Обучение электротехнике будущих учителей технологии в условиях интегративной направленности содержания знаний

ОБУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИИ В УСЛОВИЯХ ИНТЕГРАТИВНОЙ НАПРАВЛЕННОСТИ СОДЕРЖАНИЯ ЗНАНИЙ

Д.Д. Дондоков

Проблема повышения качества обучения при подготовке специалистов высшей квалификации является одной из важных задач в развитии образовательной системы общества. Характерной особенностью современного научного познания является объективное усиление в нем интеграционных процессов.

Технологическая подготовка будущих учителей приобретает первостепенное значение в условиях перехода учащихся от трудового обучения к технологическому обучению в рамках нового предмета «Технология», который призван обеспечить обучающимся возможность овладеть инвариантными способами и средствами преобразования окружающей действительности, применять в практической деятельности научные знания, полученные при изучении других предметов [8].

Формирование технологических знаний прикладных дисциплин и умений у студентов становится важной задачей прикладных дисциплин, в частности, дисциплин электрорадиотехнического цикла, отражающих аспекты использования физических явлений, свойств различных веществ и полей для создания устройств обработки энергии и информации.

Знания об информационных, энергетических, технологических процессах, основанных на использовании

электрической энергии, помогают будущим учителям технологии осуществлять политехническую подготовку школьников, устанавливая межпредметные связи образовательной области «Технологии» с дисциплинами естественно-математического цикла.

Технологическая подготовка как основа, составной элемент профессионального образования, наиболее эффективно осуществляется на базе новейших достижений науки и техники, обеспечивающих высокую эффективность при их внедрении.

В общетехнических дисциплинах, предназначенных для изучения студентами - будущими учителями технологии, недостаточно отражается их технологическая сущность. В частности, в существующих учебных пособиях электротехники фактически отсутствует материал для целенаправленной технологической подготовки студентов.

В курсе электротехники технологическая подготовка студентов нами осуществлялась при введении в рабочую программу этого курса основ современной электротехнологии, являющейся интегративной составляющей общей электротехники [4].

Наши исследования по обучению курсу электротехники с совмещением изучения вопросов современной электротехнологии показали возможность значительного повышения эффективности учебного процесса в совершенствовании технологической подготовки студентов.

17

3 / 2007

Преподаватель.!!

Общее понятие «технология» является основой для формирования более совершенных современных технологий - «интенсивная технология», «энергосберегающая технология», «безотходная технология» - и технологий на основе применения электрической энергии - «электротехнология» и «электронно-ионная технология». В связи с подготовкой учителей технологии и предпринимательства в педвузах возникла необходимость разработки рабочих программ по отдельным дисциплинам, отвечающих требованиям профессиональной подготовки по этой новой специальности. Эти требования, прежде всего, должны предусмотреть изучение студентами современных прогрессивных технологий, способствующих повышению их профессиональных знаний.

Современная электротехнология, при которой использование, обработка материалов производится при непосредственном или косвенном действии электрической энергии, развивается и совершенствуется. Сейчас успешно внедряются новые электротехнологические процессы, связанные с применением сильных электрических, магнитных полей и электроразрядной плазмы.

Новое направление электротехнологии - электронно-ионная технология - относится к современной прогрессивной технологии и успешно применяется в самых различных технологических процессах промышленного и сельскохозяйственного производства.

Силовое проявление электричества не является в какой-то мере новым, но оно до недавних пор не могло применяться в технологических процессах из-за неразработанности научно-технических основ. Поэтому электронно-ионная технология рассматривается как новое направление техно-

логического использования электрической энергии, и возможности ее быстро осознаются учеными и инженерами, что приводит к все расширяющемуся применению этого принципа в производственной практике.

Преимущественной особенностью электронно-ионной технологии, по сравнению с традиционной электротехнологией, является то, что здесь осуществляется непосредственное воздействие электрической энергии, сосредоточенной в электрическом поле, на обрабатываемый материал без промежуточных превращений в другие виды энергии, неизбежно связанных с дополнительными потерями. Поэтому эта технология является весьма экономичной в энергопотреблении и ее относят к энергосберегающей.

Электротехнология имеет тесную связь с электроникой, экологией, физикой, химией, биологией и, являясь динамично развивающейся производственной технологией, в образовательной сфере становится базой перспективных научных исследований интегративного характера. Организация научно-исследовательской работы в условиях межпредметных связей с физикой и другими дисциплинами мотивирует студентов к установлению связей электротехники как науки, техники и технологии с другими науками и делает профессиональные знания более глубокими и действенными.

