Подходы к проектированию интегрированного курса физики и электротехники в средней профессиональной школе

УДК 377.5

ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ ИНТЕГРИРОВАННОГО КУРСА ФИЗИКИ И ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ В СРЕДНЕЙ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЙ ШКОЛЕ

В.В.Семакова, Т.Н.Лукоянова, Р.У.Рафиков

В статье рассматриваются вопросы проектирования дидактической модели интегрированного курса физики и электротехники в средней профессиональной школе, раскрывается опыт организации самостоятельной работы в Казанском авиационно-техническом колледже им. П.В.Дементьева, построенной на основе интеграции предметов.

Ключевые слова: проектирование, дидактическая модель интегрированного курса, межпредметные компетенции.

Новые образовательные стандарты в системе среднего профессионального образования, предусматривают получение качественного образования. В них прописаны формируемые у студентов профессиональные и общие компетенции, которыми должен овладеть выпускник. При этом профессиональная подготовка будущих специалистов приобретает интегративный характер и направлена не только на формирование профессиональных компетенций, но, в первую очередь, на развитие конкретных личностных качеств будущего специалиста, определяющих его готовность к творческой профессиональной деятельности.

Именно с интеграцией, направленной на обеспечение успешного формирования общих и профессиональных компетенций, связывают перспективы обновления среднего профессионального образования. В этой связи в качестве основных критериев подготовки специалистов на интегративной основе выступают такие показатели, как степень: развития обобщенных интегративных качеств личности обучаемых (знаний, умений, алгоритмов деятельности); уровень формирования целостной системы знаний и умений, показывающий овладение общими и профессиональными компетенциями; умение вести поисковую деятельность в сфере предстоящей профессиональной деятельности; готовность обучаемых к творчеству.

Основные критерии творчески подготовленного специалиста связаны с формированием и развитием личности обучаемого на основе оптимизации репродуктивного и продуктивного компонентов обучения, когда обучаемые умеют находить нестандартные и оригинальные решения задач в познавательной сфере обучения. Основу этой работы определяют следующие характеристики: актуализация прежних знаний и умений как показатель подготовки обучаемых к усвоению учебного материала в условиях творческого подхода; проблемно-поисковое построение учебного материала; использование «активных» методов и форм обучения; стимулирование творческой, самостоятельной активности обучаемых, повышение их интереса к будущей профессиональной деятельности. При этом компетентностный специалист будет отличаться от квалифицированного, на наш взгляд, тем, что первый обладает не только знаниями, умениями, навыками определенного уровня и способностью, готовностью реализовывать их в работе, но и умением проектировать и создавать на этой основе в рамках своей специальности (профессии) варианты собственной продукции. Наиболее благоприятными условиями подготовки такого специалиста в условиях ссуза могут выступить сформированные у него межпредметные компетенции в рамках интегрируемых предметов как основа, фундамент формирования профессиональных компетенций.

При изучении требований новых стандартов в ссузе по электротехническим дисциплинам в соответствии с основной профессиональной образовательной программой и учебным планом у практиков возникает необходимость в педагогическом проектировании календарно-тематических планов, рабочих программ, в пересмотре, отборе и корректировке учебного материала и поиска новых подходов в изложении учебного материала, методике преподавания, организации самостоятельной работы и т.п. Как показывает анализ педагогической деятельности, по данным направлениям работы преподаватели испытывают сложности в создании предположительных вариантов предстоящей деятельности, по своей сути они

разнообразны как в структурном, так и в содержательном плане, которые не всегда отвечают требованиям новых стандартов. При этом преподаватели затрудняются в обеспечении учебного процесса на интегративной основе и испытывают дефицит в необходимой учебной и методической литературе. Следовательно, вся процедура проектирования должна обеспечивать формирование такого содержания, которое бы с самого начала было нацелено на формирование специалиста, способного качественно решать конкретные профессиональные задачи на основе научно-технического прогресса и широкой общечеловеческой культуры [2].

