов в области радиоэлектроники.
Успешное же решение данной задачи невозможно без детального исследования природы электрических схем, как графических объектов, и разработки психолого-педагогических аспектов познавательной деятельности человека в процессе обучения оперированию этими схемами.
Ведущие специалисты в области теории и практики преподавания графических дисциплин: А.Д. Ботвинников, В.О. Гордон, В.Д. Жижин, В.С. Левицкий, Б.Ф. Ломов, Л.М. Эйдельс, И.С. Якиманская и др. рассматривали схемы в общем контексте графических объектов и изображений. С точки зрения графической деятельности человека, схемы являются одной из разновидностей “наглядности”, означающей, по определению И.С. Якиманской, доступность и удобство визуальному наблюдению. Они относятся к категории условных графических изображений. На их основе могут создаваться схематизирующие обобщения, где также может присутствовать и знаковая наглядность. В совокупности вся приводимая на схемах информация даёт вполне целостное представление о структуре отражаемых ими объектов. В свою очередь А.Д. Ботвинников рассматривает схемы с точки зрения “доступности для учащихся … сознательно оперировать условными и символическими обозначениями, входящими в состав схематического чертежа и создавать по нему образ объекта”. Кроме того, анализ схем как графических объектов, проведенный Л.С. Кожуновой, показал, что по характеру передаваемой информации схемы можно отнести к физически-подобным изображениям, а по форме отражения действительности – к образно-знаковым моделям.
Проводились также психофизиологические исследования в области оперирования условными графическими изображениями, как разновидностью наглядных средств усвоения знаний (А.Д. Ботвинников, Е.Н. Кабанова-Меллер, Б.Ф. Ломов и др.). Конкретно схемами в этом же направлении занимались Т.В. Кудрявцев, С.К. Морозов, Э.Г. Серебряный, И.С. Якиманская и др. В качестве основного вывода названных ученых по данному вопросу могут быть взяты слова И.С. Якиманской: “основная трудность у учащихся состоит в том, что за статическим изображением схемы они «не видят» динамических изменений объектов”.
Поэтому, опираясь на имеющиеся наработки, необходимо: всесторонне исследовать феномен электрических схем, в особенности, как графических объектов; проникнуть в суть познавательной деятельности человека при формировании знаний в области электрических схем в процессе профессионального обучения; создать психолого-педагогические основы обучения оперированию этими схемами.
Решить эти задачи оказывается возможным, если рассматривать электрические схемы в виде некоторой иерархической системы обобщённых геометрических образов. Исходным пунктом такого представления является известный факт, заключающийся в том, что электрические схемы - это изображения, за абстрактной, условной формой которых скрывается глубокая содержательная основа. Учёт этой основы и перекодировка информации при рассмотрении УГО, характерных для разных типов схем, позволяет сформировать целостную систему понятий, на базе которой можно сформулировать достаточно чёткие алгоритмы оперирования схемами.
Базисом исследования электрических схем, как некоторой единой системы геометрических объектов, могут служить следующие предпосылки: 1) - на разных типах схем УГО функциональных частей изображаются известным образом; 2) – прослеживается четкая закономерность типовых структур построения радиоэлектронных систем конкретного назначения: от самых сложных до элементарных; 3) - соответственно также наблюдается и типизация электрических схем, графически отражающих структуру и функциональный состав этих систем.
Предлагаемая система ОГО содержит семь порядков обобщения, характеристика которых приведена в таблице 1.
В совокупности такая система из семи порядков иерархии ОГО полностью описывает качественный и количественный состав РЭА любой сложности.
| Таблица 1. Описание иерархии ОГО РЭА | |
| Порядок ОГО | Степень обобщенности характеристик описываемого объекта |
| ОГО-0 | Элементарные геометрические образы, используемые для создания УГО элементов и устройств связи |
| ОГО-1 | УГО элементов РЭА |
| ОГО-2 | Типовые СЭП устройств связи |
| ОГО-3 | УГО устройств связи, обобщенно включающие в себя всё множество возможных схемных решений (типовых СЭП) |
| ОГО-4 | Типовые СЭС структурного построения конкретных изделий РЭА, включающие в себя всё множество возможных схемных решений |
| ОГО-5 | УГО устройств связи, обобщенно включающие в себя всё множество возможных структурных решений (типовых СЭС) в конкретной области науки и техники |
| ОГО-6 | УГО, отображающие в самом общем виде свойства устройства или системы независимо от области науки и техники |
Она также позволяет установить логическую связь между электрическими схемами разных типов. Последовательный переход от ОГО низших порядков к ОГО высших порядков (и наоборот) выявляет динамику раскрытия заложенной в схемах информации о РЭА. На основе этой системы также можно интерпретировать познавательную деятельность человека в процессе профессионального обучения как ряд взаимосвязанных этапов образного и логического мышления. В частности, в процессе образования ОГО можно выделить пять этапов: 1) - образного восприятия отдельных составляющих изображения конкретной функциональной части РЭА; 2) - логического обобщения взаимного положения этих составляющих; 3) - создания неповторимого целостного геометрического образа; 4) - соединения в сознании двух видов информации - графической и словесно-дискурсивной /об отображаемых физических процессах, связях, явлениях/; 5) - результирующей перекодировки и сжатия информации, обеспечивающих образование ОГО определённой степени обобщения.
