Внутрипредметные и межпредметные связи в рамках учебной дисциплины «Инженерная и компьютерная графика»

ВНУТРИПРЕДМЕТНЫЕ И МЕЖПРЕДМЕТНЫЕ СВЯЗИ В РАМКАХ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ИНЖЕНЕРНАЯ И КОМПЬЮТЕРНАЯ ГРАФИКА»

| А.А. Рывлина

Аннотация. В статье описана структура внутрипредметных и жжпреджтных связей в рамках учебной дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» в вузах телекоммуникаций на примере темы «Электрические схемы». Показано, что внутри-предметные связи имеют большое значение для формирования правшьной методологии преподавания как конкретно этой темы, так и учебной дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» в целом. Установлено, что учет всего многообразия межпредметных связей темы «Электрические схемы» позволит не только создать благоприятные педагогические условия для обучения студентов выполнению и чтению электрических схем на графических кафедрах, но и оптимизировать учебный процесс вузов в целом.

Ключевые слова: графические конструкторские документы, инженерная и компьютерная графика, внутрипредметные связи, межпредметные связи, методика обучения, педагогические условия обучения, технические дисциплины, электрические схемы, электрические цепи, системность формирования знаний и умений.

Summary. The paper describes the structure of inter-subject and cross-subject connections of the topic 'Electric Schemes' as an integral part of the syllabus subject 'Engineering and Computer Graphics' in higher education institutions of telecommunications. The author proves that inter-subject connections are particularly important to the formation of adequate methodology of teaching of this topic in particular, as well as the methodology of teaching of syllabus subject 'Engineering and Computer Graphics' in general. The paper demonstrates that a careful consideration of the great variety of cross-subject connections of the topic Electric Schemes' will make it possible not only to create favourable condition for teaching students executing and reading electric schemes at departments of graphics, but also to optimise the process of teaching at higher education institutions as a whole.

Keywords: graphical designing documents, engineering and computer graphics, inter-subject connections, cross-subject connections, methodology of teaching, pedagogical conditions of teaching technical subjects, electric networks, electric schemes, systematic skills and knowledge formation.

75

Преподавание учебной дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» в технических вузах имеет особенности, обусловленные спецификой их предметных областей.

В частности, в вузах телекоммуникаций, осуществляющих профессиональную подготовку связистов и радиоинженеров, основным объектом изучения являются электрические

76

цепи разной степени сложности. В качестве средства, используемого для описания структуры и разъяснения принципов работы этих цепей, служат символические изображения, называемые электрическими схемами и входящие в графическую конструкторскую документацию на изделия радиоэлектроники.

Традиционно курс «Инженерная и компьютерная графика (ИКГ)» содержит разделы, формирующие знания и умения как в области геометрических основ построения изображений (начертательная геометрия), так и в области технического черчения (чертежи деталей и сборочных единиц). В вузах телекоммуникаций в программе курса инженерной графики предусмотрено также изучение темы «Электрические схемы». В построении этого курса нашли отражение такие основные принципы дидактики, как сознательность, доступность, а также систематичность и последовательность обучения. На практике перечисленные принципы реализуются через так называемые внутрипредметные связи, т.е. связи между различными дидактическими единицами учебной дисциплины.

Электрические схемы, отражая только логику работы изделия и не имея даже той степени реалистичности, которая присуща чертежам деталей и сборочных единиц (форма, размеры и т.п.), относятся к разряду изображений высшей степени абстрактности. Поэтому обучение их выполнению и чтению (обобщенно — оперированию ими) имеет ряд характерных особенностей. В частности, студенты должны иметь определенный уровень пропедевтической подготовки в области электротехники,

необходимый для сознательной работы со схемами.

Тем не менее, включение темы «Электрические схемы» в состав курса инженерной и компьютерной графики неслучайно. Ее изучение базируется на знаниях и умениях, сформированных другими разделами курса. Определение же внутрипредметных связей данной темы представляет как общетеоретический, так и сугубо практический интерес.

