Использование передовых педагогических технологий в преподавании дисциплин по физике полупроводников

Анализ использования инновационных педагоги­ческих технологий в преподавании физики полупро­водников показывает, что такие исследования, особенно диссертационные, еще не проводились. Из опыта преподавания некоторых тем мало что можно узнать. Поэтому проводится теоретический анализ новых педагогических технологий, которые могут быть использованы при обучении темам, связанным с полупроводниками, которые начали внедряться в образовании, особенно в физике. В нем учитывались целостность выбранных тем или глав, взаимодопол­няемость каждой темы в содержании, опора на единую фундаментальную идею и концепции и растущее число новых практических знаний каждый год.

С педагогической, психологической и методо­логической точек зрения анализ научно-методической литературы и существующих методических рекомен­даций с целью применения технологий «Дизайн урока», «Блочно-модульное обучение», а также удобное сравнение новых концепций по темам, наблюдение природы и общества уместен. Давайте посмотрим на эти новые педагогические подходы напрямую.

Организация обучения физике полупроводников на основе новых педагогических и информационных технологий является современным требованием, потому что для того, чтобы идти в ногу с развитием науки, необходимо постоянно менять типы и формы обучения, отказываться от традиционных методов и искать новые.

Все ученики в классе должны точно знать цель урока, как достичь цели, сколько часов темы пред­назначены для урока и требования, установленные учителем для окончательного результата. Конечно, каждая предыдущая тема должна быть основой для изучения последующих тем.

В соответствии с намеченной целью учитель выбирает информацию, которая будет усвоена на уроке. Выбор темы является важной и сложной зада­чей, и цель не может быть достигнута без надлежащей оценки учителя или отсутствия компетенции. Содер­жание должно быть научно обоснованным и логически выраженным. Важно определить идею лидерства, выбор понятий, способ их объяснения, а также роль учителя и ученика в процессе.

Невозможно научить студента всему, но можно и нужно научить его самостоятельно приобретать знания, работать с книгой, применять полученные знания на практике. Для этого, прежде всего, на уроке следует уделить большое внимание расширению сферы их самостоятельной работы, ограничению состояния пассивного прослушивания учащихся. Во-вторых, необходимо расширять круг тем на каж­дом уроке, так как опыт показывает, что на нескольких уроках более неэффективно изучать большие темы. В-третьих, необходимо увеличить время, затрачи­ваемое на закрепление знаний.

Организация уроков, соответствующих требо­ваниям, зависит от предмета или объема изучаемых предметов. Темы физики полупроводников, изучае­мые на курсах физики высших учебных заведений, целесообразно преподавать в системах «Дизайн», «Блок-модуль» и «Блок-тест».

Обратимся к блочно-модульной системе следую­щих тем в физике полупроводников.

В системе «Блок-модуль» первое введение в блок делается на первом уроке, и на каждом последующем уроке тема блока рассматривается полностью, но от урока к уроку к нему обращаются по-новому и глубже. В результате, во-первых, у студента есть полная картина изучаемого события или процесса, во-вторых, у вопроса в блоке есть хорошее понимание проблем, и, в-третьих, он изучает отношения между ними.

Например, система блоков состоит из следующих уроков: 1) лекция; 2) семинар; 3) лабораторный практикум; 4) выполнение упражнений; 5) тест; 6) интересный информационный урок.

По словам известного педагога П.Я. Гальперина, «преподавание в модульной системе позволяет учащимся показать полный путь с большими и мень­шими перспективами, в то время как традиционный метод освещает лишь небольшую часть этого пути».

При разработке урока учитель выбирает учебный материал в соответствии с уровнем важности следую­щим образом:

• общая идея, ключевые слова, основные понятия и метод их объяснения;
• вопросы, примеры и задания, направленные на овладение основной идеей урока;
• интересная информация.

Упор будет сделан на создание следующих условий для повышения интереса к уроку:

• внедрение инновационных элементов и их связь с определенными данными;
• установка положительно удивлять студентов;
• обработка изучаемого материала в соответ­ствии с практическими ситуациями, к которым привыкли студенты;
• организация самостоятельности и активности студентов;
• подчеркивание всех достижений ученика во время урока.

Дизайн урока для учителя заключается в выборе метода обучения в соответствии со следующей темой. Можно использовать следующую общую классификацию методов:

• метод демонстративного объяснения;
• репродуктивный метод (повторное чтение, упражнения и т. д.);
• метод исследования (самостоятельно изучает новые темы на основе определенных знаний, выполняя творческое задание);
• эвристический метод (с помощью вопросов учителя учащиеся выполняют задачи по решению проблем, решают проблемы).

Эффективность образовательного процесса дости­гается не только ориентацией и трудолюбием студен­тов, но и их исследовательской самостоятельностью. Для этого ученики должны точно знать, что им нужно делать, чтобы учиться в классе. Студенты должны всегда знать, что они изучают, и иметь четкое представление о методах и процессе обучения. Процесс выглядит следующим образом: мы наблю­даем события в природе. Проблемы возникают в результате сравнения их друг с другом и со знаниями, которые мы имеем. Различные гипотезы формируются для их решения. Эти гипотезы проверены на практике. Методы использования изученных явлений найдены. В основе научного учебного процесса в курсе лежит предложение обоснованной гипотезы.

