WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

 

На правах рукописи

РЫВЛИНА Александра Александровна

СИСТЕМА ОБУЧЕНИЯ СТУДЕНТОВ ВТУЗОВ ОПЕРИРОВАНИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СХЕМАМИ

(на основе педагогической деятельности

кафедр инженерной графики вузов телекоммуникаций)

Специальности:

13.00.02 – теория и методика обучения и воспитания (черчение)

13.00.08 – теория и методика профессионального образования

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора педагогических наук

Москва, 2009

Работа выполнена в Московском авиационном институте (государственном техническом университете) на кафедре прикладной геометрии и

Московском техническом университете связи и информатики

на кафедре инженерной и компьютерной графики

Научные консультанты:

доктор педагогических наук, профессор

ГЕРВЕР Владимир Александрович;

доктор технических наук, профессор

ЯКУНИН Вячеслав Иванович.

Официальные оппоненты:

доктор педагогических наук, профессор

АНИСИМОВА Людмила Николаевна;

доктор педагогически наук, профессор

КОРЗИНОВА Елена Игоревна;

доктор педагогических наук, профессор

ЧЕКМАРЕВ Арнольд Анатольевич.

Ведущая организация: Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)

       Защита состоится «_____» сентября 2009 г. в  «_____» час. на заседании диссертационного совета Д 212.154.03 при Московском педагогическом  государственном университете (117571, Москва, Проспект Вернадского, д. 88, ауд. № 551)

       С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского  педагогического государственного университета по адресу: 119992, Москва, Малая Пироговская, д. 1.

       

Автореферат разослан « _____ » _______________ 2009 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета                                                МАКАРОВА К.В.                                        

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ

ВТУЗ

- высшее техническое учебное заведение.

ГБ НИР

- госбюджетная научно-исследовательская работа.

ГКД

- графическая конструкторская документация.

ГОСТ

- Государственный стандарт.

ЕСКД

- Единая система конструкторской документации.

ИКГ

- инженерная и компьютерная графика.

КД

- конструкторская документация.

КСООЭС

- комплексная система обучения оперированию электрическими схемами.

МТУСИ

- Московский технический университет связи и информатики.

НИР

- научно-исследовательская работа.

НМК

- научно-методическая конференция.

НМС

- научно методический совет.

ОГО

- обобщенный геометрический образ.

РВТ

- радиосвязь, радиовещание и телевидение.

РЭА

- радиоэлектронная аппаратура.

САПР

- система автоматизированного проектирования.

СибГУТИ

- Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики.

СЭП

- схема электрическая принципиальная.

СЭС

- схема электрическая структурная.

СЭФ

- схема электрическая функциональная.

ТЭС

- теория электрической связи.

ТЭЦ

- теория электрических цепей.

УГО

- условное графическое обозначение.

УМД

- учебно-методическая документация.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Проблема исследования и её актуальность. Повышение качества образования в настоящее время является одним из приоритетных направлений деятельности высшей школы. Это особенно актуально для вузов, осуществляющих подготовку  в различных областях радиоэлектроники и техники связи, и в первую очередь – для вузов телекоммуникаций. Действительно, нет ни одной стороны жизни современного человека, где ни нашли бы применение достижения того или иного направления телефонной, телеграфной и подвижной связи, радиовещания и телевидения, бытовой радиоэлектронной и вычислительной техники. Все эти замечательные достижения человеческой мысли стали возможны благодаря изобретению и постоянному совершенствованию РЭА, которая является материальной базой радиоэлектроники.

Круг задач, решаемых выпускниками вузов телекоммуникаций в их практической деятельности, очень широк - от разработки радиоэлектронных систем до их производства и эксплуатации. Соответственно, основной целью учебной работы этих вузов является реализация комплексной системы профессиональной подготовки специалистов высокой квалификации, позволяющей им быть востребованными в любом из отмеченных направлений инженерной деятельности.

Целью высшего технического образования в вузах телекоммуникаций является формирование студентов как специалистов:

  • ясно представляющих принципы работы радиоэлектронных систем и РЭА;
  • глубоко понимающих суть физических явлений, положенных в основу функционирования этих систем;
  • разбирающихся в электрических процессах, протекающих как в системах в целом, так и в их отдельных функциональных частях;
  • умеющих грамотно оперировать радиоэлектронными системами.

Естественно, что для освоения всего перечисленного комплекса знаний студенты должны обладать не только технической подготовкой, но и графической грамотностью. При этом специфика связных и радиотехнических специальностей диктует необходимость включения в программу обучения наряду с общими вопросами инженерной графики вопросы изучения графики  электрических схем.

Электрические схемы играют исключительно важную роль в профессиональной деятельности радиоинженеров и инженеров-связистов, выступая в качестве средства отображения инженерной мысли, а также одного из важнейших компонентов конструкторской документации на РЭА, который дает представление об ее функциональном составе и принципах работы. Поэтому умение оперировать электрическими схемами, а именно – выполнять и читать их, является неотъемлемой составляющей графической грамотности инженеров, работающих с РЭА. Действительно, инженер должен правильно составлять электрические схемы, исходя из тех электрических процессов, которые необходимо реализовать в разрабатываемой аппаратуре. Кроме того, ему необходимо владеть навыками чтения готовых схем для того, чтобы разбираться с их помощью в принципах работы РЭА.

На протяжении всего времени пребывания студентов в вузах телекоммуникаций как выполнение, так и чтение электрических схем являются непременными и весьма важными составляющими их повседневной учебной деятельности. Однако опыт работы преподавателей вузов свидетельствует о том, что при оперировании электрическими схемами студенты испытывают большие трудности. Они допускают много ошибок в графике функциональных частей РЭА, не могут грамотно оформить схему в виде ГКД, затрудняются при определении необходимой информации о работе устройств на основании их электрических схем.

В настоящее время целенаправленное формирование графической грамотности в области электрических схем осуществляется только на первом курсе в рамках учебной дисциплины “Инженерная и компьютерная графика”. При этом вследствие низкой пропедевтической подготовки студентов в области основ электромагнетизма (то есть содержательной составляющей схем) им, главным образом, прививают умения выполнять схемы как ГКД. Обучение чтению происходит позже на других технических кафедрах и является сопутствующим элементом преподавания общетехнических и специальных дисциплин. Соответственно, образовательная деятельность различных кафедр в рассматриваемой области в рамках всего вузовского учебного процесса носит бессистемный характер. В результате этого нарушаются такие важные принципы дидактики, как сознательность, доступность и последовательность обучения, что приводит к снижению эффективности учебной работы студентов.

Таким образом, налицо явное противоречие между всё возрастающими требованиями к уровню профессиональной подготовки специалистов и сложившейся практикой обучения, не позволяющей эффективно осуществлять эту подготовку, что во многом происходит из-за неумения студентов грамотно оперировать электрическими схемами.

Это противоречие подтверждает актуальность исследования, выявляющего особенности педагогического процесса, в котором задействованы электрические схемы. Необходимость такого исследования в значительной мере усиливается в связи с тем, что проблема обучения оперированию схемами ранее практически не изучалась.

       Объект исследования: учебный процесс вузов телекоммуникаций, в котором электрические схемы являются важнейшим фактором, объединяющим все звенья технической подготовки специалистов.

Предмет исследования: психолого-педагогические и профессионально-технические аспекты обучения оперированию электрическими схемами в вузах телекоммуникаций.

Цель исследования: решение проблемы повышения качества графической грамотности студентов вузов телекоммуникаций в области оперирования электрическими схемами.

Гипотеза исследования заключается в предположении, что уровень профессиональной подготовки студентов в вузах телекоммуникаций может быть существенно повышен, если:

  • обучение оперированию электрическими схемами будет осуществляться непрерывно на протяжении всего времени профессиональной подготовки в вузе;
  • у студентов будет сформировано четкое понимание того, что электрические схемы, как средства условного отображения физических процессов, протекающих в электрических цепях, относятся к разряду основополагающих факторов, которые обеспечивают взаимосвязь и преемственность всех общетехнических и специальных дисциплин;
  • процесс обучения будет проходить целенаправленно в рамках специально разработанной комплексной системы, учитывающей возрастание компетентности студентов в области содержательной основы электрических схем;
  • система будет носить многоступенчатый характер и охватывать все звенья учебного процесса - от пропедевтической подготовки первокурсников вплоть до дипломного проектирования, а также включать соответствующее повышение квалификации преподавателей общетехнических и специальных кафедр.

Выполнение перечисленных условий приведёт к повышению графической грамотности студентов в области оперирования электрическими схемами и, как следствие, - к повышению качества образования выпускаемых специалистов, потому, что в этом случае учебный процесс будет строиться с учетом принципов дидактики.

Задачи исследования:

  1. Теоретически и экспериментально исследовать процесс обучения оперированию электрическими схемами в высшей технической школе на современном этапе;
  2. Выявить основные профессионально-технические и познавательные аспекты  процесса оперирования электрическими схемами;
  3. Определить роль и место электрических схем в системе профессиональной подготовки специалистов телекоммуникаций;
  4. Разработать комплексную систему обучения оперированию электрическими схемами, обеспечивающую полноценное формирование графической грамотности студентов в этой области;
  5. Определить педагогические задачи общенаучных, общетехнических и специальных кафедр в рамках предлагаемой системы;
  6. Провести экспериментальную проверку разработанной системы обучения в целях доказательства её эффективности;
  7. Разработать рекомендации по дальнейшим направлениям исследований.