В целом, в нашем исследовании оно было связано с проектированием дидактической модели интегрированного курса физики и электротехники и имело цель разработать этапы предстоящей деятельности от общей идеи к точно описанным конкретным действиям [1]. На первом этапе - этапе моделирования осуществлялась постановка дидактической интегрирующей цели (общей идеи) создания курса и разработка основных путей ее достижения. На втором этапе - этапе проектирования шла дальнейшая доработка модели, наполнение ее конкретным учебным материалом и доведение модели до уровня практического использования. На третьем этапе - этапе конструирования проводилась дальнейшая детализация созданного проекта, его уточнение и приближение к конкретным условиям учебного процесса в учреждениях СПО: учет профиля, сроков подготовки, специфики уровневой подготовки.

В этой связи, разработка модели интегрированного курса физики и электротехники с учетом уровня и профиля подготовки специалиста, прежде всего, проводилась на основе интегративно-компетентностного подхода в организации профессионального образования, предусматривающего ориентацию на принцип интеграции, обеспечивающего системную целостность и динамичность профессионального образования, «получение компетентностно-ориентированных образовательных результатов».

Общепедагогическими принципами проектирования содержания интегрированного курса физики и электротехники являются:

- принцип системности, позволяющий рассматривать все проектируемые междисциплинарные знания как единое целое;

- принцип целостности, отражающий в проектировании целостную профессиональную деятельность специалиста и адекватное ей целостное содержание профессиональной подготовки;

- принцип интеграции и дифференциации, ориентирующий проектирование содержания профессиональной подготовки, как на синтез широкого круга междисциплинарных знаний, так и на отдельные учебные дисциплины с конкретными областями знаний;

- принцип динамичности, выражающийся в постоянном предвидении новых тенденций и изменение в инженерном и физическом образовании и отражении их в содержании профессиональной подготовки.

Разработка модели интегрированного курса физики и электротехники предусматривала построение системы обучения на основе интеграции курса физики и электротехники и проводилась с учетом меж-(внутри) предметных интегративных связей; интеграции форм обучения и воспитания и подчинялась определенной логике, а именно: постановке интегрирующей цели; обозначению типов интеграции; обоснованию вида интеграции по способу развертывания содержания во времени; выявлению условий интеграции курса в содержательном и технологическом плане; определению результативности интегрированного обучения; характеристике управляемости процессом.

Результативность модели интегрированного курса физики и электротехники может быть оценена через формирование у студентов межпредметных компетенций с выходом на получение компетентностно-ориентированных образовательных результатов, что предусматривает освоение компетенций и компетентность специалиста, выступающего последнего как результат образования.

Межпредметные компетенции, которые формируются в процессе изучения интегрированного курса созданного на базе двух предметов, предусматривают развитие обобщенных интегративных свойств (знаний, умений, алгоритмов

деятельности) и ориентируют студентов на творческое осмысление интегративных знаний в процессе их практического применения. При этом студент должен:

знать: физические явления и процессы в электрических и магнитных цепях; условно-графические обозначения, применяемые в электрических схемах; классификацию электрических цепей, их основных элементов и методы расчета;

уметь: анализировать электрические схемы различной сложности; составлять электрические цепи в соответствии с техническим заданием; выбирать измерительные приборы и оборудование и определять их характеристики, измерять электрические параметры и проводить их оценку; использовать интегративные знания в измененной и новой ситуациях; представлять и анализировать результаты расчетов и экспериментов в графической форме; соотносить выполнение технических заданий с определенными реальными ситуациями, составлять прогнозы возможного их развития и оценивать реальность полученных результатов.

В конечном итоге, уметь предусматривать и проектировать самостоятельные продукты технической направленности в учебной деятельности. Чтобы подготовка специалистов технического профиля оптимально соотносилась с требованиями производства, необходима коррекция деятельности преподавателей естественнонаучных дисциплин, включая физики и общепрофессиональных дисциплин, которая, в конечном итоге, может быть представлена, как:

- возможность написания курсовых и дипломных проектов (исследований) на интегративной основе или выпускной квалификационной работы, которая выступает в качестве итоговой аттестации выпускника;

- сочетание обучения и производственной деятельности, аудиторных занятий со специальной и практической подготовкой.

Это обусловливает управление процессом поисковой деятельности обучаемых, координацию усилий преподавателей предметов естественнонаучного и общепрофессионального циклов.

