Новыми требованиями к современному педагогу являются [1–3]: владение современными технологиями, определяющими новые параметры военно-учебных заведений (специалитет, магистратура) XXI в.; умение формировать имидж педагога-мастера.
Руководство академии уделяет особое внимание развитию и применению новых образовательных технологий в учебном процессе подготовки офицеров космических войск, в том числе применению активных методов обучения (АМО). Деятельная технология предполагает проведение бинарных лекций, решение ситуационных задач, проведение деловых игр, моделирование профессиональной деятельности. Основная цель этой технологии – подготовка специалиста, способного квалифицированно решать профессиональные задачи [4].
Цель исследования: проверка эффективности предлагаемой технологии обучения с использованием бинарных лекций для преподавания дисциплины «Радиотехнические системы» в рамках действующего Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования «Специальные радиотехнические системы».
Материал и методы исследования. Для чтения бинарных лекций предлагается использовать дискуссионные методы АМО. Они представляют собой свободные и направленные дискуссии, совещания специалистов, обсуждение профессиональных казусов и противоречий, построенные на живом и непосредственном общении участников – лекторов – при пассивно отстраненной позиции ведущего, выполняющего функцию организации взаимодействия, обмен мнениями, при необходимости – управление процессами выработки и принятия группового решения [5, 6]. Подготовка к бинарным лекциям может осуществляться по известному алгоритму [7].
Рис. 1. Алгоритм подготовки преподавателя к лекции [7]
Предлагается читать бинарные лекции двумя лекторами в форме диалога-дискуссии (например, первый лектор излагает постулаты и аргументы основ реализации цифровой модуляции, а второй лектор останавливается на конфликте многопозиционности цифровых видов модуляции сигналов-скорости передачи данных и помехоустойчивостью РТС, а также на особенностях решения данного конфликта в ходе моделирования цифровых радиотехнических систем (РТС) с сигналами различных видов цифровой модуляции в пакете визуального моделирования Simulink, а также на применении в системах спутниковой связи и в системах мобильной связи пятого поколения видов цифровой модуляции, рассмотренных первым лектором). Рассмотрение в бинарной лекции различных видов цифровой модуляции сигналов позволяет наглядно продемонстрировать их влияние на основные характеристики цифровых РТС [8–10] как в системах спутниковой связи, так и в РТС мобильной связи пятого поколения [11, 12].
В условиях пандемии коронавирусной инфекции академия может быть переведена на дистанционный режим работы в целях предупреждения заражения. В этом случае чтение бинарных лекций возможно в режиме цифрового современного smart-вуза с использованием самых ключевых и существенных аспектов педагогики в современном мире, касающихся специфики современной образовательной среды, существования в цифровом мире, применения информационно-коммуникационных и дистанционных технологий, моделирования индивидуально-образовательной траектории, навыка преподавания в кросс-культурной среде [1–3]. Приведем краткий конспект бинарной лекции на тему: «Цифровая модуляция сигналов».
Тезисы вводной части бинарной лекции. Первый лектор формулирует цель лекции, характеризует место лекции в дисциплине «Радиотехнические системы» по специальности «Специальные радиотехнические системы», роль данной темы в будущей деятельности выпускников академии, называет учебные вопросы и отмечает их значение, дает обзор важнейших источников и литературы [8–10]. Затем он представляет обучающимся второго лектора.
Первый лектор знакомит аудиторию с основами теории и методами цифровой модуляции сигналов в РТС [8, 9], а второй лектор – с основами компьютерного моделирования РТС с различными видами цифровой модуляции сигналов [8, 10], а также с элементами применения сигналов с рассмотренными видами модуляции в РТС [11, 12], рассматривает многообразие видов цифровой модуляции. Первые дискретные системы передачи информации были двоичными. Для них были характерны следующие черты: модуляции обычно подвергался один параметр несущего колебания; количество состояний модулируемого параметра было равно количеству состояний подлежащего передаче дискретного сообщения.
Переход от двоичного к большим основаниям модуляции обусловлен тенденциями потребительского спроса и, как следствие, стремлением разработчиков аппаратуры связи и передачи данных к наращиванию скорости передачи информации при сокращении полосы занимаемых частот. Многопозиционная модуляция – это наименование обширного класса видов манипуляции, основание которых М больше двух. В данном классе присутствуют как комбинированные, так и однопараметрические виды модуляции.
Тезисы основной части бинарной лекции. Первый лектор формулирует основные постулаты и аргументы лекции (табл.). Второй лектор обобщает особенности моделирования РТС с сигналами различных видов цифровой модуляции в программной среде Mathworks MATLAB и пакете визуального моделирования Simulink (рис. 2–6), а также показывает конфликт-противоречие между ростом многопозиционности цифровой модуляции – скорости передачи данных и ухудшением помехоустойчивости цифровых РТС [8–10].
