В настоящее время в высшей школе происходит глобальные процессы изменения как форм, так и методов и содержаний обучения студентов-бакалавров. От содержания и методов обучения студентов зависит то, что становиться ли они творчески саморазвивающейся, конкурентоспособной, самодостаточной личностью или посредственным специалистом своего дела. В государственном стандарте по направлению 710100 – Информатика и вычислительная техника, для подготовки бакалавров, предусмотрены такие специальные дисциплины, как «Цифровые устройства и микропроцессоры», «Схемотехника», и «Сети связи и телекоммуникации». Принято, что во время лекционных, лабораторно-практических занятий основное внимание уделяется теоретическим вопросам построения электронных узлов и блоков различных систем и устройств. С переходом на новую систему образования изменились условия обучения студентов в вузе, т.е. сократилось количество аудиторных (особенно лекционных) занятий. Поэтому возникает необходимость использования образовательных новых подходов и технологий для формирования профессиональных компетенций с практической направленности и их развития у будущих выпускников. Для этого нужно усилить самостоятельную работу студентов и использовать новые подходы обучения при проведении лекционных, лабораторно-практических занятий, при изучении элементной базы ЭВМ, т.е. основы схемотехники. Отметим, что студенты-бакалавры даже во время производственной практики не могут получить необходимые практические навыки, из-за отсутствия соответствующих промышленных предприятий.
Для выхода из данной ситуации необходимо дать студентам, изучающим схемотехнику, в процессе выполнения лабораторных и практических занятий сведения о технологии получения электронных материалов из отечественных минерально-сырьевых ресурсов, которые в дальнейшем используются для создания электронных устройств. Организация учебно-исследовательской работы на кафедре компьютерной технологии и энергетики Кыргызско-Узбекского университета Кыргызской Республики показывает, что студенты-бакалавры заинтересованы в практической разработке электронных узлов и устройств различного назначения, так как навыки изготовления позволяет формировать и развивать у них профессиональные компетенции. При этом системы обучения дисциплины «Схемотехника» содержит следующие взаимосвязанные компоненты: целевой, содержательный, методический и оценочный. Первый компонент содержится в основной образовательной программе (ООП), разработанной в соответствии с ГОСТом высшего профессионального образования Кыргызской Республики, в частности направлению подготовки бакалавров «Информатика и вычислительная техника». Главной целью изучения дисциплины «Схемотехника» является обучение студентов методом построения функциональных узлов и устройств информационных систем (ИС), электронно-вычислительных машин, комплексов и систем в том числе с использованием САПР. В ООП указаны профессиональные задачи бакалавров, виды их профессиональной деятельности и главные требования к ООП. Согласно ГОСТу Министерства образования и науки Кыргызской Республики результаты освоения ООП выражаются приобретаемыми выпускником общенаучными (ОК), инструментальными (ИК), социально-личностными и общекультурными (СЛК) и профессиональными компетенциями (ПК).
Среди них ПК включает себя следующие профессиональные компетенции (ПК):
- конструкторская деятельность:
выпускник способен:
– составлять бизнес-планы и технические задания на создание и оснащение офисов и лабораторий сетевым оборудованием и компьютерной техникой (ПК-1);
– способен использовать для решения различных практических задач программные средства (ПК-2);
– разрабатывать интерфейсы ЭВМ (ПК-3);
– создавать модели баз данных и информационных систем (ПК-4);
- проектная деятельность:
выпускник способен:
– разрабатывать компоненты программных средств и баз данных, использовать современные технологии программирования и новые инструментальные средства (ПК-5);
- научная деятельность:
выпускник способен:
– обосновать и выполнять эксперименты по проверке корректности и эффективности принимаемых проектных решений (ПК-6);
– готовить научно-технические отчеты по результатам исследовательской работы, оформлять их в виде статей и докладов на научных, научно-практических семинарах и конференциях (ПК-7);
- педагогическая деятельность:
выпускник способен:
– готовить конспекты лекций и практических занятий для обучения сотрудников по применению программных и методических комплексов в организации (ПК-8);
- пуско-наладочная деятельность:
выпускник способен:
– участвовать в настройке и наладке программных средств (ПК-9);
– сопрягать информационные и автоматизированные системы с аппаратными и программными средствами (ПК-10);
- эксплуатационная деятельность:
выпускник способен:
– для информационных систем инсталлировать программные и аппаратные обеспечения (ПК-11).