Главным объектом изучения общенаучных, общетехнических и специальных дисциплин в вузах телекоммуникации, как уже говорилось, являются радиоэлектронные системы и устройства, основу которых, по сути, составляют электрические цепи разной степени сложности (рис. 2). При этом электрические схемы, являясь основным средством отображения структурного построения цепей и принципов их работы, объединяют все звенья технической подготовки специалиста в единую “конструкцию” высшего образования.
Соответственно, соблюдение единых правил выполнения и оформления схем становится важным условием реализации преемственности обучения и одинакового понимания электрических процессов на разных кафедрах. Отсюда естественным образом вытекает необходимость обучения студентов оперированию электрическими схемами как ГКД. Подготовка в этой области традиционно осуществляется в курсе инженерной графики в рамках темы “Электрические схемы”. Для выработки оптимальной системы обучения студентов в рамках данной темы необходимо иметь чёткое представление обо всём многообразии её внутрипредметных и межпредметных связей.
 | Физика - физические законы, лежащие в основе электрических процессов; ОТЦ - базовые методы расчета цепей; ТЭС - нелинейные электрические цепи и базовые принципы реализации электрической и радиосвязи; ФОЭ - принципы работы электронных приборов, из которых состоит РЭА; ИКГ - отображение электрических цепей и протекающих в них процессов; Спец. дисциплины - применение цепей в конкретных устройствах и системах. |
Рис. 2. Структура изучения электрических цепей в вузе телекоммуникаций | |
Изучение темы “Электрические схемы” в рамках курса ИКГ базируется на знаниях и умениях, сформированных его другими разделами (см. табл. 2). Выявленные внутрипредметные связи дают возможность системного формирования знаний и умений студентов по оперированию электрическими схемами. В частности, чертежи общего вида (относящиеся к разряду чертежей сборочных единиц) и электрические схемы отображают структуру многодетальных объектов (изделий РЭА), используя разные графические средства. Это, в свою очередь, открывает возможность применения известных приёмов выполнения и чтения чертежей к выполнению и чтению схем.
| Таблица 2 Внутрипредметные связи темы “Электрические схемы” с другимиразделами курса инженерной и компьютерной графики | |
| Коррелирующая дидактическая единица | Содержание знаний, переносимых в процесс изучения темы “Электрические схемы” |
| Начертательная геометрия | Способность представлять процессы, протекающие в отображаемых электрических цепях |
| Чертежи деталей | Изображение УГО функциональных частей РЭА |
| Чертежи сборочных единиц | Отображение принципов действия многодетальных объектов |
| Стандарты ЕСКД по графическому оформлению чертежей | Правила оформления схем как графических конструкторских документов |
| Компьютерная графика | Средства автоматизации выполнения электрических схем |
При раскрытии межпредметных связей темы “Электрические схемы” учитывались общие исследования подобных связей в обучении (С.И. Архангельский, Ю.К. Бабанский, А.И. Ерёмкин, Б.Т. Лихачев, М.Н. Скаткин и др.), а также разработки в области установления взаимосвязей фундаментальных, общепрофессиональных технических и естественнонаучных дисциплин.
Межпредметные связи темы “Электрические схемы” в учебном процессе вузов телекоммуникаций, наиболее полно описываемые через их временны́е, коррелятивные и логические характеристики, имеют две существенные особенности:
1. Эта тема, изучаемая в рамках учебной дисциплины “Инженерная и компьютерная графика” на первом курсе, имеет межпредметные связи практически со всеми общенаучными, общетехническими и специальными дисциплинами (рис. 3). Здесь целью педагогической деятельности обеспечивающей кафедры является обучение студентов оперированию электрическими схемами.
2. Электрические схемы, как ГКД, сами выступают в роли средства установления межпредметных связей между конкретными общетехническими и специальными дисциплинами на протяжении всего времени обучения студентов в вузе. При этом знания и умения в области электрических схем используются в учебном процессе для приобретения студентами новых знаний в области электрических цепей, т.е. содержательной основы схем.
 | Содержание межпредметных связей: 1 – химические процессы, лежащие в основе функционирования электро- и радиоматериалов, используемых в РЭА. 2 – физические законы, лежащие в основе электрических явлений и явлений электромагнетизма, используемых в РЭА. 3 – методы расчета электрических цепей. 4 – принципы функционирования электронных приборов, являющихся элементной базой РЭА. 5 – основы функционирования нелинейных электрических цепей и базовые принципы реализации электрической и радиосвязи. 6 – применение линейных и нелинейных электрических цепей и приборов в конкретных устройствах и системах. |
| Рис. 3. Структура и содержание межпредметных связей темы “Электрические схемы” | |