Рис. 2. Блок-схема модели цифровой РТС с модемом квадратурной амплитудной модуляцией (M-QAM Modulator, M-QAM Demodulator) и кодеком (RS Encoder+RS Decoder) кода
Рида–Соломона, а также с пространственной диаграммой для M-QAM-сигналов [10]
Первый лектор показывает зависимость помехоустойчивости РТС (на примере анализа расположения кривых помехоустойчивости для кодированной и некодированной РТС) и скорости передачи информации от избранного вида цифровой модуляции (на примере числа позиций ФМ- и КАМ-сигналов). Предлагает курсантам вопросы для обсуждения: что называется энергетическим выигрышем от кодирования и как он влияет на помехоустойчивость РТС; почему двоичная фазовая манипуляция (binary phase shift keing – BPSK) и четверичная фазовая манипуляция (quaternary phase shift keying – QPSK) имеют одинаковую вероятность битовой ошибки? Справедливо ли то же самое для М-арной амплитудно-импульсной модуляции (M-ary pulse amplitude modulation – M-PAM) и 
-арной квадратурной амплитудной модуляции (-ary quadrature amplitude modulation – -QAM) [8, 9, 11]. Первый лектор показывает обучающимся, как влияют рост многопозиционности рассмотренных видов цифровой модуляции сигналов и поворот сигнального созвездия на скорость передачи данных спутниковых РТС Вооруженных сил США, а также систем мобильной связи, цифрового телевидения.
Второй лектор представляет информацию об ухудшении помехозащищенности РТС с увеличением многопозиционности цифровых видов модуляции сигналов, показывает противоречивость указанных выше требований к помехоустойчивости и скорости передачи данных и предлагает курсантам решить этот конфликт с обоснованием своих решений. После совместных с курсантами обсуждений/дискуссий первого и второго лекторов по подходам к решению конфликта помехоустойчивость – скорость передачи данных РТС, связанных с выполнением требований к обоснованному выбору видов цифровой модуляции, второй лектор представляет особенности решения указанного конфликта в космических РТС широкополосной связи военного назначения [11]. Дополнительно к рассмотренному выше второй лектор приводит примеры компромиссного решения конфликта – выбора вида цифровой модуляции с точки зрения выполнения требований к помехоустойчивости и скорости передачи данных в специализированных РТС радиомониторинга радиоизлучений [12], в РТС мобильной связи пятого поколения [13], а также в РТС цифрового телевидения [14] и РТС с элементами адаптации к влиянию дестабилизирующих факторов [15, 16]. В частности, второй лектор предлагает курсантам: изобразить сигнальные созвездия 4-QPSK, 8-QPSK и 16-QPSK, а также 4-QAM, 16-QAM, 128-QAM, 256-QAM; сопоставить различные виды цифровой модуляции QPSK и QAM по скорости передачи данных и помехоустойчивости; дать обоснованные предложения по выбору вида цифровой модуляции для различных РТС с учетом конфликта требований к скорости передачи данных и к помехоустойчивости (как известно, с ростом числа позиций с 2 до 256 возрастает количество одновременно передаваемых информационных битов данных одним сигналом от 1 до 8, в связи с чем увеличивается скорость передачи данных, вместе с этим расстояние между сигнальными точками уменьшается, что приводит к снижению помехоустойчивости РТС); пояснить, благодаря чему улучшается помехоустойчивость РТС при вращении сигнального созвездия или включении кодека кода Рида–Соломона в состав РТС (рис. 2) [8, 9, 14].
Таким образом, конфликт между ростом многопозиционности вида цифровой модуляции сигналов (а значит, и скоростью передачи данных) и одновременным снижением помехоустойчивости РТС заставляет курсантов сравнивать разные точки зрения, присоединяться к той или иной из них, делать обоснованный выбор, выражать свою позицию.
В заключительной части бинарной лекции каждый лектор подводит итог изложенному учебному материалу, они отвечают на вопросы обучающихся. Используя методы темных пятен и перекрестного обучения, оба лектора стремятся выявить пробелы в понимании курсантами основных видов цифровой модуляции сигналов и их практического применения в цифровых РТС.
