CC BY
20
УДК 537.311
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-2-491-495
МЕТОДИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РАЗРАБОТКИ ОНЛАЙН КУРСА ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОИЗМЕРЕНИЙ»
В.Ю. Кириллов, М.Н. Орешина
В данной работе приведен анализ информационных платформ, используемых для дистанционного образования в ВУЗах, с учетом специфики преподавания курса «Теоретические основы электротехники и электроизмерений», выраженной в изложении материала в виде вывода сложных формул, с использованием методов решения интегро-дифференциальных уравнений, с применением графического материала в виде схем и чертежей электротехнических устройств. Дана оценка цифровых платформ, с учетом возможности преподавания технических дисциплин. Рассмотрены программы LMS, Webinar, Microsoft Teams, Moodle, Zoom, E -learning, Discord и Skype. Обусловлена эффективность использования приведенных IT- приложений для онлайн- обучения.
Ключевые слова: электротехника, электрические цепи, методы расчета электрических систем, онлайн-образование, информационные технологии, образовательные цифровые платформы
Требования современности, уровень технического прогресса, обусловленный развитием информационных технологий и аппаратных средств информационных систем, позволяют по-новому подойти к организации учебного процесса с использованием онлайн образовательных платформ. В настоящее время широко используются в образовании при преподавании ряда технических дисциплин дистанционные и смешанные формы обучения. При разработке онлайн курса по дисциплине «Теоретические основы электротехники и электроизмерений» нами был проведен анализ форм онлайн-образования и базовых цифровых платформ для проведения занятий в дистанционном формате, при этом выбор осуществлялся по следующим критериям оценки: рекомендация ВУЗа, где преподается данная дисциплина, доступность, простота использования и установки, количество участников, возможность использования режимов презентации, электронной доски, видеоконференции. Специфика курса предполагает организацию лекционных занятий, на которых рассматривается вывод электротехнических зависимостей параметров цепей, расчет сложных цепей постоянного тока с использованием матричных методов (матричного калькулятора), расчет цепей переменного тока с использованием методов расчета, основанных на представление величин в комплексной форме, расчет трехфазных цепей, рассмотрение конструкций электротехнических машин и переходных режимов, возникающих в цепях при резком изменении параметров устройств, расчеты которых проводятся с использованием методов дифференциального исчисления. Для наглядности и лучшего усвоения студентами курса недостаточно, чтобы у обучающей информационной платформы был только режим презентации с демонстрацией слайдов, так вывод формул лучше объяснять с использованием электронной доски, а конструкцию и принцип работы электротехнических устройств с использованием средств мультимедиа. При проведении практических занятий также необходимо использование электронной доски и информационных программ, в которых можно построить схемы электрических цепей, таких, например, как программа Visio, программ для расчета параметров, таких как Matlab, так как часто расчеты сложных цепей предполагают применение алгоритмов, а с использованием только инженерного калькулятора выполнение таких расчетов нерационально, занимает много времени. Например, при расчете цепей трехфазного тока при соединении нагрузки по схемам «звезда» и «треугольник» для определения токов, напряжений и значений мощности составляется программа в Matlab, содержащая необходимые уравнения для расчета, листинг программы в Matlab приведены на рис.1.
При проведении лабораторных работ в онлайн формате используются симуляторы устройств, созданные на базе компьютера в различных средах, таких как Matlab Simulink, LabVIEW или Multisim. Пример моделирования изменения напряжения в программе LabVIEW приведен на рис.2.
При проведении лабораторных работ с использованием телекоммуникационных средств и технологий необходима демонстрация порядка выполнения лабораторной работы, при этом по измеренным величинам студенты самостоятельно проводят вычисления и оформляют отчет по лабораторной работе, защита лабораторных работ осуществляется в режим видеоконференции.