Теоретической основой электротехнологии являются понятия, законы физики, электротехники. Особое значение приобретают такие понятия, как электрокоронное и электростатическое поля; электризуемость частиц из различных материалов (веществ); величина заряда частицы и напряженности электрического поля, обеспечивающие достаточное воздей-

ствие на материал, для получения технологического эффекта и пр.

Научную основу электронно-ионной технологии определяет совокупность знаний о процессах и методах переработки материалов или формирование изделий из них, использующих взаимодействие сильных электрических полей и электрических зарядов, переносимых материалами, с целью придания последним упорядоченного движения в заданном направлении, необходимом для осуществления той или иной технологической задачи.

Электротехнология, с ее прогрессивным направлением - электронно-ионной технологией, использующая знания из различных областей наук, может служить в качестве интегратив-ного курса в учебном процессе при подготовке будущих учителей технологии. Целью этого курса будет приобретение комплекса знаний по естественнонаучным и специальным дисциплинам, ориентированного на осуществление эффективных электротехнологических процессов в промышленном, сельскохозяйственном производствах и других областях человеческий деятельности.

Интегративный курс в наиболее полном теоретическом уровне предназначен для формирования профессиональной мобильности студентов-технологов при реализации приобретенных знаний в их будущей работе. Физические и прикладные электроэнергетические дисциплины, изучаемые в вузе, должны выступать основой структурной интеграции курса и определять качественный характер интеграции.

В условиях реализации широких возможностей новых информационных технологий в учебном процессе, знания, приобретаемые студентами, становятся более глубокими и гибки-

3 / 2007 -

ми, обеспечиваются лучшие условия их взаимосвязей.

Проведение лекций с компьютерной поддержкой, моделирование электротехнических процессов в лабораторных экспериментах, выполнение самостоятельных расчетно-гра-фических работ при использовании персональных компьютеров способствует повышению эффективности электротехнической предметной подготовки будущих учителей технологии и предпринимательства.

Структуру содержания процесса обучения студентов электротехнике в условиях взаимосвязи с основами современной электротехнологии можно представить в схеме (рис. 1):

19

Содержание основ современной электротехнологии, предлагаемое нами в программе интегративного курса, содержит основные компоненты для технологической подготовки будущих учителей.

Важнейшими компонентами технологической культуры являются: технологическое мировоззрение, этические, эстетические и экологические аспекты взаимодействия человека с биосферой, техносферой и социумом.

Преподаватель^

Одна из наиболее острых проблем во взаимодействии человека с окружающей средой - это проблема экологии. Использование энергии сильных электрических полей в современной электротехнологии дает возможность управлять технологическими процессами с целью получения целесообразно направленных изменений. Важным аспектом в решении отдельных проблем экологии является реализация возможностей использования аэрозольной технологии, при которой энергия электрического поля используется для сообщения электрического заряда взвешенным в газовом потоке мелким частицам вещества с целью перемещения их под действием поля в нужном направлении при минимальном загрязнении окружающей среды.

Приобретение электротехнологических знаний явилось важным условием успешной работы студентов над творческими проектами, которые включали: решение изобретательских задач; конструирование, монтаж и испытание технических объектов, освоение методики экспериментов и пр.

Одной из задач наших исследований [3] является обоснование и определение места электротехнологии в программе изучения электротехники с целью улучшения предметной подготовки будущих учителей технологии.

В профессиональной подготовке студентов-технологов необходимо обратить внимание на критерий отбора содержания вопросов электротехнологии, имеющих приоритетные возможности.

Некоторые основные вопросы перспективной электротехнологии автор данной работы разработал и отразил в учебном пособии «Электротехника» [5].

Устройства электротехнологии в разделе электронно-ионной техноло-

гии, предлагаемые для изучения в ин-тегративном курсе, характеризуются универсальностью по их применению в различных направлениях технологического процесса. Поэтому к теоретическим понятиям рассматриваемого курса особенно важно предъявить требования обобщенности, чтобы успешно перенести знания на различные практические приложения.

Формирование знаний о научных основах техники, технологии, экономики осуществляется при изучении общих принципов технологических устройств, применяемых в прогрессивных направлениях современного производства. Эти исследования, на основе которых в течение длительного периода времени проводится студенческая научная работа, связаны в основном с проблемой разработки устройств в области электронно-ионной технологии, проведением экспериментальных исследований по испытанию разработок и внедрения их в производство.