Рассмотрим один из вариантов практической работы, ориентированной на организацию самостоятельной работы со студентами на интегративной основе по электротехническим дисциплинам с дисциплиной «Физика». Так, согласно стандартам третьего поколения ФГОС СПО произошло значительное увеличение часов, отведенных на самостоятельную работу студентов по электротехническим дисциплинам. Например, в дисциплине «Электротехника» вместо 21 часа стало 52, в дисциплине «Электротехнические измерения» вместо 14 часов стало 40 и т.д. Такое изменение часов на самостоятельную работу студентов вызвано требованием новых стандартов в том, что студенты должны «заниматься самообразованием», что нацеливает преподавателей на соответствующую работу. Организация самостоятельной работы студентов может осуществляться как в учебное время, так и во внеучебное время под руководством преподавателя. Формы организации самостоятельной работы студентов включают в себя индивидуальные и коллективные. Целью ее является усвоение, активизация и обобщение знаний, приобретение опыта решения профессиональных задач, творческой и исследовательской деятельности.

Введение глоссария как одного из видов самостоятельной работы студентов апробировано в Казанском авиационно-техническом колледже им.П.В.Дементьева. Работа над глоссарием вызвана, прежде всего, тем, что при анализе содержания учебных программ, календарных планов, тематик лабораторных и практических работ по электротехническим дисциплинам было выявлено дублирование тем дисциплин «Физики» и «Электротехники», «Электронной техники», «Электротехнических измерений». Глоссарий включил в себя список основных терминов, определений, формул графиков и схем по данной области техники.

Внедрение в учебный процесс глоссария в колледже преследовало несколько целей, в первую очередь - это обучение студентов навыкам самообразования, умения работы с учебником, Интернетом, справочной литературой; без этих умений невозможно сформировать ни общие, ни профессиональные компетенции. Второе - внедрение глоссария призвано повысить теоретическую подготовку к лабораторным работам, в ходе которых согласно требованиям к такому виду занятий, студент за урок должен успеть выполнить эксперимент, оформить протокол испытаний, «защитить» работу, сопоставив теорию с опытом. Третье - составление глоссария, как вида домашнего задания, освобождает аудиторное занятие от диктовки преподавателем терминов, определений, формулировок и переносит акцент на разъяснение физического процесса, а не на конспектирование, отвлекающего студентов от понимания излагаемого материала, что так же направлено на формирования общих и профессиональных компетенций. Четвертое -сопоставление тем, изучаемых в «Электротехнике» и изученных до этого в «Физике», показало, что часть фундаментальных понятий студентам уже знакома (постоянный ток, закон Ома, магнитное поле и т.д.), поэтому перенос повторения этих тем из аудиторных занятий в самостоятельную работу целесообразно и рационально. По результатам работы с глоссарием можно рекомендовать провести компьютерное тестирование, ориентированное на проверку объема усвоения теоретических знаний: определений, законов, формулировок и т.п.

В «Проекте составления глоссария», введенного после апробирования в колледже, были прописаны следующие правила: глоссарий должен быть оформлен в тетради с объемом в 48 листов. И в конце каждой темы требуется указать использованные источники; на титульном листе глоссария в правом верхнем углу указывается номер группы, фамилия, имя студента и наименование дисциплины. На первой странице глоссария записываются наименования тем, вопросов и выставляемая преподавателем оценка (Табл.1).

Таблица 1. Наименование тем, вопросов и выставляемая преподавателем оценка

Наименование тем, вопросов оценка

Электромагнитная индукция 5

1. Явление и ЭДС электромагнитной индукции.

2. Преобразование энергии. Правило Ленца.

п. Вихревые токи

Однофазные электрические цепи переменного тока 4

1. Основные понятия

2. Величины, характеризующие синусоидальную ЭДС. Фаза и сдвиг фаз.

п. Сложение синусоидальных величин.

Вторая и последующие страницы глоссария разлиновываются на столбцы (номер вопроса; вопрос; ответ; самооценка). Студент должен включить в глоссарий все вопросы (и ответы на них), тематика которых, соответствует учебной программе дисциплины. Количество вопросов в глоссарии при полном соответствии тематике учебной программы дисциплины, не регламентируется в сторону увеличения, но поощряется.