В таблице 1 приведена информация о связях темы «Электрические схемы» с основными разделами дисциплины «Инженерная и компьютерная графика». Данная тема обычно преподается после всех разделов, посвященных начертательной геометрии и техническому черчению. Поэтому к начальному моменту ее изучения студенты уже знакомы с понятием многодетальных изделий. В целом они оказываются готовыми к восприятию информации о том, для чего необходимо вводить в состав графической конструкторской документации на радиоэлектронную аппаратуру (РЭА) наряду с чертежами сборочных единиц и деталей также и электрические схемы. Кроме того, студенты уже способны оценить, на каких стадиях разработки РЭА целесообразно применение схем тех или иных типов. Таким образом, можно считать, что в процессе изучения темы «Электрические схемы» происходит перенос ранее приобретенных знаний. Действительно:

— развитое образное мышление помогает лучше понимать невидимые для глаза электрические процессы, протекающие в отображаемых электрических цепях;

— умение работать с чертежами деталей различной формы облегчает приобретение навыков выполнения условных графических обозначений функциональных частей РЭА;

— знакомство с чертежами сборочных единиц является основой для отображения принципов действия многодетальных объектов изделий РЭА;

— стандарты ЕСКД по графическому оформлению чертежей используются при выполнении электрических схем как графических конструкторских документов;

— знание основ компьютерной графики является базой для освоения средств автоматизации выполнения электрических схем.

Выявленные внутрипредметные связи могут быть полезными при системном формировании знаний и умений студентов в области работы с графической конструкторской документацией на изделия радиоэлектроники, которая, как известно, включает чертежи и схемы. В частности, с помощью этих связей оказывается легко объяснить, что и чертежи общего вида (относящиеся, как известно, к разряду чертежей сборочных единиц) и электрические схемы дают представление о структуре многодетальных объектов (изделий РЭА), однако для этого в них используются разные графические средства.

Для формирования оптимальных педагогических условий обучения вы-

Таблица 1

Корреляция разделов учебного курса инженерной и компьютерной графики с темой «Электрические схемы»

Коррелирующая дидактическая единица Содержание знаний, переносимых в процесс изучения темы «Электрические схемы»

Наименование Содержание

Начертательная геометрия Освоение правил построения изображений. Развитие образного мышления при решении геометрических задач Способность представлять процессы, протекающие в отображаемых электрических цепях

Чертежи деталей Изображение геометрических объектов различной формы Изображение условных графических обозначений функциональных частей радиоэлектронной аппаратуры

Чертежи сборочных единиц Изображения конструкции многодетальных объектов Отображение принципов действия многодетальных объектов

Стандарты ЕСКД по графическому оформлению чертежей Правила оформления графических конструкторских документов Правила оформления схем как графических конструкторских документов

Компьютерная графика Средства автоматизации выполнения графических работ Средства автоматизации выполнения электрических схем

77

ВЕК

78

полнению и чтению схем наряду с использованием внутрипредметных связей темы «Электрические схемы» большое значение имеет также учет межпредметных связей этой темы с различными учебными курсами, входящими в программу вузовской подготовки.

Педагогический словарь [1] дает общую трактовку термина «межпредметные связи» как взаимной «согласованности учебных программ, обусловленной системой наук и дидактическими целями». Вопросами исследования значения межпредметных связей в обучении занимались С.И. Архангельский, Ю.К. Бабанский, А.И. Ерем-кин, Б.Т. Лихачев, М.Н. Скаткин и многие другие ведущие педагоги и ди-дакты [2—7]. В исследованиях Ю.А. Самарина [8] установлено, что в основе взаимосвязей учебных дисциплин лежит образование межпредметных ассоциаций. В работах В.П. Бес-палько, Р.А. Блохиной, И.Д. Зверева, Т. А. Ильиной, Г.И. Щукиной межпредметные связи рассматриваются как проявление принципа систематичности. В трактовке В.Н. Максимовой с гносеологической точки зрения, межпредметные связи выступают как дидактическое условие отражения связей, действующих в природе, обществе, в содержании учебных дисциплин [9].

В контексте раскрытия содержания термина «межпредметные связи» применительно к электрическим схемам необходимо учитывать опыт исследований в области установления взаимосвязей фундаментальных, общепрофессиональных технических и естественнонаучных [6, 8], а также электротехнических дисциплин [10, 11]. При этом следует выделять два основополагающих момента. Первый связан с тем, что тема «Элект-

рические схемы», изучаемая в вузах телекоммуникации как самостоятельный раздел в рамках учебной дисциплины «Инженерная и компьютерная графика» на первом курсе, имеет межпредметные связи практически со всеми общенаучными, общетехническими и специальными дисциплинами. Второй момент обусловлен тем, что электрические схемы как графические конструкторские документы сами выступают в роли средства установления межпредметных связей между конкретными общетехническими и специальными дисциплинами на протяжении всего времени обучения студентов в вузе.