Таким образом, преподавание тем по физике полупроводников в блочно-модульной системе позволяет студентам формировать взаимосвязанные концепции, полагаться на каждое новое знание, узнавать больше о том, что необходимо изучать в будущем и что им необходимо освоить. Это, в свою очередь, учит студентов мыслить самостоятельно, планировать, чувствовать ответственность и продол­жать учебный процесс последовательно и органично.

Аналогия на уроке, сравнение реального и мнимого, использование экспериментов с системой логических таблиц – естественно, что студенты должны полагаться на эти концепции при передаче новых знаний. Использование определенных понятий или формул из ранее изученных глав при препода­вании различных разделов курса физики в высшем образовании широко практикуется. Среди таких методов исследования можно использовать понятие аналогии, то есть сходства.

Аналогия может быть выражена в содержании или форме. Чтобы учитель использовал метод аналогии, содержание и форма понятий должны быть хорошо осведомлены о границах взаимной совместимости. Это требует серьезного и творческого подхода к учебному материалу.

Как вы знаете, темы по физике полупроводников могут быть изложены в следующей последова­тельности в курсе общей физики:

• электропроводность, электронная и полая, специальная и смешанная проводимость;
• температурная зависимость электропровод­ности;
• контактные события, диод и его вольт-амперные характеристики;
• транзистор и его работа;
• полупроводниковые приборы и их применение, выпрямление тока с помощью диода, усилителя на транзисторе, получение электроэнергии с помощью фотоэлемента.

В полупроводниках труднее объяснить перенос электрического заряда через движение полости. Взятие ряда кинозалов, перемещение следующего человека в пространство на его краю, движение следующего человека на его место и т. д., как полагают, представляют собой пустое движение пустого пространства к другому концу ряда.

Чтобы объяснить одностороннее прохождение постоянного электрического тока в диоде, можно использовать отвод с односторонним проточным клапаном.

В основе метода аналогии лежит сравнение. В разных явлениях взаимное сходство свойств законов определяется только сравнением на основе двух или более признаков, а сходство других свойств выво­дится.

Метод сравнения в реальном и мнимом может быть использован для начала исследования полупро­водниковой катушки.

Таблица 1.

Полупроводники встречающиеся в природе, их носители заряда, температурная зависимость, их электропроводность и их применение в электронике

Важность этой таблицы состоит в том, что она предоставляет обобщенную и сравнительную информацию о состояниях вещества в природе, вклю­чая положение полупроводников, типы заряженных частиц в них, температурную зависимость их проводи­мости и использование таких веществ в электронике. Тот факт, что таблица подразумевает существование полупроводникового состояния среди жидкостей, но эта область еще не изучена, сообщает студентам, что в будущем в этом направлении следует ожидать значительных инноваций.

Аналогии в преподавании физики полупро­водников в основном используются для облегчения усвоения студентами сложных концепций и законов. Метод аналогии можно использовать двумя способами для решения проблемы:

• использовать метод прямой аналогии;
• поиск системы для данного условия проблемы.

Педагогический опыт показал, что создание логической системы тем для творческого подхода и сравнительного изучения весьма эффективно при изучении физических экспериментов, а также при преподавании тем полупроводников.

Метод использования системы логических таблиц заключается в теоретическом разделении учебного материала на законченные блоки, отвечающие дидактическим и психологическим требованиям в рамках научной теории, которые размещаются или рисуются в последовательности логического проис­хождения. Психологической основой этого метода является аналитическая природа умственной работы со сложным учебным материалом.

Использование системы логических таблиц облег­чает изучение сложных тем или разделов науки. Использование этого метода основано на следующем принципе, если любой сложный материал может быть легко освоен:

• материал разбит на небольшие части, которые студентам легко освоить;
• лишние данные удаляются из системы;
• понятия располагаются в последовательности логического происхождения друг от друга;
• детали снабжены дополнительными знаками, чертежами и т. д.;
• частицы сокращены в максимально возможной степени, используются ключевые слова.

Первая таблица системы логических таблиц – информация о некоторых полупроводниковых ве­ществах.

Таблица 2.

Типы полупроводников в зависимости от их структуры, состава и электропроводности, их производства и применения

Вторая таблица системы логических таблиц – энергетические зоны полупроводников и их изме­нение в контакте

Таблица 3.

Энергетические зоны полупроводников и их изменение в контакте

Третья таблица системы логических таблиц – некоторая информация о проводимости полупровод­ника или ее применение в электронике полупровод­никовых приборов в зависимости от типа перехода

Таблица 4.

Некоторая информация о проводимости полупроводника или ее применение в электронике полупроводниковых приборов в зависимости от типа перехода

Эта таблица может быть использована студентами и аспирантами, исследователями и молодыми преподавателями в курсе «Физика полупроводников и диэлектриков».