Методологическая основа исследования:

  • В области теоретических основ педагогики и дидактики – труды Ю.К. Бабанского, В.П.  Беспалько, И.Я. Лернера, Б.Т. Лихачева, В.Г. Разумовского, М.Н. Скаткина, И.Ф. Харламова и др.
  • В области педагогики высшей школы – идеи С.И. Архангельского, В.П. Бес-палько, В.С. Леднева, А. Мелецинека и др.
  • В области теории технического образования и основ инженерного творчества - идеи, изложенные в трудах Н.А Аитова, Г.С. Альтшуллера, Б.П. Вельгольского, В.С. Леднева, А. Мелецинека, А.И. Половинкина, А.Ф. Эсаулова, И.С. Якиманской и др.
  • В области основ преподавания графических наук – результаты исследований таких ведущих специалистов, как Л.Н. Анисимова, А.Д. Ботвинников, И.С. Вышнепольский, В.А. Гервер, В.О. Гордон, Е.Н. Кабанова-Меллер, В.С. Кузин, Б.Ф. Ломов, С.П. Ломов, И.А. Ройтман, С.А. Фролов, А.А. Чекмарев, Н.Ф. Четверухин, Е.В. Шорохов, Л.М. Эйдельс, И.С. Якиманская, В.И. Якунин и др.
  • В области психолого-педагогических и психофизиологических вопросов – исследования П.Я. Гальперина, В.П. Зинченко, Е.Н. Кабановой-Меллер, А.Н. Леонтьева, Б.Ф. Ломова, Н.А. Менчинской, С.Л. Рубинштейна, Н.Ф. Талызиной и др.
  • В области общей теории системного подхода – труды А.Н. Аверьянова, П.К. Анохина, В.Г. Афанасьева, И.В. Блауберга, Т.А. Ильиной, Д. Клиланда и В. Кинга, Н.В. Кузьминой, А.И. Уемова и др., а также вопросов построения систем обучения графическим дисциплинам – диссертационные исследования К.А. Бездудного, В.А. Гервера, Ю.Ф. Катхановой, В.И. Ниловой, В.В. Степаковой, А.С. Семенова и др.
  • В области теории межпредметных связей учебных дисциплин – труды С.И. Архангельского, Ю.К. Бабанского, В.П. Беспалько, Р.А. Блохиной, А.И. Ерёмкина, Т.А. Ильиной, И.Я. Лернера, Н.А. Лошкаревой, В.Н. Максимовой, Э.И. Моносзона, Ю.А. Самарина, М.Н. Скаткина и др.
  • В основу методологии экспериментального обучения положены идеи развивающего обучения, содержащиеся в трудах Л.В. Занкова, Е.Н. Кабановой-Меллер, И. Я. Лернера, Н.А. Менчинской, Д.Б. Эльконина, И.С. Якиманской и др.

В работе использовались следующие методы научных исследований: теоретические исследования; наблюдение и беседа; экспериментальное обучение и экспериментальные уроки.

Достоверность и обоснованность результатов исследования подтверждается:

  1. Сочетанием различных методов исследования в ходе констатирующих экспериментов: наблюдения, беседы и теоретических исследований;
  2. Массовостью данных констатирующих и обучающих экспериментов, проводимых на разных факультетах;
  3. Сопоставлением однородных экспериментальных данных за несколько лет;
  4. Комплексным подходом к оценке знаний и умений студентов в контексте триединой природы электрических схем: а) – их содержательной основы (отображаемых электрических процессов), б) - схем как графических объектов и в) - схем как графических конструкторских документов;
  5. Использованием при оценке уровней знаний и умений студентов двух независимых способов измерения результатов - относительного и абсолютного;
  6. Высокой степенью корреляции:
  • результатов теоретического анализа и экспериментальных констатирующих исследований динамики формирования графической грамотности студентов;
  • предварительных оценок и результатов обучающих экспериментов.

На защиту выносятся:

  1. Разработанные психолого-педагогические и профессионально-технические аспекты обучения студентов втузов оперированию электрическими схемами.
  2. Многоступенчатая комплексная система обучения оперированию электрическими схемами, учитывающая уровни усвоения знаний и охватывающая все аспекты учебного процесса в высшей технической школе (на примере вузов телекоммуникаций).
  3. Главные теоретические и практические составляющие предлагаемой системы обучения:
  • основные принципы системного подхода к преподаванию темы “Электрические схемы” в курсе “Инженерной и компьютерной графики” вузов телекоммуникаций;
  • классификация методических опор, являющихся основой для создания учебных заданий, используемых в процессе обучения оперированию электрическими схемами;
  • классификация типичных ошибок в выполняемых студентами электрических схемах, без которой невозможно эффективная проверка работ, а значит и обучение оперирования ими;
  • структура и содержание пропедевтической информации, необходимой для успешного обучения оперированию электрическими схемами;
  • комплекс учебно-методической документации, содержащей необходимые теоретические сведения для системного формирования как содержательной, так и графической составляющих электрических схем;
  • системы рабочих приемов выполнения и чтения электрических схем, основанные на выявленной общности этих схем с чертежами общего вида многодетальных изделий радиоэлектроники.
  1. Комплекс учебно-методических материалов для мониторинга знаний студентов в процессе обучения оперированию электрическими схемами.
  2. Иерархическая система обобщенных геометрических образов, выдвигаемая в качестве теоретической основы научного познания всего комплекса проблем, связанных с оперированием электрическими схемами.

Научная новизна исследования.

  1. Предложена и обоснована модель триединой природы электрических схем в контексте: содержательной основы; схем, как графических объектов; схем, как графических конструкторских документов.
  2. Представлена модель взаимодействия в сознании человека ОГО различных ступеней иерархии при оперировании электрическими схемами изделий РЭА.
  3. Раскрыта роль электрических схем как связующего звена для всех технических дисциплин вузов телекоммуникаций.
  4. Выявлена структура внутрипредметных и межпредметных связей электрических схем в системе профессиональной подготовки специалистов в вузах телекоммуникаций.
  5. Введено обобщенное понятие языка науки и техники в области радиоэлектроники.
  6. Разработаны структура и содержание многоступенчатой комплексной системы обучения, а также её основных базовых подсистем, обеспечивающих эффективное формирование графической грамотности студентов в области оперирования электрическими схемами на протяжении всего времени пребывания студентов в вузе.

Теоретическая значимость исследования.

  1. Определены роль и место электрических схем в структуре графической конструкторской документации на РЭА, исследованы особенности оперирования электрическими схемами в процессе разработки этой аппаратуры.
  2. Установлена триединая природа электрических схем; дана общая характеристика этих схем, как графических объектов; предложена их интерпретация как иерархической системы обобщённых геометрических образов.
  3. Разработаны основы теории межпредметных связей в области обучения оперированию электрическими схемами при профессиональной подготовке специалистов вузов телекоммуникаций.
  4. Подтверждено, что в настоящее время уровень пропедевтических знаний студентов первого курса недостаточен для полноценного изучения темы “Электрические схемы” в рамках учебной дисциплины “Инженерная и компьютерная графика”, а также выявлены причины этого явления.
  5. Осуществлено дальнейшее развитие идей системного подхода в области обучения графическим дисциплинам применительно к таким специфическим объектам, как электрические схемы.

Практическая значимость результатов исследования состоит в том, что:

  1. Разработанная система обучения оперированию электрическими схемами является эффективным средством реального улучшения качества профессионального образования в вузах телекоммуникаций. При этом она гармонично вписывается в рамки существующей структуры учебного процесса за счет формирования соответствующих педагогических условий.
  2. Предлагаемая классификация методических опор расширяет возможности подготовки учебных заданий для обучения на разных ступенях КСООЭС, а также в других технических дисциплинах.
  3. Созданные методика проведения занятий и система заданий для пропедевтического обучения оперированию электрическими схемами нашли применение в учебном процессе кафедр инженерной графики вузов телекоммуникаций.
  4. Комплекс учебно-методических материалов для мониторинга знаний студентов в области оперирования электрическими схемами внедряется в процессы текущего, итогового и отсроченного контроля на разных этапах обучения.
  5. Предложенная система классификации типичных ошибок в электрических схемах может использоваться: при подготовке специалистов в различных областях телекоммуникаций; в редакционно-издательском деле; в проектных и конструкторских разработках. Чёткая дифференциация типичных ошибок открывает возможности для написания программ автоматизированного нормоконтроля схемной документации.
  1. Сформулированная концепция представления электрических схем как иерархической системы ОГО позволяет: разработать алгоритмы выполнения и чтения электрических схем, адаптированные к общепринятой в отрасли радиоэлектроники и телекоммуникаций терминологии; создать инновационные объектно-ориентированные САПР РЭА.

Организация и ход исследования. Работа осуществлялась в течение 2000-2008 гг. на базе Московского технического университета связи и информатики в несколько этапов:

1 этап (2000-2003 гг.). Подбирался, классифицировался и изучался теоретический материал в области педагогики, психологии, оперирования электрическими схемами. Выявлялась актуальность исследования, формулировалась гипотеза, обосновывались цели и задачи. Разрабатывались основные профессионально-технические и психолого-педагогические аспекты оперирования электрическими схемами. Проводился констатирующий эксперимент по исследованию эффективности существующей системы преподавания темы “Электрические схемы” на графических кафедрах вузов телекоммуникаций.