В первом случае целью педагогической деятельности, обеспечивающей кафедры, является обучение студентов оперированию электрическими схемами, т.е. им даются определенные знания и на основе этих знаний — умения по выполнению, оформлению и чтению схем.

Во втором случае знания и умения в области электрических схем используются в учебном процессе на общетехнических и специальных кафедрах для приобретения студентами новых знаний в области электрических цепей, т.е. содержательной основы схем.

В самом общем виде структура и содержание межпредметных связей темы «Электрические схемы» могут быть описаны исходя из следующих данных об изучаемых в вузе дисциплин.

• Химия (кафедра химии и электроматериалов) ^ описывает химические процессы, лежащие в основе функционирования электро- и радиоматериалов, используемых в радиоэлектронике;

• Физика (кафедра физики) ^ дает знания о физических законах, характе-

ризующих электрические явления и явления электромагнетизма, лежащих в основе функционирования РЭА.

• Основы теории цепей (кафедра теории электрических цепей (ТЭЦ)) ^ обучают методам расчета электрических цепей.

• Физические основы электроники (кафедра микроэлектроники) ^ закладывают фундамент знаний о принципах работы электронных приборов, являющихся элементной базой РЭА;

• Теория электрической связи (кафедра теории электрической связи (ТЭС)) ^ обучает основам функционирования нелинейных электрических цепей и базовым принципам реализации электрической и радиосвязи.

• Специальные дисциплины (специальные кафедры) ^ формируют профессиональные знания и умения в области использования линейных и нелинейных электрических цепей и приборов в конкретных радиоэлектронных устройствах и системах.

Дадим основные характеристики межпредметных связей темы «Электрические схемы» в учебном процессе вузов телекоммуникаций. При этом в качестве базовой воспользуемся классификацией, предложенной А.И. Еремкиным в монографии [4], как наиболее точно отражающей, по нашему мнению, суть исследуемых педагогических процессов.

1. Временной фактор в обучении оперированию электрическими схемами

Как известно, в вузах телекоммуникаций:

✓ Преподавание темы «Электрические схемы» на кафедре ИКГ (при котором студенты изучают гра-

фику схем и приобретают умения по выполнению и оформлению схем как графических конструкторских документов), как правило, осуществляется во втором семестре.

✓ В курсе физики тема, посвященная электрическим явлениям, обычно изучается в первом семестре.

✓ Обучение методам расчета электрических цепей на кафедре ТЭЦ начинается одновременно с изучением графики электрических схем на кафедре ИКГ и продолжается в двух последующих семестрах.

✓ Основы функционирования нелинейных электрических цепей и базовые принципы реализации различных видов связи, а также принципы работы электронных приборов, являющихся элементной базой РЭА, изучаются на втором и третьем курсах.

✓ Специальные дисциплины по профилю приобретаемых профессий являются предметом изучения на третьем, четвертом, пятом курсах.

✓ Соответственно, исходя из того, что межпредметные связи во временном отношении можно подразделить на предшествующие (устанавливаемые на материале, изучавшемся в прошлом), сопутствующие (устанавливаемые на материале, изучающемся в настоящем) и последующие (включающие элементы знаний, изучение которых будет осуществляться в будущем), можно констатировать:

— связи физики с темой «Электрические схемы» носят характер предшествующих;

— курс теории электрических цепей (ТЭЦ) начинает изучаться одновременно с графикой электрических схем и продолжается в 3-м и 4-м семестрах. Соответственно, на начальном

73

этапе курс ТЭЦ является сопутствующим, а далее его связи с курсом ИКГ переходят в разряд последующих;

— остальные учебные дисциплины, как общетехнические, так и специальные, по отношению к курсу графики электрических схем также являются последующими.