– выбирать средства и методы измерения эксплуатационных параметров информационных систем (ПК-12) [1].
Для будущих бакалавров по направлению «Информатика и вычислительная техника» (ИВТ) из вышеперечисленных компетенций дисциплина «Схемотехника» формирует компетенции – ПК-1, ПК-2, ПК-3, ПК-4, ПК-7, ПК-8.
Однако в современном высшем профессиональном образовании отсутствует разработанная на дидактической основе методика обучения дисциплины «Схемотехника» для подготовке бакалавров по направлению информационно-вычислительная техника.
Содержание дисциплины «Схемотехника» включает следующие разделы:
– аналоговая логика;
– арифметические и логические основы ЭВМ;
– последовательность операций при синтезе цифровых устройств комбинационного типа;
– логические элементы;
– эмиттерно-связанная логика;
– цифровые устройства комбинационного типа;
– двоичные сумматоры;
– кодирующие и декодирующие устройства;
– цифровые устройства последовательностного типа;
– регистры;
– счётчики импульсов.
С применением трансдисциплинарного подхода можно разработать дидактический материал для преподавания дисциплины «Схемотехника».
Трансдисциплинарность обучения, учитывающая компетентностный подход, создает для студентов-бакалавров потребность творческого саморазвития. Поэтому при формировании вышеуказанных компетенций по данной дисциплине нужно использовать трансдисциплинарный подход в преподавании общетехнических предметов с использованием новых педагогических технологий и инновационных методов обучения. Трансдисциплинарность (трансдисциплинарный подход) – это способ расширения научного мировоззрения в направлении единого образа объекта исследования, формирующий у выпускника вуза и практикующего специалиста осознаваемую моральную ответственность за результаты и последствия своей профессиональной деятельности на основе объективного долженствования и обязательности элементов единого мира [2].
В методологии трансдисциплинарного подхода, как новый метод научной точки зрения – различные явления изучаются не в разрезе одной дисциплины, а изучение охватывает несколько дисциплин, т.е. трансдисциплинарный подход является комплексным. Отдельные фрагменты окружающего мира рассматриваются с точки зрения «упорядоченной – структурой системы». Такие системы можно исследовать на основе принципов синергетики. Таким образом, трансдисциплинарный подход отличается от системного подхода тем, что в данном случае каждый элемент любого объекта изучается в неразрывной целостности и единстве. Как известно, если в изучаемой системе имеет место свойство упорядоченности, то такая система обладает свойством фрактальности. Для исследования таких сложных, диссипативных систем глобального мира без учета границ между дисциплинами подход был предложен Ж. Пиаже в 1970 г., и такой подход он назвал трансдисциплинарным [3]. Поэтому в [4] указана необходимость использования понятия синергетики в образовательной системе, которая позволяет подойти к проблеме подготовки кадров с целостного трансдисциплинарного подхода на окружающий мир, с учетом сознания обучающихся. В настоящее время трансдисциплинарность образовательного процесса признана одним из перспективных методов, используемых в разных областях науки. Согласно бельгийскому ученому Э. Джаджу (Judge, A. (1994) Conference Paper. 1st World Congress of Transdisciplinarity, Union of International Associations), в современной науке существует четыре вида трансдисциплинарности [5]:
1. Трансдисциплинарность первого уровня, где обосновываются формальные связи отдельных дисциплин и формируются логические рамки, с помощью которых интегрируются знания на более высоком уровне, по сравнению с междисциплинарным подходом. Первый уровень используется в разных экспертных системах и группах.
2. Трансдисциплинарность второго уровня. На этом уровне трансдисциплинарности медитация и опыт исследователя являются главными факторами
3. Главной метафорой третьего уровня трансдисциплинарности является единый подход к изучению различных систем и конкретности истины
4. На более высоком четвертом уровне трансдисциплинарности проводится поиск путей решения сложных многофакторных проблем общества и природы, а также получаются новые знания о них.