2 этап (2003-2005 гг.). Теоретически и экспериментально исследовалась динамика формирования знаний и умений студентов в области оперирования электрическими схемами на протяжении всего времени обучения в вузах телекоммуникаций. Определялась роль конкретных технических кафедр в обучении конкретным формам оперирования электрическими схемами. Анализировалась школьная и вузовская учебная литература на предмет определения информативности с точки зрения возможностей обучения выполнению и чтению электрических схем.

3 этап (2005-2006 гг.). Разрабатывалась концепция КСООЭС и основных  базовых подсистем, обеспечивающих её функционирование. Подготавливалась и выпускалась соответствующая УМД. Осуществлялась экспериментальная проверка предлагаемой системы.

4 этап (2006-2008 гг.). Проводились анализ и обобщение полученных результатов, вырабатывались рекомендации по внедрению КСООЭС и дальнейшим направлениям исследований. Подводились итоги работы, публиковались основные результаты исследований, осуществлялись написание и оформление диссертации.

Диссертационное исследование проводилось в соответствии с планом НИР кафедры ИКГ МТУСИ в рамках ГБ НИР по проблемам высшей школы “Исследование динамики развития у студентов МТУСИ знаний и умений по выполнению электрических схем” (№ Гос.  регистрации 0120020472; науч. рук. В.А. Гервер; отв. исполнитель А.А. Рывлина).

Апробация и внедрение результатов исследования. Основные положения, выводы и рекомендации, содержащиеся в диссертации, докладывались и обсуждались в 1998-2008 гг. на научно-методических и научно-технических конференциях МТУСИ (16 докладов), а также излагались в общей сложности в 16 докладах на:

  • VI - IX Международных НМК вузов и факультетов телекоммуникаций (Йошкар-Ола - 2000 г.), (Ульяновск - 2002 г.), (УФА - 2004 г.), (С.- Петербург - 2006 г.);
  • Семинарах-совещаниях заведующих кафедрами ИКГ вузов телекоммуникаций (Москва, МТУСИ, 2-13 декабря 2002 г. и 22 октября – 2 декабря 2007 г.).
  • IV международной конференции “CAD/CAM/PDM – 2004. Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта”. Москва, 2-5 ноября 2004г.;
  • 4-ой НМК “Инновационные методы и средства оценки качества образования”. 20-21 апреля 2006 г., Москва;
  • 1-й и 2-й Московских отраслевых научных конференциях «Технологии информационного общества» (Москва, 2007-2008 гг.);

Результаты диссертационной работы внедрены следующим образом:

  1. Разработанные в диссертации идеи и дидактические материалы составили основу 3 части “Электрические схемы” учебного пособия [1], рекомендованного НМС по начертательной геометрии, инженерной и компьютерной графике при Министерстве образования и науки Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов технических специальностей. Они также вошли в конспекты лекций [2,3] и лабораторный практикум [4].
  2. “0 … 3” ступени КСООЭС в включены в программы учебных дисциплин “Инженерная и компьютерная графика” и “Компьютерная графика” ведущих вузов телекоммуникаций – МТУСИ и СибГУТИ.
  3. Предложенные дидактические материалы для мониторинга знаний в области электрических схем нашли применение в аттестационной деятельности Центра тестирования профессионального образования, а также в учебном процессе графических кафедр МТУСИ и СибГУТИ.
  4. Учебные пособия [1-4] и монография [6], классификация ошибок, тестовые материалы используются при обучении и аттестации инженерно-технического персонала компании ЗАО «АмРуссТел", а также в её проектной и конструкторской деятельности.

Структура диссертации. Диссертация содержит два тома и состоит из введения, пяти глав с выводами, рекомендаций по дальнейшим направлениям исследований, заключения, библиографии и приложений. Кроме текстовых материалов в работу включены схемы, таблицы, иллюстрации, графики и гистограммы.

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 другими

разделами 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 временные, 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”

В то же время, по мнению А.И. Ерёмкина, одним из основных элементов установления межпредметных связей, наравне с фундаментальными теориями и наиболее общими методами, является так называемый язык науки. Этот язык, обладая экономной формой выражения содержания и понятий посредством формул и других условных зависимостей и отношений, как отмечает С.И. Архангельский, выступает в роли средства научного познания в высшей школе.

Кроме того, широко распространено понятие “язык техники”, введенное ещё Гаспаром Монжем и подразумевающее графический способ передачи технической информации, т. е. инженерную графику.

Электрические схемы, являющиеся одновременно и средством передачи инженерной мысли, и графическим объектом, который изучается в рамках инженерной графики, с полным правом можно отнести как к языку науки, так и к языку техники. Таким образом, исследуя феномен электрических схем, вполне правомерно ввести  обобщенное понятие языка науки и техники в области радиоэлектроники вообще и телекоммуникаций в частности. Этот язык содержит две составляющие - словесно-дискурсивную (содержательную) и наглядную (см. табл. 3). Электрические схемы относятся к условным графическим изображениям, входящим в состав наглядности.

Включение электрических схем в единую структуру языка науки и техники дает возможность выработки взаимосвязанных подходов к формированию целостной системы изучения общенаучных, общетехнических и специальных дисциплин в области радиоэлектроники.

Проведенное в первой главе исследование дает основание для фундаментального вывода о триединой природе электрических схем. Они имеют содержательную основу (отображаемые электрические процессы); являются графическими объектами (графика УГО функциональных частей РЭА и отображаемых электрических связей) и могут выступать в качестве графических конструкторских документов (табл. 4).

Таблица 3.



Язык науки и техники в области радиоэлектроники

Словесно-дискурсивная информация

Наглядность

Знаковые модели

Условные графические

изображения

Термины

Регламентирующие стандарты ЕСКД

Понятия

Символы

Чертежи

Схемы

Умозаключения

Обозначения

Виды и типы  схем

Чертежи деталей

Уравнения

Чертежи сборочных единиц

Электрические схемы

Отчеты

Формулы

Наглядные изображения

УГО

Описания

Графики

Графика схем

Инструкции

Диаграммы

Эскизы и

технические рисунки

Схемы как ГКД

Схемы - иллюстрации

Таблица 4.

ТРИЕДИНАЯ ПРИРОДА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

I. Содержательная  основа

II.  Графические объекты

III. ГКД

I.1. Физические и химические процессы в электронных приборах.

II.1. Графика УГО функциональных частей РЭА

III.1. Типы  схем, их роль и место в процессе разработки РЭА.

I.2. Отображаемые принципы преобразования сигналов.

II.2. Графика отображаемых электрических связей.

III.2. Компоновка

чертежа.

I.3. Отображаемые принципы построения систем РЭА.

II.3. Схемы –

  иллюстрации.

III.3. Правила оформления

  согласно ЕСКД.

Вторая глава “Проблема обучения оперированию электрическими схемами на современном этапе” посвящена теоретическому анализу существующей практики формирования у студентов знаний и умений в данной области на протяжении всего времени обучения в вузе. Исследование проводилось на примере МТУСИ, являющегося типичным вузом, чей учебный процесс целиком построен на использовании электрических схем. При этом мы ставили три задачи:

I. Проследить динамику формирования знаний и умений студентов в области оперирования электрическими схемами.

II. Исследовать современное состояние процесса преподавания темы “Электрические схемы” в курсе ИКГ, дающем студентам первое представление о схемах.

III. Проанализировать школьную и вузовскую учебную литературу с точки зрения возможностей формирования графической грамотности учащихся в области оперирования электрическими схемами.

В ходе решения первой задачи на основе анализа учебных планов основных специальностей, по которым ведётся подготовка специалистов в МТУСИ, были получены и систематизированы данные о содержании и структуре технического образования в вузах телекоммуникаций. В результате составилась более четкая картина состояния учебного процесса в вузе:

  1. Оперирование электрическими схемами осуществляется на протяжении всего времени обучения. При этом степень сложности цепей, отображаемых на схемах, непрерывно возрастает - от простейших цепей на 1 курсе вплоть до профессиональных комплексных устройств и систем на старших курсах.
  2. Целенаправленное формирование графической грамотности в области электрических схем имеет место только на 1 курсе при изучении ИКГ. При этом упор делается на обучение студентов выполнению схем, как ГКД.
  3. Главным содержанием педагогической деятельности технических кафедр является формирование знаний в области основных принципов функционирования электрических цепей и радиоэлектронных устройств и систем, то есть – в области содержательной основы электрических схем.
  4. Обучение чтению электрических схем на технических кафедрах происходит, в основном, следующими тремя способами:
  • через демонстрацию на схемах путей прохождения токов и сигналов при объяснении принципов работы конкретных цепей и устройств. Схемы при этом используются в качестве иллюстративного материала, то есть средств наглядности;
  • путем предъявления студентам системы взаимосвязанных вопросов о принципах работы изучаемых цепей, блоков, систем при решении типовых задач и выполнении лабораторных работ. Схемы в данном случае также выступают в роли вспомогательного демонстрационного материала;
  • посредством описания принципов работы устройств с помощью законченных фраз и суждений. Последнее имеет место при выполнении студентами курсовых и дипломных работ. Электрические схемы в таких работах могут использоваться как иллюстрации, а также оформляться в виде ГКД.

Общий вывод - в настоящее время в вузах телекоммуникаций целенаправленное формирование графической грамотности студентов в области электрических схем осуществляется исключительно на кафедрах инженерной графики. Другие технические кафедры в основном используют электрические схемы в своем учебном процессе. Обучение оперированию (главным образом - чтению) является сопутствующим элементом образования, получаемого студентами на этих кафедрах.