Так, темы «Электростатика» и «Постоянный ток» раздела «Электродинамика» курса физики являются основой для расчета электрических цепей в электротехнике. При подготовке глоссария по предмету на интегративной основе с курсом физики студентам предлагается обратить внимание на следующую тематику вопросов: основные свойства и характеристики электрического поля; проводники и диэлектрики; электрическая емкость; конденсаторы и емкостные элементы; способы соединения конденсаторов; энергия электрического поля заряженного конденсатора и т.д. Или такие темы как «Магнитное поле» и «Электромагнитная индукция» являются основой для изучения цепей переменного тока. Поэтому студентам можно предложить рассмотреть следующую тематику вопросов: основные свойства и характеристики магнитного поля; элементы магнитной цепи; закон полного тока; магнитные свойства ферромагнитных материалов; петля гистерезиса; электромагнитные

силы; электромагнитная индукция; самоиндукция, индуктивность и индуктивный элемент; взаимная индукция и взаимная индуктивность; вихревые токи и т.д. (краткий пример заполнения глоссария см. в табл. 2.).

Таблица 2. Пример заполнения глоссария

№ Вопрос Ответ Самооценка

Электростатика

4 Точечные заряды Заряженные тела, размеры... которых много меньше расстояния между ними 5

5 Электростатическое поле Поле неподвижных... электрически заряженных тел, заряды которых не изменяются во времени 4

6 Взаимодействие зарядов Одноименные заряды. отталкиваются, разноименные - притягиваются 5

37 3

Графа «Самооценка» нужна для самоконтроля степени усвоения студентом понятий включенных им в глоссарий, а список использованной литературы -отражает трудоемкость выполненной работы. На предпоследней странице глоссария размещается «шахматка», в которую студент в соответствии с рассмотренными понятиями, вносит свои оценки, что позволяет ему увидеть и проанализировать уровень подготовки по изучаемой дисциплине.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

0 5 4 5

10

20

30 3

По «шахматке» видно, что на вопрос № 37 студент поставил себе оценку «удовлетворительно», это означает, что требуется дальнейшая проработка, осмысление и заучивание этого вопроса по теме. Только после доучивания и ликвидации поставленных себе «троек» и «двоек», студент может идти сдавать зачет по темам глоссария преподавателю. Оказалось, что записать определение - это одно, а воспроизвести его - это совсем другое, требуется понимание

смысла определения. Работа с глоссарием позволяет студенту подготовиться к выполнению и защитам лабораторных и практических работ (которых в «Электротехнике» более 15), а также к текущему зачету и успешной сдаче экзамена по дисциплине. Число терминов, формул, определений по дисциплине «Электротехника» велико и превышает 140 наименований, поэтому целесообразно разрешить студентам использовать свой глоссарий и на зачете, и на экзамене, поскольку неумение решать задачи по электротехнике гарантирует студенту получение неудовлетворительной оценки даже при правильных ответах на теоретические вопросы.

Проверка глоссария преподавателем осуществляется в два этапа: сначала оценивается аккуратность заполнения и полнота объема глоссария, затем при опросе, или компьютерном тестировании оценивается степень усвоения учебного материала. В табл. 3 приведен фрагмент тестирования по теме «Единицы физических величин» на уровне межпредметной интеграции дисциплин: «Физика» - «Электротехника»- «Электронная техника» -«Электротехнические измерения».

Таблица 3. Фрагмент тестирования

Вопросы Ответы

1. К основным метр метр метр метр

единицам СИ грамм секунда грамм килограмм килограмм

относятся: ампер секунда секунда секунда

кандела вольт ампер моль

кандела кандела градус

2. 1 пикофарада - это... 10 -12 Ф 10 -11 Ф 10 -10 Ф 10 -у Ф

Компьютерное тестирование удобно использовать и на лабораторном занятии, поскольку часть работ по электротехнике, электронной технике, электротехнических измерений выполняются в виртуальном режиме с использованием программы EWB «Ми1^т». С этой целью в основу разработки заданий, задач, составления тестов могут быть положены следующие принципы: от понятия к определению - от определения к понятию; от признака к понятию - от понятия к признаку; от примера к понятию - от понятия к примеру, варианты которых представлены в табл. 4.