Научно-исследовательская работа студентов проводилась по следующим направлениям:

1) техническое моделирование устройств, используемых в процессах электронно-ионной технологии (действующие модели электрофильтров, генераторов заряженных аэрозолей, источников высокого напряжения и пр.), экспериментальное испытание и обобщение результатов опытного исследования;

2) участие студентов в выполнении научно-технических разработок в области электротехнологии и внедрении их в производство;

3) приобщение студентов к изобретательской деятельности;

4) выполнение дипломных работ по теме исследования, использования

возобновляемых источников энергии (ветросиловой, солнечной); 5) организация учебно-исследовательской работы студентов при разработке и модернизации лабораторных работ, системы оборудования по использованию учебных демонстраций; создании компьютерных программ для типовых электротехнических расчетов и т. д. Научно-исследовательская работа студентов, проводимая при изучении курса электротехники, по цели и содержанию направлена на развитие и формирование профессионального творчества будущих учителей технологии. Задача ставится так, чтобы каждый студент за время обучения получил навык некоторой исследовательской работы в зависимости от его мотивов и способностей. Сейчас профессиональное образование еще не в полной мере реализует ту основную роль, которую оно призвано сыграть в обеспечении профессиональной подготовки в области науки, техники, технологии производства и сферы обслуживания. П. Р. Атутовым обосновано [2], что изучение обучающимися современных прогрессивных производственных технологий, интегрирующих в себе достижения из различных научных областей, наиболее полно отвечает их технологической подготовке и приобретению научно-технических знаний.

Технологические аспекты общеобразовательных предметов реализуются с помощью различных приемов и способов. Наиболее технологичным в этом отношении является проектный метод обучения [7]. Ю.Л. Хо-тунцев отмечает, что использование проектов в обучении развивает самостоятельность и творчество. Когда предмет преподается через проекты (т. е. использованы активные методы

обучения), он естественным образом связан с духовным, моральным, социальным и культурным развитием детей [8].

Изучение студентами устройств электронно-ионной технологии на основе проектирования, выполнения монтажа и экспериментальной проверки обеспечивает получение наиболее качественных знаний о принципе действий устройств, развивает у обучающихся навыки решения конструктор-ско-технических и технологических задач, развивает техническое творчество студентов, способствует подготовке будущих учителей к организации творческих проектов в школе.

Большинство проектов по электротехнике в Бурятском государственном университете выполнены по тематике электронно-ионной технологии. Изготовление этих устройств наиболее доступно при наличии учебных мастерских и лабораторий, а получаемый эффект от их действия имеет большое образовательное значение. Эти проекты позволяют:

1) выяснить энергетическую характеристику электростатического, коронного полей высокого напряжения;

2) знать физические принципы и явления, лежащие в основе процесса электронно-ионной технологии;

3) знать особенности соблюдения правил техники безопасности в условиях использования высоких напряжений;

4) уметь обосновать экономический и экологический эффекты при внедрении устройств электронно-ионной технологии в производственные процессы;

5) интегрировать физические и технологические знания обучающихся. Типичной формой дипломных

проектов выпускников физических и

3 / 2007

Преподаватель^_

ВЕК

технических специальностей является решение ими тем комплексного характера, предусматривающих выполнение законченного технико-технологического проекта при реализации, обычно, знаний межпредметного содержания. Дипломные проекты по электротехнике посвящались чаще всего актуальной проблеме в электроэнергетике - проблеме освоения экологически чистых нетрадиционных видов энергии, в частности, энергии ветра и солнца.

Наше исследование по развитию технического творчества студентов базировалось на изобретениях руководителя работы, защищенных авторскими свидетельствами № 1207506, № 604548 [1, 6]. Эти технические разработки относятся к средствам генерирования электрически заряженных аэрозолей с целью использования их в технологических процессах сельского хозяйства, в лечебно-профилактических мероприятиях в ветеринарии, медицине и др.

Результаты изобретения - аэрозольные генераторы - успешно (со значительным экономическим эффектом) внедрялись в технологические процессы промышленного птицеводства. Исследования проводились на основе хоздоговора с предприятиями, что позволило организовать изготовление промышленных образцов аэрозольных генераторов на заводе, создать специальную научную лабораторию при оснащении ее необходимым оборудованием и приборами для проведения лабораторных исследований, предшествующих производственным испытаниям и внедрению технических разработок.