При изучении дисциплины “Инженерная и компьютерная графика” студентов знакомят с основными типами электрических схем, используемых на практике, а именно – СЭС, СЭФ и СЭП, и обучают их выполнению как ГКД в соответствии со стандартами ЕСКД. Конкретное количество и способы выполнения графических работ (ручной или автоматизированный) определяются учебными планами. В частности, на кафедре ИКГ МТУСИ на дневном отделении практикуется два варианта учебного процесса: 1) - СЭС и СЭФ выполняются вручную, СЭП – автоматизированным способом → при малом количестве учебных часов; 2) – все три схемы выполняются на компьютере → в условиях большего объёма учебного времени.

В процессе обучения студенты: изучают УГО типовых функциональных частей РЭА; знакомятся с основными принципами компоновки схем; отрабатывают практические приемы оформления электрических схем как ГКД; усваивают, что общее и в чём различия в графическом оформлении разных типов схем.

В работах обычно используются задания двух категорий: в форме графов, в символическом виде отображающих традиционную конфигурацию электрических схем реальных устройств РЭА, и в виде готовых фрагментов схем конкретных устройств РЭА.

К недостаткам существующей методики преподавания относятся: отсутствие вводной информации о содержательной составляющей электрических схем, а также описания назначения и принципов работы приборов и устройств, для которых составляются схемы; отсутствие логической связи между различными типами схем вследствие того, что студент обычно выполняет эти схемы для совершенно разных приборов и устройств; в определенной степени механический, репродуктивный характер работы при формальном копировании готовой конфигурации схемы, приведенной в задании. Кроме того, задания не содержат дидактических материалов, предназначенных для целенаправленного обучения чтению схем.

Для выявления полной картины современного состояния проблемы обучения оперированию электрическими схемами было также проведено теоретическое исследование литературы, формирующей знания и умения студентов на разных этапах учебного процесса. Эта литература может быть подразделена на три группы: 1) - школьная, закладывающая основы пропедевтических знаний студентов первого курса; 2) - используемая при изучении темы “Электрические схемы” на графических кафедрах; 3) - изучаемая на общенаучных, общетехнических и специальных кафедрах. В результате анализа этой литературы установлено:

  • - в области пропедевтической школьной подготовки: школьников не учат понимать, читать и выполнять схемы; перенос знаний из области электроники в графическую деятельность отсутствует; учебники имеют существенные недочеты с точки зрения соответствия стандартам ЕСКД.

Вследствие этого студенты 1 курса к сознательной работе даже с простыми электрическими схемами на практике не готовы.

  • - при обучении на графических кафедрах вузов: типовая учебная и справочная литература по инженерной графике не обеспечивает уровень и объем информации, необходимые для полноценного освоения раздела “Электрические схемы”; УМД графических кафедр содержит необходимую информацию для обучения студентов рабочим приемам выполнения и графического оформления электрических схем, однако она не предназначена для знакомства студентов с приемами чтения этих схем.
  • - при изучении общенаучных, общетехнических и специальных дисциплин: используемая в учебном процессе литература предназначена исключительно для освоения содержательной составляющей электрических схем; в этой  литературе наблюдаются многочисленные отклонения от регламентирующих стандартов в графических и буквенных обозначениях элементов и устройств РЭА, что негативно сказывается на способности студентов к оперированию электрическими схемами.

Влияние отмеченных факторов в результате приводит к тому, что основы графической грамотности, заложенные в курсе ИКГ при изучении темы “Электрические схемы”, не закрепляются и не дополняются. Это приводит к снижению уровня знаний и умений.

В целом результаты теоретических исследований свидетельствуют:

  • в настоящее время имеют место серьёзные недостатки в организации учебного процесса, приводящие к разрыву в формировании знаний и умений студентов в области выполнения и чтения электрических схем;
  • в вузах не существует единой системы целенаправленного формирования графической грамотности студентов в области электрических схем.

В третьей главе “Экспериментальные констатирующие исследования знаний и умений студентов в области оперирования электрическими схемами” было проведено комплексное изучение динамики формирования графической грамотности студентов в рассматриваемой области. Для получения целостной картины учебного процесса работа осуществлялась по двум направлениям:

А. Определение динамики формирования знаний и умений студентов в процессе всего времени их обучения в вузе;

Б. Исследование эффективности существующей системы преподавания темы “Электрические схемы” на кафедрах инженерной графики вузов телекоммуникаций.

В качестве методологической базы были использованы идеи, разработанные ведущим специалистом в области методики преподавания графических дисциплин А.Д. Ботвинниковым. Достоверность результатов достигалась за счет соблюдения строгости и объективности исследований, обеспечиваемых: массовостью и  сопоставлением данных, полученных разными методами исследования, а также сопоставлением однородных данных за несколько лет.

Работа, в основном, проводилось методом косвенного наблюдения в форме анкетирования. В качестве дополнительного средства, подтверждающего достоверность результатов анкетирования, в ней также выборочно проводились беседы. При этом оценка уровней знаний и умений студентов осуществлялась двумя способами: относительным, позволяющим получать обобщенные оценки знаний и умений контингента студентов в целом, и абсолютным, дающим возможность идентификации конкретных уровней знаний и умений.

Исследование динамики формирования знаний и умений студентов в области оперирования электрическими схемами в процессе обучения в вузе заключалось в проведении комплексного обследования студентов 1-5 курсов МТУСИ. Оно состояло из шести контрольных срезов, а именно: двух на первом курсе – до и после изучения темы “Электрические схемы” на кафедре ИКГ и ещё четырех – последовательно на 2-5 курсах. Для большей достоверности результатов работа осуществлялась в течение трёх лет (2003-2005 г.г.) на разных факультетах МТУСИ. В эксперименте принимали участие более 400 студентов 1-5 курсов. На основании проведенного констатирующего эксперимента можно сделать следующее обобщающее заключение:

I. В области понимания сути радиоэлектроники и РЭА четко прослеживается положительная динамика формирования у студентов в процессе обучения в вузе достаточно верных представлений (от 14% в начале обучения до 46% на 5 курсе). Однако более половины выпускников не в состоянии четко сформулировать суть этих понятий.

II. Обобщенные данные о динамике формирования графической грамотности студентов в процессе обучения в университете свидетельствуют:

  • до обучения на 1 курсе практически все студенты не могут сознательно оперировать электрическими схемами (и СЭС, и СЭП);
  • после обучения на кафедре ИКГ в среднем лишь 17% студентов способны хорошо выполнить СЭП и СЭС, а также ответить на вопросы. При этом 14% первокурсников дают описание принципа действия системы с помощью СЭС, в случае СЭП этого сделать не может никто.
  • можно считать, что к 5 курсу 40% студентов имеют хорошую подготовку в области оперирования СЭС и 37% - удовлетворительную. Порядка четверти всех выпускников (23%) – не готовы к сознательной и грамотной работе с СЭС. Соответственно примерно 30% пятикурсников хорошо подготовлены к полноценному оперированию СЭП, около 50% могут лишь удовлетворительно выполнять эти схемы и отвечать на вопросы, а 20% - вообще не приобрели достаточных знаний и умений в данной области.

III. Причины сравнительно невысоких показателей, полученных в результате констатирующего эксперимента, вполне очевидны:

  • При поступлении в вуз учащиеся практически не обладают необходимыми пропедевтическими знаниями как в области содержательной основы, так и графики электрических схем. Поэтому они не готовы к сознательному освоению темы “Электрические схемы” в составе учебной дисциплины “Инженерная и компьютерная графика” на кафедре ИКГ.
  • В рамках учебной дисциплины “Инженерная и компьютерная графика” первокурсники изучают, по сути дела, лишь ознакомительный курс. Они выполняют, как следует из материалов главы 2, только по одной графической работе для каждого типа схем: СЭС, СЭФ и СЭП. Вследствие этого у студентов отсутствует  возможность закрепить знания и умения. Умения не превращаются в навыки. 
  • На 2 курсе специальная графическая подготовка отсутствует. Однако еще достаточно свежи остаточные знания, заложенные на кафедре ИКГ. Поэтому, несмотря на естественный процесс забывания, второкурсники в значительной степени сохраняют знания, полученные на первом курсе.
  • На старших курсах целенаправленная подготовка в области развития графической грамотности студентов  практически отсутствует. Только по мере выполнения большого количества курсовых проектов и при подготовке выпускной квалификационной работы происходят постепенное очень медленное и недостаточное по качеству наращивание, запоминание и систематизация знаний и умений в области оперирования электрическими схемами.

Резюме: Существующая практика обучения в вузах телекоммуникаций в целом не обеспечивает на должном уровне формирования графической грамотности будущих специалистов.

Для определения эффективности существующей системы преподавания темы “Электрические схемы” на кафедрах инженерной графики вузов телекоммуникаций было осуществлено детальное исследование знаний и умений первокурсников. Педагогический эксперимент проводился на базе кафедры ИКГ МТУСИ в 2001 - 2005 годах. В исследованиях было задействовано более 200 студентов, обучающихся специальностям, наиболее ярко отражающим основные направления телекоммуникаций.

В целях получения объективной информации эксперимент включал два контрольных среза знаний и умений студентов:

- на момент начала изучения на кафедре ИКГ темы “Электрические схемы” для выявления пропедевтических знаний студентов;

- по завершению обучения для определения результирующего уровня знаний и умений студентов.

Сравнение результатов этих срезов даёт достоверную информацию о том, какие конкретные знания и умения получают студенты на кафедре ИКГ. Количественный анализ полученных данных свидетельствует о положительном характере динамики формирования знаний и представлений студентов 1 курса.