Примерный план проведения основной части бинарной лекции на тему:
«Цифровая модуляция сигналов»
|
Постулаты |
Аргументы |
||||||||||||||||||||||
|
первого лектора |
второго лектора |
||||||||||||||||||||||
|
Сигналы с цифровой амплитудной модуляцией (АМ) |
Представляет понятие АМ-сигналов и пространственную диаграмму для них |
|
|||||||||||||||||||||
|
Сигналы с цифровой фазовой модуляцией (ФМ) |
Представляет понятие ФМ-сигналов и пространственную диаграмму для них |
Рис. 4. Модель РТС с пространственной диаграммой для ФМ-сигналов без кодека [разработано автором] |
|||||||||||||||||||||
|
Сигналы с квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ, QAM) |
Представляет понятие КАМ-сигналов. Хорошую частотную эффективность можно получить путем одновременной передачи двух отдельных k-битовых информационных блоков на двух несущих, находящихся в квадратуре ( |
Рис. 5. Модель РТС с использованием сигналов с шестнадцатипозиционной КАМ без кодирования [разработано автором] |
|||||||||||||||||||||
|
Многомерные сигналы |
Представляет понятие многомерных сигналов и зависимость скорости передачи информации от числа позиций многомерного сигнала
|
Рис. 6. Несколько пространственных диаграмм для сигналов с прямоугольной КАМ [9] |
|||||||||||||||||||||
Рис. 3. Модель РТС с пространственной диаграммой для АМ сигналов без кодека [разработано автором]
и 
). Такая техника модуляции названа квадратурной амплитудной модуляцией (КАМ, QAM) ( рис. 2, 5)
Результаты исследования и их обсуждение
В качестве показателя эффективности предлагаемой технологии обучения с использованием бинарных лекций для преподавания дисциплины «Радиотехнические системы» предложено соотношение [1, с. 264–265]:
где: 
– степень достижения целей обучения потоком в целом с учетом использования бинарных лекций; 
– количество обучающихся в потоке; 
– итоговая оценка освоения дисциплины «Радиотехнические системы» каждого обучающегося; 
– требования согласно рабочей программе и тематическому плану, предъявляемые к обучающимся по дисциплине «Радиотехнические системы». В ходе проведенного в Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского педагогического эксперимента констатирующего типа в течение 2018–2019 учебного года на тему: «Применение методов активного обучения в форме “лекции вдвоем” в преподавании учебной дисциплины “Радиотехнические системы”» получены следующие результаты: 
, с учетом привлечения к проведению эксперимента трех учебных групп курсантов (
) и 6 преподавателей под научным руководством начальника факультета указанной академии и при участии начальника 62-й кафедры. Значения были получены на основании фонда оценочных средств, содержащегося в рабочей программе учебной дисциплины «Радиотехнические системы». Данный педагогический эксперимент был проведен на основании приказа начальника академии от 24 сентября 2018 г. «О проведении педагогического эксперимента 62 кафедры Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского» в соответствии с требованиями Приказа Министра обороны РФ от 15 сентября 2014 г. № 670 «О мерах по реализации отдельных положений статьи 81 Федерального закона от 29 декабря 2012 г. № 273-ФЗ “Об образовании в Российской Федерации”» (с изменениями и дополнениями) и Методических рекомендаций по планированию и проведению педагогических (методических) экспериментов в Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского, утвержденных заместителем начальника академии по учебной и научной работе 9 марта 2017 г. Указанные результаты проведенного эксперимента свидетельствуют о том, что предлагаемая технология обучения с использованием бинарных лекций для преподавания дисциплины «Радиотехнические системы» имеет право на существование и дальнейшее применение (
).
Выводы (или заключение). Дисциплина «Радиотехнические системы» академии была изменена за счет внедрения АМО, в том числе построения лекционного курса в форме бинарных лекций, и практического обучения. Дисциплина «Радиотехнические системы» читалась для курсантов четвертого курса программы специалитета. Учиться – не то же самое, что запоминать. Это активный процесс осмысления. Только информация, которая была структурирована и организована самим курсантом, сможет попасть в долговременную память и использоваться в повседневной жизни. Процессу структурирования информации лучше способствует обучение через деятельность, а не только через слушание. Информация будет оставаться в долговременной памяти, если к ней часто возвращаются и используют ее. Поэтому в настоящей работе предложенный показатель эффективности учитывает и запоминание, и активный процесс осмысления, в том числе и на примере ключевых терминов дисциплины «Радиотехнические системы» . При этом эффективность предлагаемой технологии обучения с использованием бинарных лекций для преподавания дисциплины «Радиотехнические системы» в рамках Федерального государственного образовательного стандарта высшего образования «Специальные радиотехнические системы», полученная в ходе педагогического эксперимента констатирующего типа, проведенного в Военно-космической академии с привлечением трех учебных групп курсантов в количестве 80 человек, в течение учебного года составила . Данные результаты свидетельствуют о том, что предлагаемая технология обучения с использованием бинарных лекций для преподавания дисциплины «Радиотехнические системы» имеет право на существование и дальнейшее применение. Для обучения очень важна мотивация, она обеспечивается неоднократным успехом и соответствующим закреплением этого успеха. Обучение более эффективно, если оно мотивируется не страхом провала, а стремлением достичь успеха. Курсантам нужно помочь принимать на себя как можно больше ответственности за процесс обучения, его оценку и улучшение.