Интегративная деятельность рассматривается нами как один из ведущих компонентов содержания профессионального творчества будущих

учителей технологии и предпринимательства. Изучение основ электротехнологии в курсе электротехники, имеющей по своему содержанию интегра-тивный характер, способствует получению целостного научного знания в области преобразовательной деятельности человека и обеспечению связей образовательного процесса с производительным трудом.

Содержание курса электротехники в условиях взаимосвязи с электротехнологией должно быть обусловлено следующими факторами: преемственностью в обучении электротехнических и технологических знаний; соответствием содержания знаний по электротехнологии с ее современными, перспективными направлениями развития.

Таким образом, изучение электротехники в условиях интеграции с современной электротехнологией способствует развитию профессионального творчества, получению целостного научного знания в области теории и практики эффективного применения электрической энергии, обеспечению связей образовательного процесса с производительным трудом и повышению качества знаний студентов.

Результаты дидактического эксперимента по изучению педагогической эффективности разработанной нами методики обучения электротехнике в условиях интегративной направленности содержания знаний свидетельствуют о положительном влиянии ее на качество усвоения студентами профессиональных знаний и умений, на развитие технологической подготовки и творческих способностей.

Ниже в краткой форме представлены основные результаты педагогического эксперимента.

Коэффициент полноты усвоения знаний определялся нами на основе

метода поэлементного и пооперационного анализа, разработанного А.В. Усовой [9], согласно формуле:

К =

JT

ZA

м

л Л1

где п{ - количество элементов понятия, усвоенных г-м студентом; п - количество элементов, подлежащих усвоению; N - количество студентов, проходивших тестирование.

Изменение коэффициента полноты усвоения содержания знаний студентами за экспериментальный период отражено в следующей таблице.

Таблица

Годы 19901991 19931994 19961997 19992000 20022003

K 0,6 0,62 0,7 0,75 0,8

Коэффициент эффективности применяемой методики

(КЭ, КК - соответственно коэффициенты полноты усвоения знаний студентами экспериментальной и контрольной групп) получился равным 1,3, что говорит об ее эффективности.

Достоверность полученных результатов подтверждается на основе критериев математической статистики, используемых при обработке опытных данных.

3. Дондоков Д.Д. Методические основы преподавания электротехники в педагогическом вузе. - Улан-Удэ, 2003. - 239 с.

4. Дондоков Д.Д. Технологическая подготовка студентов при изучении курса электротехники // Технологическое образование в школе и ВУЗе в условиях модернизации образования: Материалы международной научно-практической конференции МПГУ (4-5 февраля 2003 г.) - М., 2003. - С. 401-403.

5. Дондоков Д.Д. Электротехника: Учебное пособие. - Улан-Удэ, 2004. - 250 с.

6. Распылитель для электроаэрозольной обработки объектов: А.С. 604548 / Д.Д. Дондоков, Ф.Я. Изаков, А.М. Бо-рок. - № 2334442 / 30-15: Заявл. 16.03.76; Опубл. 30.04.78. - Бюл. изобр. № 16.

7. Симоненко В.Д., Ретивых М.В. Технологическая подготовка как фактор систематизации и фундаментализации образования школьников / / Подготовка учителей технологии в условиях реформирования образования: Материалы международной научно-практической конференции (15-16 февраля 2001 г.). - М., 2001. - С. 8-12.

8. Хотунцев Ю.Л. Успехи и проблемы образовательной области «Технология» // Совершенствование подготовки учителей технологии: Материалы международной научно-практической конференции 15-16 февраля 2001 г. - 2d М., 2001. - С. 3-8.

9. Усова А.В. Теория и методика обучения физике. Общие вопросы: Курс лекций. - СПб., 2002. - 157 с.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аэрозольный генератор: А.С. 1207506 / Г.З. Блюмин, В.С. Ярных, Д.Д. Дондоков. - № 37446219 / 23-05: Заяв. 24.05.84. - Опубл. 30.01.86 // Бюл. -№ 4. - 2 с.

2. Дидактика технологического образования: Кн. для учителя. Ч. 1 / Под ред. П.Р. Атутова. - М.: ИОСО РАО, 1997. -

230 с.

3 / 2007

Преподаватель^_

ВЕК