1. В области радиоэлектроники и РЭА при первом контрольном срезе преобладает контингент студентов, не знающих ответов на поставленные вопросы (в среднем ~62%). Достаточно четко сформулировать свое мнение смогли лишь 15,5% первокурсников.

После изучения темы “Электрические схемы” способны вполне точно ответить на вопросы 25% опрошенных, не ответили ~46% студентов.

2. Количество студентов, готовых в результате обучения дать довольно точное определение электрических схем, возросло с 28% до 50%. Практически все студенты смогли назвать основные типы электрических схем, которые они изучали на кафедре ИКГ (СЭС, СЭФ и СЭП).

3. Знания первокурсников о радиоэлементах изменяются следующим образом: при первом контрольном срезе 15% анкетируемых вообще не смогли ничего ответить. Основная же масса студентов (примерно 60%) знает 3 элемента (и их  функциональное назначение, и УГО, и буквенные коды). В основном это резистор, конденсатор и катушка индуктивности.

После изучения темы “Электрические схемы” подавляющее большинство студентов  (~85%) показали знание УГО и буквенных кодов 7-8  и более элементов. Что касается назначения, то большая часть студентов (~60%) и до, и после обучения способно сформулировать своё мнение только о половине предложенных их вниманию элементов.

4. Результаты анкетирования знаний студентов 1 курса об  устройствах РЭА свидетельствуют о повышении уровня знаний: от очень низкого при первом контрольном срезе (в среднем не ответили 70% опрошенных) до достаточно высокого при втором контрольном срезе: половина студентов в состоянии указать УГО и буквенные коды вплоть до 5 типовых устройств РЭА; около 40% первокурсников называют 6-7 устройств.

Для конкретного определения прироста знаний студентов в области элементной базы и функционального состава РЭА при обучении на кафедре ИКГ был использован абсолютный метод измерения качества обучения. При этом критерием 100% успеваемости считалось условие знания наиболее известных функциональных частей РЭА - 10 элементов и 10 устройств. В таблице 5 приведены усредненные показатели объема знаний первокурсников о функциональном составе РЭА. Там же указано ранжирование этих знаний по соответствующим уровням. Полученные данные свидетельствуют, что за время обучения на кафедре ИКГ:

  • Наибольший прирост знаний студентов (50%) имеет место в области УГО элементов, а также буквенных кодов элементов и устройств РЭА;
  • Наблюдается также достаточно высокое (~30%) возрастание знаний студентов в области функционального назначения элементов и устройств РЭА, хотя специальной подготовки в этом направлении кафедра не осуществляла.

По результатам описанного эксперимента можно сделать общее заключение: при существующей практике обучения на кафедре ИКГ студенты приобретают в области графики элементной базы и устройств связи соответственно 85% и 60% знаний, необходимых для выполнения схем несложных (до 10 элементов) электрических цепей.

Таблица 5

Сравнительные показатели знаний студентов 1 курса

(в % от оптимального уровня, необходимого для сознательного оперирования электрическими схемами на кафедре ИКГ)

Функциональный состав РЭА

Пропедевтические

знания

Знания  после

обучения на кафедре ИКГ 

Прирост знаний за время обучения на кафедре ИКГ

ΔV%

Объем Vн, %

Уровень

Объем Vк, %

Уровень

Элементы

Функциональное  назначение

42,5

Средний

71,5

Высокий

29

УГО

43,5

Средний

92

Высокий

48,5

Буквенный код

39

Средний

89

Высокий

50

Устройства

Функциональное назначение

27

Низкий

66

Средний

29

УГО

26

Низкий

58

Средний

32

Буквенный код

9

Низкий

55

Средний

46

В отношении приобретенных первокурсниками умений оперирования электрическими схемами правомерны следующие выводы:

1. В области выполнения схем после обучения на кафедре ИКГ:

  • число студентов, способных вычертить по наглядному изображению и словесному описанию СЭС несложного устройства, составляет ~65% от общего контингента учащихся;
  • с выполнением СЭП по наглядному изображению простейшего устройства, которое известно первокурсникам ещё со школы, справляется подавляющее число (90%) анкетируемых.

2. В области чтения схем после обучения на кафедре ИКГ:

  • количество студентов, которые могут проанализировать работу известной с 8 класса простейшей электрической цепи по её СЭП путем ответов на вопросы, возрастает с 10% до 90%;
  • примерно четверть анкетируемых оказывается в состоянии дать краткие пояснения о принципе работы простейшего устройства.

Таким образом, уровень готовности студентов к оперированию несложными электрическими схемами ко времени окончания 1 курса повышается в среднем на порядок, хотя и остаётся весьма низким.

В итоге на основе проведенных комплексных констатирующих исследований могут быть сделаны следующие обобщенные выводы:

  1. При положительной, в целом, динамике процесса формирования знаний студентов об общих понятиях радиоэлектроники, РЭА и электрических схемах полученные количественные характеристики свидетельствуют о недопустимо низком уровне знаний студентов.

За годы обучения в вузе у большого числа студентов:

  • не складывается целостное представление о радиоэлектронике и РЭА;
  • не утверждается в сознании четкое понимание сути электрических схем, назначении разных типов этих схем;
  • происходит смешение понятий “электрическая схема” и “электрическая цепь”.
  1. Ко времени окончания вуза хорошую подготовку в области оперирования СЭС имеют лишь 40% студентов, около четверти выпускников не готовы к сознательной и грамотной работе с этими схемами. Полноценно оперировать СЭП способны ~30% пятикурсников. Уровень подготовленности половины из них можно считать лишь удовлетворительным. 20% студентов вообще не приобрели необходимых знаний и умений в рассматриваемой области.
  2. Оценка учебного процесса на кафедре ИКГ свидетельствует:

а) - на момент начала изучения на кафедре ИКГ темы “Электрические схемы” студенты 1 курса без специальной пропедевтической подготовки не готовы к сознательному освоению учебных приёмов оперирования электрическими схемами, особенно в части чтения этих схем;

б) - после изучения темы “Электрические схемы” первокурсники приобретают знания и умения, необходимые для достаточно сознательного выполнения несложных электрических схем (СЭП – в большей, СЭФ и СЭС – в меньшей степени). Однако, при существующей системе обучения степень готовности первокурсников к освоению рабочих приёмов чтения электрических схем, в принципе, остаётся невысокой.

  1. Существующая практика обучения в вузах телекоммуникаций в целом не обеспечивает на должном уровне формирования графической грамотности будущих специалистов. Необходима разработка и внедрение в учебный процесс более совершенной комплексной системы обучения студентов оперированию электрическими схемами.

В четвертой главе “Разработка комплексной системы обучения оперированию электрическими схемами” на основе общих идей  системного подхода, а также с учетом особенностей обучения графическим дисциплинам рассматриваются вопросы построения оптимальной системы формирования графической грамотности в области электрических схем у студентов вузов, учебный процесс которых зиждется на  использовании электрических схем.

Назначением систем обучения графическим дисциплинам, по мнению ведущих педагогов-графиков К.А. Бездудного, В.А. Гервера, Ю.Ф. Катхановой, В.В. Степаковой, Е.И. Чернышевой и др., является привитие студентам умения видеть объекты в пространстве и движении, давать анализ изображения, читать его. При этом очень важным, с точки зрения практической организации учебного процесса, является наличие ряда этапов, ступеней обучения. Количество ступеней в отдельных системах, варьируясь в зависимости от конкретных целей и особенностей этих систем, в целом соответствует описываемым С.И. Архангельским основным последовательным этапам обучения в высшей школе: пропедевтическому изучению; формированию закономерной системы знаний; алгоритмическому обучению на основе правил; эвристическому (поисковому).

В качестве основных предпосылок, обуславливающих одновременно и необходимость и возможность многоступенчатого характера разрабатываемой системы обучения оперированию электрическими схемами, выступают следующие факторы:

  1. Целенаправленное обучение выполнению и оформлению электрических схем осуществляется на 1 курсе в рамках учебной дисциплины “Инженерная и компьютерная графика”. При этом обучение носит, по существу, ознакомительный характер, а студенты по окончании 1 курса способны выполнять только несложные схемы.
  2. На старших курсах ни общетехнические, ни специальные кафедры не осуществляют целенаправленного обучения выполнению схем. В результате студенты теряют наработки, приобретенные ими на 1 курсе. Чтение схем является сопутствующим элементом технического образования.
  3. В то же время, в процессе обучения на общетехнических и специальных кафедрах сознательность студентов в области содержательной составляющей электрических схем непрерывно возрастает, что создает благоприятные предпосылки для целенаправленного формирования умений чтения схем.
  4. Таким образом, налицо явное противоречие между тенденциями развития различных составляющих феномена электрических схем как целостной системы знаний и умений.
  5. Электрические схемы, являясь одновременно и объектом изучения, и средством реализации межпредметных связей общетехнических и специальных кафедр, и инструментом изучения этих дисциплин, представляют собой одну из составляющих фундамента, на котором зиждется весь процесс обучения в вузе.
  6. Отсутствие в структуре профессиональной переподготовки преподавателей технических кафедр регулярного повышения квалификации в области оперирования электрическими схемами негативно сказывается на качестве обучения студентов.
  7. Важным фактором формирования структуры учебного процесса являются также особенности физиологии и мыслительной деятельности студентов: естественные процессы забывания, а также возрастные особенности развития мышления студентов, приводящие к неравномерности усвоения, запоминания и способности к практическому использованию учебного материала.