2. Сравнительная характеристика знаний, получаемых при изучении различных технических дисциплин

Из анализа приведенных ранее данных о содержании учебных дисциплин следует ряд важных для практики выводов:

1. Знания, почерпнутые из вузовского курса физики вкупе со школьными знаниями, выступают в роли пропедевтических. Они способствуют формированию сознательности студентов в области содержательной основы схем при изучении графики электрических схем в рамках темы «Электрические схемы» на кафедре ИКГ.

2. Изучение методов расчета электрических цепей (в первой части

80 курса ОТЦ) и приемов выполнения и оформления электрических схем, являющихся средством отображения этих цепей (в рамках темы «Электрические схемы» на кафедре ИКГ), осуществляется параллельно и практически независимо друг от друга. Соответственно, возможности, возникающие при правильном использовании сопутствующих связей (по образному выражению А.И. Еремкина [4, 87], самых продуктивных и глубоких, «поскольку одновременное изучение различных элементов научной информации дает возможность рассмотреть их многосторонне, в соответствии друг с другом»), в настоящее время практи-

чески не используются. Это, в свою очередь, диктует необходимость в дальнейшем разработки программы совместных действий кафедр ТЭЦ и ИКГ по совершенствованию учебного процесса с учетом внедрения межпредметных связей в полном объеме. Реализация сопутствующих связей обеспечит взаимосвязанность обучения, послужит «повышению эффективности учебно-воспитательного процесса, совершенствованию методики преподавания отдельных дисциплин» [4, 88].

3. Учебный материал, изучаемый студентами после обучения на кафедре ИКГ, т.е. на втором и старших курсах, касается формирования содержательной основы электрических схем. В курсе ИКГ при прохождении темы «Электрические схемы» он обычно используется в качестве иллюстративного (при объяснении назначения электрических схем). Кроме того, он является основой для разработки заданий на выполнение электрических схем различных типов в соответствующей учебно-методической документации.

4. Правильный подход к привлечению материала еще не изученных студентами первого курса дисциплин может и должен обеспечивать более успешное освоение знаний и умений как в области графики электрических схем, так и в других общетехнических и специальных дисциплинах. В принципе, применение последующих межпредметных связей [4, 89] «способствует формированию у студентов готовности к будущей познавательной деятельности. Навыки работы с различными источниками, графические и практические умения, ... приобретенные при изучении первой дисциплины (в данном случае темы "Электрические схе-

мы" в курсе ИКГ), переносятся на изучение» других дисциплин.

5. Между темой «Электрические схемы» в курсе ИКГ, разделом «Электричество и магнетизм» в курсе физики и курсом ОТЦ существуют так называемые непосредственные межпредметнъе связи [4], поскольку эти дисциплины изучаются одновременно или с незначительным временным интервалом. Сведения из области химических процессов, лежащих в основе функционирования электро- и радиоматериалов, которые используются в радиоэлектронике, черпаются студентами большинства специальностей позднее их обучения на кафедре ИКГ (в 3-м семестре) и не имеют непосредственного касательства к электрическим схемам. Однако эти знания способствуют формированию целостного представления о радиоэлектронике и РЭА. Вследствие этого связи темы «Электрические схемы» в курсе ИКГ с учебными дисциплинами «Химия» и «Радиоматериалы и радиокомпоненты» можно отнести к разряду так называемых опосредованных межпредметных связей [4].

6. Материал темы «Электрические схемы» в курсе ИКГ выступает в роли опосредующего по отношению ко всем общетехническим и специальным дисциплинам, изучаемым позднее первого курса вуза. При этом связи имеют весьма разветвленный и многослойный характер, а сами электрические схемы наряду с фундаментальными понятиями, теориями, общими методами выступают в роли элемента опосредования. В свою очередь, аналогичную роль по отношению к теме «Электрические схемы» в курсе ИКГ играет материал специальных дисциплин (усилители, передатчики, приемники и т.п.), на основе которого студенты обучаются вы-

полнять электрические схемы в соответствии с правилами ЕСКД.

3. Направленность межпредметных связей при изучении электрических схем

1. В результате анализа литературы, посвященной исследованию межпредметных связей, можно выделить три разновидности направлений межпредметных связей: связи исходного направления, параллельные связи и связи встречного направления. Все эти связи имеют место в процессе профессиональной подготовки студентов в вузах телекоммуникаций. В контексте обучения оперированию электрическими схемами, являющегося предметом настоящего исследования, необходимо отметить следующее.