Таблица 4. Варианты заданий

№ вопрос ответ балл

1 Как изменятся эквивалентное сопротивление R и ток I, протекающий до разветвления электрической цепи, с увеличением числа параллельно включенных сопротивлений? 1 R- Т, I- 1 2 R - 1, 1-Т 3 R - I- | 4 R - Т, I- Т

2 Какой способ соединения конденсаторов приводит к увеличению емкости? а) параллельный б) последовательный

3 Амперметр включают в цепь***, вольтметр ****нагрузки

4 Единица измерения произведения Ги называется Ватт, Сименс, Ом, Ампер,

5 Два конденсатора С1= 3 мкФ и С2=6 мкФ соединены последовательно. Какова эквивалентная емкость? 1. 2 мкФ 2. 4 мкФ 3. 9 мкФ 4. 18 мкФ

6 Определите напряжение на нагрузке при питании её четырьмя последовательно соединенными батареями с ЭДС Е=6 В и сопротивлением 20 Ом каждая, если ток в цепи равен 0,1 А 1. 24 В 2. 16 В 3. 8 В 4. 4 В

7 Каково общее сопротивление, при параллельном соединении: R2= 2 Ом; R3=3 Ом; R3= 6 Ом ? 1. 1 Ом 2. 2 Ом 3. 4 Ом 4. 8 Ом

8 Какой из элементов не обязателен в простейшей электрической цепи? 1. источник 2. амперметр 3 провода 4. потребитель

9 Запишите единицы измерения реактивной мощности в цепях синусоидального тока

10 Магнитная индукция равна*** и измеряется в *** 1. В=Ф^ [Вб] 2. В=Ф^ [Вб] 3. В=Ф^ [Тл] 4. В=Ф^ [Тл]

11 Как называется режим, при котором определяют коэффициент трансформации к=w1/w2=Е1/Е2=... 1. рабочий 2. короткого замыкания 3. холостого хода 4.номинальный

12 В цепи синусоидального тока амплитуда тока связана с действующим значением соотношением 1. ^=1,41^ 21т=Ш,41 3 ^=1,73^ 4. ¡т=Ш,73

13 Циклическая частота обозначается ***, измеряется в *** 1. / [Гц] 2. / [1/с] 3. ю [ Гц ] 4. ю [1/с]

14 С=0,1 мкФ, частота питающего напряжения 10000 1/с, каково емкостное сопротивление? а) 10 Ом в) 100 Ом с). 1000 Ом d) 10000 Ом

15 ишите недостающие символы в формулу для ета скольжения асинхронного двигателя s=(n - п )/П

16 Какую синхронную скорость вращения магнитного поля статора имеет асинхронный электродвигатель, питающийся от сети переменного напряжения 50 Гц и имеющий 3 пары магнитных полюсов? 1. 3000 об/мин 2. 750 об/мин 3. 1500 об/мин 4. 1000 об/мин

17 На шкале измерительного прибора нанесены значки: 1,5 и W. Как они расшифровываются?

18 Фазные токи равны 1ав=1вс=1са=1 А. Чему равны линейные токи а) 1 А в) 1,41 А с). 1,73 А d) 3 А

19 Как изображается на схеме п-р-п транзистор?

20 Полупроводниковый диод (вентиль) включают в цепь для преобразования ...

Привлечение студентов к самостоятельной практической работе в колледже способствует повышению качества обучения, формированию адекватной самооценки, усилению деловой направленности, повышению ответственности за результаты своего труда. В то же время самостоятельная работа студентов колледжа с глоссарием, позволяет сформировать у них поисковый стиль мышления, привлечь их внимание к интеллектуальной деятельности и познанию. Одновременно она дает возможность развить у студентов важнейший инструмент оперативного освоения действительности -умения осваивать не суммы готовых знаний, а методы приобретения новых знаний в условиях стремительного увеличения совокупных знаний мира.

Источники:

1. Семакова В.В. Дидактическая модель интегрированного курса «Физика и электротехника» для студентов ссуз // Дидактическая модель интеграции естественно-математической и общепрофессиональной подготовки на основе компетентностного подхода: научно-методическое пособие / под науч. ред. С.Ю.Грузковой, Н.А.Читалина. Казань: Издательство «Данис», 2012. С.53-66.

2. Читалин Н.А. Принцип фундаментализации и профессионализации в проектировании содержания профессионального образования: теоретико-методологический аспект // Известия Российской академии образования, 2011. № 1 (17). С.76-87.

Зарегистрирована: 15.02.2013