Учет всех перечисленных факторов, имеющих разнородную природу и разнесенных по всему времени пребывания студентов в вузе, возможен только при наличии сложной, многоступенчатой системы обучения, когда на каждой ступени создаются условия для решения оптимальным образом каких-то конкретных проблем. В совокупности же эти ступени складываются в четкую структуру, реализующую непрерывный процесс творческой графической деятельности студентов и формирования на её основе графической грамотности в течение всего времени вузовской подготовки. В качестве методологической базы такой системы обучения целесообразно использование четырехуровневой  градации процесса усвоения знаний, описанной в диссертации В.Г. Разумовского и включающей компоненты понимания, запоминания, применения знаний по правилу и решения творческих нетиповых задач, требующих применения знаний в новых условиях. Такая градация была успешно использована в диссертационной работе В.А. Гервера и, по нашему мнению, наиболее адекватно отражает специфику формирования графической грамотности студентов в области оперирования электрическими схемами.

На основе  приведенных выше умозаключений естественным образом складывается комплексная система обучения оперированию электрическими схемами, учитывающая все взятые за основу уровни усвоения знаний. Эта система состоит из 7 ступеней, охватывающих образовательный процесс вуза в целом – начиная от пропедевтической подготовки первокурсников вплоть до системы повышения квалификации профессорско-преподавательского состава. Подробно структура и содержание учебной работы на каждом этапе обучения в рамках предлагаемой системы приведены в таблице 6. Там же дается информация о распределении ответственности кафедр за выполнение той или иной учебной нагрузки.

В качестве комментария следует отметить:

  • нулевая, первая и вторая ступени обучения после соответствующей методической и организационной работы по усовершенствованию учебного процесса могут осуществляться на 1 курсе вуза в рамках дисциплины “Инженерная и компьютерная графика”. Это возможно потому, что большинство преподавателей кафедр ИКГ имеют техническое образование и являются выпускниками вузов телекоммуникаций;
  • ступени 3 … 6, хотя и соответствуют одному и тому же уровню усвоения знаний (решение творческих задач, требующих применения знаний в новых условиях), имеют принципиальные качественные отличия как по роду графической деятельности, так и по контингенту обучающихся. Последнее и обуславливает необходимость предложенной схемы градации процесса обучения;
  • на третьей ступени обучения, являющейся переходной от общетехнического обучения к специальному, целесообразно также углубленно знакомить студентов с автоматизированными способами выполнения электрических схем.

Для успешного внедрения предлагаемой КСООЭС в учебный процесс вузов телекоммуникаций был разработан ряд базовых подсистем, включающий:

  1. Классификацию типичных ошибок в выполняемых студентами электрических схемах, без которой невозможна эффективная проверка работ, а значит и обучение. Все ошибки подразделены на две большие группы в соответствии с характером имеющейся на схемах информации: графической (графика УГО, их взаимное расположение и т.п.) и словесно-дискурсивной (позиционные обозначения функциональных частей РЭА и элементы оформления чертежа).
  2. Классификацию методических опор, являющихся основой для создания учебных заданий, используемых в процессе обучения оперированию электрическими схемами. Система содержит четыре основных типа опор:
  • Предметные (макеты электрических цепей, устройства РЭА в разобранном виде, комплекты радиоэлементов и соединительных проводов, учебные наборы радиоэлементов для специализированных курсов по физике, электро- и радиоэлектронике);
  • Графические (наглядные изображения /фотографии и рисунки/ и условные изображения /схематизирующие обобщения с УГО и графы/);
  • Средства компьютерной графики (графические средства Windows, графические редакторы и САПР);

Таблица 6

Структура многоступенчатой комплексной системы обучения

оперированию электрическими схемами (КСООЭС)

Ступень

обучения

Содержание учебной работы учащихся

Уровень

усвоения знаний

Кафедры, осуществляющие  подготовку

1

2

3

4

Нулевая [пропедев-тическая]

• Первоначальное знакомство с понятиями радиоэлектроники и РЭА.

• Выявление и осознание связи электрических цепей с их условными изображениями в виде электрических схем.

• Знакомство с простейшими элементами и устройствами РЭА, историей развития УГО этих элементов и устройств.

ПОНИМАНИЕ

Кафедра ИКГ

с

привлечением кафедр:

ТЭЦ, физики

и др.

а –

Школа;

б –

1 курс вуза

Первая

• Изучение и запоминание: УГО основных элементов и устройств РЭА; принципов построения и оформления схем.

• Знакомство с различными типами электрических схем и установление логических связей между ними.

ЗАПОМИНАНИЕ

Кафедра ИКГ

1 курс вуза

Вторая

• Освоение начальных приемов работы с электрическими схемами:

- выполнение несложных электрических схем разных типов для одних и тех же устройств РЭА;

- чтение схем путем ответов на систему вопросов для раскрытия принципов функционирования изображенных на схеме устройств.

ПРИМЕНЕНИЕ

ЗНАНИЙ

ПО ПРАВИЛУ

Кафедра ИКГ

с

привлечением других кафедр

общетехнического цикла: ТЭЦ;

физики и др.

1 курс

вуза

Третья

• Установление связей между типовыми СЭП основных устройств связи и УГО этих устройств, используемыми в СЭС и СЭФ.

• Знакомство со специализированными  алгоритмами чтения электрических схем.

• Выполнение комплектов схемной документации на несложные устройства РЭА.

• Описание работы устройств РЭА с помощью выполненных схем:

- чтение схем с помощью системы вопросов;

- формулирование основных принципов функционирования устройств в целом в соответствии с изученными алгоритмами чтения схем.

РЕШЕНИЕ ТВОРЧЕСКИХ ЗАДАЧ,

ТРЕБУЮЩИХ ПРИМЕНЕНИЯ

ЗНАНИЙ В НОВЫХ УСЛОВИЯХ

Кафедра ИКГ

с

привлечением других кафедр

общетехнического цикла: ТЭЦ; ТЭС

и др.

2 курс вуза

Окончание таблицы 6

1

2

3

4

Четвёртая

• Разработка схемной документации на системы и устройства РЭА средней и высокой степени сложности:

- расчет электрических параметров функциональных частей;

- выполнение комплектов схемной документации.

• Освоение приемов чтения электрических схем путем:

- ответов на вопросы;

- изучения сопроводительных описаний схем;

- прослеживания путей прохождения токов;

- системного анализа работы устройств на основе алгоритмов чтения схем.

РЕШЕНИЕ ТВОРЧЕСКИХ ЗАДАЧ,

ТРЕБУЮЩИХ ПРИМЕНЕНИЯ

ЗНАНИЙ В НОВЫХ УСЛОВИЯХ

Специальные кафедры

в

координации

с

кафедрой ИКГ

Старшие курсы  вуза

Пятая

• Создание новых систем  и устройств РЭА и выпуск соответствующей документации: разработка структуры; расчет электрических параметров функциональных частей; выполнение комплектов схемной документации; составление сопроводительных описаний принципов работы.

• Совершенствование приемов чтения электрических схем посредством: ответов на вопросы; прослеживания путей прохождения токов; системного анализа работы устройств на основе алгоритмов чтения схем.

РЕШЕНИЕ ТВОРЧЕСКИХ ЗАДАЧ,

ТРЕБУЮЩИХ ПРИМЕНЕНИЯ

ЗНАНИЙ В НОВЫХ УСЛОВИЯХ

Специальные кафедры  в координации с кафедрой ИКГ

А- магистратура

Б - аспирантура

Шестая

• Изучение и систематизация знаний и умений в области выполнения и чтения электрических схем с учетом: научно-технического прогресса; требований Государственных стандартов, совершенствования учебного и производственного процессов.

• Разработка методических аспектов обучения студентов выполнению и чтению электрических схем как одной из необходимых составляющих  технической грамотности специалистов в области радиотехники и связи.

РЕШЕНИЕ ТВОРЧЕСКИХ ЗАДАЧ,

ТРЕБУЮЩИХ ПРИМЕНЕНИЯ

ЗНАНИЙ В НОВЫХ УСЛОВИЯХ

Кафедра ИКГ

в

координации со

специальными и общетехническими

кафедрами

Факультет

повышения квалификации

преподавателей

вузов

Институт

повышения  квалификации

дипломированных специалистов

  • Словесно-дискурсивные (словесные описания: функциональных частей РЭА и порядка их соединения, электрических схем, принципов работы электрических цепей и устройств РЭА; системы вопросов о функционировании цепей, устройств и систем РЭА).

Содержание и степень сложности методических опор на различных этапах обучения могут варьироваться в зависимости от решаемых педагогических задач. Внедрение всего разнообразия этих опор в процесс обучения студентов будет способствовать повышению сознательности и глубины усвоения учебного материала не только в области графики электрических схем, но - в конечном счёте – и в области тех электрических процессов, средством отображения которых служат схемы.

  1. Учебно-методическую литературу нового типа для 0 … 3 ступеней КСООЭС. Эта литература отвечает требованиям системного подхода и содержит теоретические сведения, необходимые при комплексном формировании знаний как в области содержательной, так и графической составляющих электрических схем.

Коллективом кафедры ИКГ МТУСИ были изданы учебное пособие «Основы инженерной графики» [1], а также конспект лекций по курсу ИКГ [2]. Для изучения темы “Электрические схемы” в состав этих изданий  был

включен написанный лично диссертантом раздел, содержащий: пропедевтическую информацию, соответствующую 0-й ступени КСООЭС; основной блок знаний для обучения оперированию электрическими схемами согласно требованиям 1-й и 2-й ступеней обучения; справочную информацию.