2. Между разделом «Электричество и магнетизм» из курса физики и темой «Электрические схемы» в курсе ИКГ имеют место связи исходного направления. Знания о законах электричества и электромагнетизма служат фундаментом для формирования содержательной основы электрических схем. Это же можно сказать и о знаниях, полученных в средней школы.

3. Между курсом ОТЦ и темой «Электрические схемы» в курсе ИКГ существуют связи параллельного направления, так как они одновременно изучают электрические цепи с разных позиций.

4. Отличительной чертой связей встречного направления является то, что в одной дисциплине дается понятие о некотором явлении, а его изучение осуществляется позже в рамках других дисциплин. Отношения такого рода имеют место между темой «Электрические схемы» в курсе ИКГ и изучаемыми впоследствии общетехническими и специальными дисциплинами. Действитель-

81

82

4.

6.

но, при обучении студентов графике электрических схем преподаватели непременно дают студентам первоначальные представления о том, какие функциональные части РЭА им впоследствии придется изучать, а также о назначении схем и их месте в структуре графической 5. конструкторской документации. Соответственно, в процессе дальнейшего обучения в вузе студенты получают детальное представление об упомянутых устройствах и системах, а также используют электрические схемы в процессе освоения учебного материала. 7.

В заключение отметим, что выявленные внутрипредметные и межпредметные связи темы «Электричес- 8 кие схемы» имеют большое значение для формирования правильной методологии преподавания как конкретно этой темы, так и учебной дисциплины 9. «Инженерная и компьютерная графика» в целом. Кроме того, учет всего многообразия межпредметных связей позволит не только создать благоприятные педагогические условия для обучения студентов оперированию ю электрическими схемами на графических кафедрах, но и оптимизировать учебный процесс вузов в целом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Педагогический словарь. — М.: АПН РСФСР, 1960. — Т. 1.

2. Архангельский С.И. Лекции по научной организации учебного процесса в вы- 11 сшей школе. — М.: Высшая школа, 1976.

3. Дидактика средней школы: Некоторые проблемы современной дидактики: Учеб. пособие для слушателей ФПК директоров общеобразоват. школ и в кач. учеб. пособия по спец.

курсу для студентов пед. ин-тов / Под ред. М.Н. Скаткина. — 2-е изд., пере-раб. и доп. — М.: Просвещение, 1982. Еремкин А.И. Система межпредметных связей в высшей школе / Аспект подготовки учителя. — Харьков: Вища школа, 1984.

Лихачев Б.Т. Педагогика. Курс лекций: Учебное пособие для студ. пед. учеб. заведений и слушателей ИПК и ФПК. — М.: Прометей, 1992. Майков Э.В. Взаимосвязь общепрофессиональных и естественно-научных дисциплин при подготовке инженерных кадров // Дисс. ... д. пед. наук. — М., 2003. Педагогика: Учеб. пособие для студентов пед. ин-тов / Под ред. Ю.К. Бабан-ского. — М.: Просвещение, 1983. Связь учебных дисциплин с предметами профессионально-технических и общеобразовательных циклов: Метод. рекомендации / Под ред. Ю.А. Самарина. — М.: Высшая школа, 1990. Максимова В.Н. Формирование познавательной самостоятельности учащихся на базе межпредметных связей // Межпредметные связи в процессе преподавания основ наук в средней школе: Тезизы докл. Всесоюзн. конф. 10-12 окт. 1972 г. — М., 1973. — Ч. 1.

Бардзиловский В.П., Андриенко А.Н. Активизация познавательной деятельности студентов электротехнических специальностей на основе межпредметных связей // Вестник Харьковского политехнич. ин-та, № 253 [Науч-но-метод. проблемы активизации поз-нават. Деятельности студентов. Вып. 3]: Сб. научных трудов. — Харьков: Вища школа, 1988.

Кловский Д.Д., Шилкин В.А. О взаимной увязке курсов ТЛЭЦ, ТНЭЦ и ТПС со специальными курсами институтов связи (В порядке обсуждения) // Методические указания по использованию технических средств обучения в учебных институтах связи: Сб. статей. — Л.: ЛЭИС, 1976.