Во всех этих четырех уровнях трансдисциплинарности изучения окружающего мира главным базовым принципом является конкретность истины о природе и обществе. В настоящее время в образовательной системе Кыргызской Республики не очень сильно используют понятия трансдисциплинарности. Для того чтобы достичь результатов обучения, то есть формировать у студентов вышеперечисленных компетенции с помощью подхода трансдисциплинарности мы брали все знания и результаты науки отечественных ученых, которые нужны для изучения элементных баз схемотехники комплексно.
Далее покажем применение этих подходов, на примере следующей главы: «Аналоговая логика». Из аналоговой логики можем брать тему «Полупроводниковые приборы» и можем разбить на подтемы:
– полупроводники и их виды;
– получение полупроводниковых материалов из отечественных сырьевых ресурсов. Например, элементными базами всех интегральных микросхем являются полупроводники как Si, Ge и т.д. Сырьем для получения полупроводникового кремния является технический кремний. На местной сырьевой базе разработана технология получения технического и аморфного кремния из неорганического и органического сырья, не уступающая по своим параметрам уже известным материалам кремния. И в лабораторных условиях можно показать студентам, что путем пиролиза образцов рисовой шелухи без доступа воздуха в реакторе, изготовленном из нержавеющей стали до 500 °С можно получить технический кремний [6].
Пиролиз осуществляется путем нагревания образцов рисовой шелухи без доступа воздуха в реакторе, изготовленном из нержавеющей стали, до 500 °С.
Насколько базовые элементы полупроводниковых приборов: диод, транзистор, при изучении таких предметов, как физика, химия, КСЭ, электроника, микропроцессорная техника и др. можно использовать для трансдисциплинарного подхода дает положительные эффекты.
Отметим, что понятие «синергетика», предложенное немецким профессором Г. Хакеном [4], изучающим сложные системы и процессы с точки зрения единой целостности, станет основным потенциалом трансдисциплинарного образования. Большой вклад в использовании синергетики в образование и развитие методологии исследования внесли русские ученые С. Капица, С. Курдюмов, Г. Малинецкий и др. [7].
А лаборторные знятия можно выполнить с помощью программы Proteus. Например, лабораторная работа на тему: «Расчет схемы двухкаскадного усилителя» [8]. Студенты собирают на протоусе следующую схему (рис. 1).
Симулируя эту схему в протоусе, можно построить амплитудную характеристику усилителя (рис. 2).
Рис. 1. Схема экспериментального двухкаскадного усилителя
Рис. 2. Амплитудная характеристика усилителя
И в конце этой главы можно проводить обобщающий урок, который включает в себя следующие материалы, которые развивают навыки индивидуальной и групповой работы, познавательный интерес, творческие способности, логическое мышление, навыки самопроверки и взаимопроверки, формировать умения сравнивать, сопоставлять, делать выводы.
1) контрольные вопросы;
2) ребус;
3) кроссворд;
4) анаграмму;
5) тестовые материалы;
6) кейсы;
7) задание «Найди пару».
В начале каждого задания мы будем объянять правила.
Пример использования задания «Найди пару»:
Для каждого слова в левом столбце найти пару в правом.
1. Полупроводник А. Кремний
2. Разрабатывать интерфейсы ЭВМ Б. Компетенция
3. Логический элемент В. НЕ
4. Базовый элемент интегральных микросхем Г. Диод, транзистор
5. Рисовая шелуха Д. Аморфный кремний и т.д.
Каждая правильно выбранная пара оценивается в определенных баллах.
Использование таких материалов при проверке знаний у студентов дает очень хороший эффект.
Заключение
Таким образом, данная тема рассматривает, что созданный с использованием трансдисциплинарного подхода курс «схемотехника» одновременно включает себя совокупность физики, химии, электроники, нанотехнологии, математической логики, экономики и результаты научных исследований. А также в лабораторных занятиях они построят различные схемы с помощью разных программ и, симулируя эти схемы, достигают искомого результата. Если рассматриваются все материалы разных дисциплин в одном курсе и объясняется конкретное применение тех материалов, которые студенты изучали на вышеуказанных дисциплинах, то при формированиии у обучающихся соответствующих умений и навыков будут свои положительные результаты.