Для обучения на 3-й ступени КСООЭС диссертантом были изданы: конспект лекций [3] и лабораторный практикум [4] под общим названием “Компьютерная технология выполнения электрических схем на базе САПР PCAD”. Данная УМД обеспечивает более углубленное, чем на первом курсе, изучение фактического материала по оперированию электрическими схемами, а также подробное знакомство с приемами их автоматизированного выполнения.

  1. Учебно-методические материалы для мониторинга знаний студентов в области оперирования электрическими схемами. Тематическая структура разработанных тестовых заданий содержит два раздела:  1) - электрические схемы как графические конструкторские документы и 2) - основные правила выполнения чертежей электрических схем. По каждому разделу имеются задания четырех типов: в закрытой и открытой формах; на порядок; на  соответствие.
  2. Четко сформулированные основные принципы системного подхода к преподаванию темы “Электрические схемы” в курсе “Инженерной и компьютерной графики”. В соответствии с этим подходом вся информация, касающаяся электрических схем, условно разбивается на ряд разделов, включающих в себя однородные по смыслу и назначению сведения: 1) - общие понятия и принципы построения схем; 2) - требования к оформлению схем в виде ГКД; 3) - рабочие приёмы выполнения и чтения схем.

В пятой главе “Результаты экспериментальной проверки комплексной системы обучения оперированию электрическими схемами” описываются педагогические обучающие эксперименты, проведенные для подтверждения её правомерности и жизнеспособности. Проверке подлежали ступени обучения, которые являются принципиально новыми и практически неразработанными, а именно: нулевая (пропедевтическая) и третья, обеспечивающая гармоничный переход от общетехнического к специальному профессиональному обучению.

Работа реализовывалась силами кафедры ИКГ МТУСИ под руководством автора.

Педагогический эксперимент по внедрению пропедевтического обучения в рамках темы “Электрические схемы” в курсе ИКГ проводился в 2004/05 уч. году со студентами специальностей “Радиотехника” и “Управление в информационных системах”, обучавшихся по одинаковым учебным программам. В работе приняло участие более 100 человек.

Экспериментальное обучение ставило целью формирование уровня пропедевтической подготовки студентов, необходимого для вполне сознательного освоения материала по теме “Электрические схемы”. Работа осуществлялась методом различия в двух направлениях: в экспериментальных группах – с введением пропедевтических занятий с использованием трех видов методических опор (действующих макетов цепей, фотографий этих макетов и графов) и в контрольной группе, обучавшейся по существующей методике. Для выявления начального и достигнутого в процессе обучения уровней подготовки студентов проводились два контрольных среза знаний и умений.

Экспериментальное пропедевтическое обучение включало в себя экспериментальный урок (занятие) и самостоятельную работу студентов.

В ходе педагогического эксперимента установлено: 1) - пропедевтическое занятие безусловно полезно и необходимо; 2) - все три вида методических опор могут быть успешно использованы в обучении; 3) – занятия с использованием макетов цепей дают бльший педагогический эффект, однако их организация существенно сложнее; 4) – применение фотографий и графов позволяет обеспечить индивидуальную работу студентов, недостаток же, связанный с увеличенным количеством допускаемых студентами ошибок, может быть преодолён благодаря дополнительным объяснениям и наглядным материалам.

Результаты сравнения уровней знаний и умений студентов экспериментальных и контрольной групп, полученные путем анкетирования до и после обучения, свидетельствуют:

  1. В целом все виды методических опор позволяют обеспечить высокую эффективность обучения в экспериментальных группах.
  2. Практически по всем показателям налицо существенно более высокий уровень знаний и умений студентов экспериментальных групп по сравнению с контрольной. В частности:
  • в области понимания основ радиоэлектроники и РЭА, а также электрических схем количество точных ответов в этих группах в среднем достигает 90%, в контрольных же группах – составляет 22% и 56% соответственно;
  • в области выполнения и оформления электрических схем при втором контрольном срезе общее повышение уровня знаний и умений наблюдается у всех первокурсников. Однако пропедевтическое обучение способствует достижению готовности к выполнению несложных схем, как ГКД, практически всего контингента первокурсников (~ 94%). При существующей практике такую готовность показывает лишь 41% студентов;
  • прирост знаний в области чтения электрических схем во всех группах ниже, чем в области выполнения. Тем не менее, благодаря пропедевтическому обучению количество студентов, способных, в частности, описать принцип работы системы по её СЭС, ко времени второго контрольного среза возросло почти на 30%, в контрольной же группе увеличение составило лишь 4%. 

Таким образом, проведенные констатирующие исследования убедительно доказывают эффективность и целесообразность введения пропедевтического обучения в программу изучения темы “Электрические схемы” в рамках  учебной дисциплины “Инженерная и компьютерная графика”.

Педагогический эксперимент по внедрению 3-й ступени КСООЭС

Экспериментальная проверка третьей ступени КСООЭС (уровень решения творческих задач) осуществлялась в 2001-2004 уч. годах в рамках блока дисциплин по выбору, предусмотренного в 4 семестре для специальности РВТ. Работа проводилась методом различия:

  • в экспериментальных группах, обучавшихся оперированию электрическими схемами в рамках  дисциплины “Компьютерная графика в РВТ” (порядка 100 человек);
  • в контрольных группах, занимавшихся электрическими схемами при изучении дисциплины “Компьютерная технология расчета электрических цепей”.

В программу экспериментального обучения входили разделы: понятие о радиоэлектронике и РЭА; оперирование электрическими схемами; автоматизация выполнения электрических схем. Студенты должны были: 1) - выполнить с помощью САПР комплект ГКД заданного устройства РЭА; 2) - ознакомиться с разными способами чтения электрических схем; 3) - на примере конкретных типовых устройств РЭА научиться устанавливать взаимосвязи между: наименованиями; функциональным назначением; УГО; буквенными кодами и разными типами схем известных устройств РЭА.

Оценка прироста знаний и умений студентов экспериментальных и контрольных групп в области оперирования электрическими схемами осуществлялась с помощью анкетирования и тестирования.

Полученные результаты в экспериментальных группах являются стабильными – как по абсолютному числу положительных (в том числе хороших) оценок при втором контрольном срезе, так и по их приросту относительно первого контрольного среза.

Анкетирование выявило, что по сравнению с контрольными в экспериментальных группах наблюдается существенно более высокий уровень знаний и умений практически по всем показателям, частности:

  1. В области понимания основ радиоэлектроники и РЭА в этих группах количество достаточно точных ответов ко 2 контрольному срезу возросло в среднем на 73% и составило 98%, что превышает результаты контрольных групп на 66%
  2. Основные понятия в области электрических схем в экспериментальных группах усвоены в общем на уровне 76%, что более, чем на 47% лучше результатов контрольных групп.
  3. В области представлений о типовых функциональных частях РЭА в экспериментальных группах 78% студентов показали вполне четкое знание как наименований и назначения, так и условных обозначений простейших типовых устройств связи. В контрольных группах к концу обучения уровень подготовки практически не изменился и остался весьма низким.
  4. В области выполнения и оформления электрических схем с учетом всех положительных оценок в целом можно считать, что обучение в соответствии с 3-й ступенью КСООЭС позволяет добиться готовности к выполнению схем и их оформлению в виде ГКД практически всего контингента второкурсников (~ 96%). Без специального обучения к концу общетехнического образования к подобной работе способна только треть студентов (примерно 37%).
  5. В области чтения электрических схем наблюдается следующая картина.

Для СЭП: количество студентов, умеющих отвечать на вопросы, в экспериментальных группах увеличилась на 44%, в контрольных же группах при более высоком начальном уровне – только на 20%. Число студентов, способных объяснить принцип работы, возросло  соответственно на 33% и 26%.

Для СЭС прирост аналогичных показателей в экспериментальных группах составил в среднем 12%. В контрольных группах увеличения уровня знаний не произошло.

Результаты тестирования подтверждают показатели анкетирования. При ранжировании успехов в учебе по трём общепринятым уровням (хорошо, удовлетворительно, неудовлетворительно) в экспериментальной группе в области графики электрических схем 92% студентов имеют хорошие знания и 8% - удовлетворительные. В контрольной же группе 28% учащихся получили неудовлетворительные оценки. В целом прирост знаний за счет экспериментального обучения составил более 30%, что убедительно доказывает целесообразность введения 3 ступени КСООЭС.

Таким образом, проведенная экспериментальная проверка свидетельствует о несомненной эффективности разработанной КСООЭС.

В заключение отметим, что настоящее диссертационное исследование представляет собой первый в своем роде опыт комплексного анализа феномена электрических схем и применения системного подхода к решению проблемы обучения оперированию этими схемами.

Поставленные в работе задачи полностью выполнены, а именно:

  • Проблема обучения оперированию электрическими схемами в высшей технической школе на современном этапе, в общих чертах, раскрыта;
  • Основные профессионально-технические, психолого-педагогические и познавательные аспекты оперирования электрическими схемами, в целом, выявлены;
  • Полученные экспериментальные данные о динамике формирования графической грамотности студентов в области оперирования этими схемами достоверно характеризуют картину учебного процесса в вузах телекоммуникаций на современном этапе;
  • Предложенная многоступенчатая комплексная система обучения обеспечивает более эффективное формирование графической грамотности студентов, что убедительно доказано в результате её экспериментальной проверки;
  • Сформулированные рекомендации указывают конкретные направления дальнейшей работы в областях:
  • пропедевтической подготовки в рамках среднего образования;
  • базовой подготовки на кафедрах инженерной графики вузов телекоммуникаций;
  • повышения эффективности обучения оперированию электрическими схемами в рамках вузов телекоммуникаций в целом;
  • разработки фундаментальной теории электрических схем.

Полномасштабная реализация всего этого комплекса исследований в конечном счете обеспечит реальное улучшения качества профессионального образования в вузах телекоммуникаций.

Основное содержание диссертации раскрыто в 63 печатных работах общим объемом более 100 печатных листов, в том числе в: 1 монографии; 8 учебных пособиях; 11 учебно-методических разработках; 17 статьях, 7 из которых опубликованы в периодических изданиях, включенных в перечень, рекомендуемый ВАК Российской Федерации; 25 тезисах докладов.

Список основных трудов автора по теме диссертации

Монография

  1. Рывлина А.А. Основы обучения оперированию электрическими схемами. – М.: Инсвязьиздат, 2008. – 189 с. (12 п.л.)

Учебные пособия

  1. Основы инженерной графики: учебное пособие с алгоритмическим предъявлением графического материала / В.А. Гервер, А.А. Рывлина, А.М. Тенякшев; Под. ред. А.А. Рывлиной. - М.: Изд-во “КноРус”, 2007. – 426 с. (27 п.л., авторский вклад 75%)
  2. Гервер В.А., Рывлина А.А., Тенякшев А.М. Черчение. Компьютерная графика (Часть 2). Конспект лекций. – М.: МТУСИ, 2001. – 165 с. (7 п.л., авторский вклад 50%)
  3. Гервер В.А., Рывлина А.А., Тенякшев А.М. Черчение. Компьютерная графика (Часть 2). Конспект лекций. Изд. 2-ое, испр. – М.: МТУСИ, 2005. – 165 с. (7 п.л., авторский вклад 50%)
  4. Рывлина А.А. Компьютерная технология выполнения электрических схем на базе САПР PCAD. Конспект лекций. – М.: МТУСИ, 2001. – 73 с. (4,6 п.л.)
  5. Рывлина А.А. Компьютерная технология выполнения электрических схем на базе САПР PCAD. Конспект лекций. Изд. 2-ое, испр. – М.: МТУСИ, 2005. – 73 с. (4,6 п.л.)
  6. Рывлина А.А., Евстратов П.И. Компьютерная технология выполнения электрических схем на базе САПР PCAD. Лабораторный практикум. – М.: МТУСИ, 2001. – 54 с. (2,25 п.л., авторский вклад 75%)
  7. Рывлина А.А., Евстратов П.И. Компьютерная технология выполнения электрических схем на базе САПР PCAD. Лабораторный практикум. Изд. 2-ое, испр. – М.: МТУСИ, 2005. – 54 с. (2,25 п.л., авторский вклад 75%)
  8. Дидактические тестовые материалы для аттестации студентов в вузах: Учебное пособие. Выпуск 1. Технические науки. - М.: “Печатный дом”, 2005. – 191 с. / Раздел “Инженерная и компьютерная графика” (Авт.: Артамонов Е.И., Гервер В.А., Рывлина А.А., Тенякшев А.М.). (0,75 п.л., авторский вклад 60%)
Статьи
  1. Рывлина А.А. Роль и место электрических схем в учебном процессе вузов телекоммуникаций // Вестник Московского государственного областного университета. Серия «Педагогика», 2007. - №3. С. 117-123. (0,9 п.л.)
  2. Рывлина А.А. Решение проблемы реализации единства подходов к обучению оперированию электрическими схемами в системе «колледж-вуз телекоммуникаций» // Среднее профессиональное образование, 2008. - №1. С. 34-36. (0,5 п.л.)
  3. Рывлина А.А. Системный подход к формированию у специалистов телекоммуникаций графической грамотности в области оперирования электрическими схемами // Высшее образование сегодня, 2008. - № 3. С. 79-81. (0,25 п.л.)
  4. Рывлина А.А. Профессионально-технические аспекты оперирования электрическими схемами в подготовке разработчиков радиоэлектронной аппаратуры // Высшее образование сегодня, 2008. - № 6. С. 74-76. (0,25 п.л.)
  5. Рывлина А.А. Актуальность психолого-педагогических исследований электрических схем как графических объектов // Высшее образование сегодня, 2008. - № 7. С. 65-67. (0,25 п.л.)
  6. Рывлина А.А. Актуальность комплексных психолого-педагогических исследований феномена электрических схем  // Высшее образование сегодня, 2008. - № 9. С. 92-94. (0,3 п.л.)
  7. Рывлина А.А. Схемотехническая грамотность школьников // Физика в школе, 2008. - № 8. С. 56-59. (0, 5 п.л.)
  8. Гервер В.А., Рывлина А.А., Внутрипредметные связи темы “Электрические схемы” в учебной дисциплине “Инженерная и компьютерная графика”  / Технологии информационного общества. Доклады научно-методических секций 2-й отраслевой научной конференции. – М.: Инсвязьиздат, 2008. - С. 155-158. (0,2 п.л., авторский вклад 50%)
  9. Рывлина А.А., Евстратов П.И. Об опыте внедрения комплексной системы обучения оперированию электрическими схемами в учебный процесс МТУСИ  / Технологии информационного общества. Доклады научно-методических секций 2-й отраслевой научной конференции. – М.: Инсвязьиздат, 2008. - С. 183-188. (0,25 п.л., авторский вклад 75%)
  10. Рывлина А.А. К вопросу о систематизации типичных ошибок в оформлении электрических схем. / CAD/CAM/PDM – 2004. Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. Материалы IV международной конференции. Москва, 2-5 ноября 2004 г., - Москва, 2004. – http: // lab18.ipu.rssi.ru.(0,4 п.л.)
  11. Рывлина А.А. Комплексный подход к оперированию электрическими схемами / CAD/CAM/PDM – 2004. Системы проектирования, технологической подготовки производства и управления этапами жизненного цикла промышленного продукта. Материалы IV международной конференции. Москва, 2-5 ноября 2004 г., - Москва, 2004. – http: // lab18.ipu.rssi.ru. (0,4 п.л.)
  12. Рывлина А.А. Комплексная система обучения оперированию электрическими схемами. / VIII Международная НМК вузов и факультетов телекоммуникаций. 23-24 июня 2004 г., УФА, Россия. Труды конференции. - Москва-Уфа, 2004. - С.300-303. (0,2 п.л.)
  13. Рывлина А.А. Методические опоры в обучении оперированию электрическими схемами. / VIII Международная НМК вузов и факультетов телекоммуникаций. 23-24 июня 2004 г., УФА, Россия. Труды конференции. - Москва-Уфа, 2004. - С. 304-307. (0,2 п.л.)
  14. Рывлина А.А. Об опыте экспериментальной отработки многоступенчатой системы обучения студентов в области оперирования электрическими схемами / IX Международная НМК вузов и факультетов телекоммуникаций. 21июня 2006 г., С.- Петербург, Россия. Сборник докладов. – Москва – С.-Петербург, 2006. - С.194-196. (0,125 п.л.)
  15. Рывлина А.А. Экспериментальное исследование динамики формирования знаний и умений студентов в области оперирования электрическими схемами / IX Международная НМК вузов и факультетов телекоммуникаций. 21июня 2006 г., С.- Петербург, Россия. Сборник докладов. – Москва – С.-Петербург, 2006. - С.193-194. (0,125 п.л.)
  16. Рывлина А.А. Тестовый мониторинг знаний студентов в области оперирования электрическими схемами / 4-я НМК “Инновационные методы и средства оценки качества образования”. 20-21 апреля 2006 г., Москва, Россия. Материалы конференции. – Москва: МГУП, 2006. - С. 263-264. (0,125 п.л.)
  17. Евстратов П.И., Пискарева И.И., Рывлина А.А. Конструкторская документация на аппаратуру связи: виды, типы, регламентирующие стандарты. / Депонированный научный сборник /ЦНТИ “Информсвязь”. – М.: ЦНТИ “Информсвязь”.  - №2086 – св96. (0,9 п.л., авторский вклад 40%)
Учебно-методические разработки
  1. Евстратов П.И., Пискарева И.И., Рывлина А.А., Тенякшев А.М. Виды и типы конструкторской документации на аппаратуру связи. - М.: МТУСИ, 1996. – 17 с. (1 п.л., авторский вклад 25%)
  2. Евстратов П.И., Пискарева И.И., Рывлина А.А. Методические указания по выполнению графической работы “Схемы электрические: структурные, функциональные”. - М.: МТУСИ, 1997. –  47 с. (3 п.л., авторский вклад 50%)
  3. Пискарева И.И., Рывлина А.А., Тенякшев А.М. Методические рекомендации по графическому оформлению курсовых и дипломных проектов. Часть 1. Схемы алгоритмов и программ. Часть 2. Типы схем, применяемых в аппаратуре связи. Часть 3. Схемы электрические структурные. - М.: МТУСИ, 1997. –  27 с. (1,8 п.л., авторский вклад 50%)
  4. Рывлина А.А., Евстратов П.И. Выполнение электрических схем с использованием PCAD. Методические указания. – Изд. 3-е, испр. и доп. - М.: МТУСИ, 2000. – 83 с. (5,2 п.л., авторский вклад 50%)



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.