1-------------------------- Ul=220 Uf=Ul/sqrt(3); Ua=Uf Ub=Uf*exp(i*120*pi/lB0); Uc=Uf*exp(-i*120*pi/180)j Za=4+i*3; Zb=5*i; Zc=4-4*i; Ia=Ua/'Za Ib=Ub/Zb Ic=Uc^Ze I=Ia+Ib+Ic 2---------------------------- 111=220 Llac=Ul Uab=Ul*exp(i*120*pi/180j; Llbc=Ul*exp(-i*120*pi/lS0); Zac=4+i*3; Zab=5*i; Zbc=4-4*ij Iac=Uac/Zac Iab=Uab/Zab Ibc=Ubc/Zbc Ia=Iab-Iac Ib=Ibc-Iab Ic=Iac-Ibc
Sa=Ua*Ia Sb=Ub*Ib Sc=Uc*Ic Sac=Uac*Iac Sab=Uab*Iab Sbc=Ubc*Ibc
Pa=real(Sa) Pb=real(5b) Pc=real(Se) Qa=imag(Sa) Qb=imag(Sb) Qc=imag(Sc) Pac=real(Sac) Pab=real(5ab) Pbc=real(5bc) Qac=imas(5ac) Qab=imag(5ab) Qbc=imag(Sbc)
S=s q rt((Pa+Pb+Pc)Л 2♦(Qa +Qb+Qc)Л 2) S=sq rt ( ( P a c-i-Pa b-t-Pb c)A 2+(Qa c+Qa b+Qbc)A 2)
grid on; hold on; title('Voltage'} quiver(0J0/real(Ua) jiinagiUa), 'r') quiver(0,0,real(Ub),imag(Ub),1b') quiveriOjejrealiUc).iinagiUc),'g1) grid on; hold on; title('Voltage") quiver(0j0jreai(Uac)jimag(Uac)j"r") quiverie^.realCUabhimagCUabjj 'b') quiver(0,0jrealCUbc)jimag(Ubc)j"g")
grid on;| hold on; title('Currents') quiver(0j0jreal(la),imag(Ia),'r') quiver(0,0jreal(lb) .iinagilb),1 b1) quiver(0j0jreal(lc),imag(Ic),'g') figure grid on; hold on; titleC'Currents lin') quiver(0,0jreal(lac)jimag(Iac), 'r■) quiver^,«, real (lab), imag(Iab) , " b ■) quiveriBjfljrealClbcJjimagClbc)^ "g")
Рис. 1. Листинг программы для расчета цепей трехфазного тока при соединении нагрузки по схемам «звезда» и «треугольник» в ШайаЪ
13 nfiUi IrontPfW)'
1« l*t Spent! IeeH few» tfrdO* £№
□ X
£ik Id* flpcilc ]eefc £mv4t щ.п-ir/, tjdp E
Рис.2. Моделирование изменений значений напряжений в среде LabVIEW
В рамках поставленной задачи были рассмотрены информационные программы для проведения занятий в дистанционном формате LMS, Webinar, Microsoft Teams, Zoom, Moodle, E - learning, Discord и Skype [1-5].
Система электронного обучения для ВУЗов LMS, одна из самых популярных среди обучающих платформ. Доступ к программе осуществляется с использованием индивидуального корпоративного логина и пароля, что исключает возможность несанкционированного входа нежелательных лиц и злоумышленников [6]. Образовательная платформа LMS содержит личный кабинет, календарь и личные файлы. В личном кабинете содержится информация о публикациях преподавателей, сведения о научных интересах и научных достижений. С помощью вкладки «Календарь» можно запланировать предстоящее научное событие и онлайн занятия, с возможностью оповещения обучающихся и контролирующих сотрудников по корпоративной почте. Во вкладке «Мои курсы» размещаются материалы по лекционным занятиям в виде файлов Word и презентаций в Power Point, учебники, учебные пособия и методические указания
для проведения практических и лабораторных работ в виде файлов в формате pdf, журналы успеваемости в виде интерактивных google-таблиц и файлов Excel, рабочие программы дисциплин, организованна среда для создания тестов с разным типом вопросом. С целью технической поддержи в LMS организована возможность связи с сотрудниками информационно-технического отдела. С использованием LMS можно проводит занятия и научные совещания в режиме видеоконференции при этом организована запись мероприятий, что позволяет ознакомиться с материалами занятий в любое удобное для студентов время.
С помощью платформы Webinar может быть также организовано дистанционное обучение в онлайн формате видеоконференций с демонстрацией презентаций и экрана компьютера ведущего занятие-вебинар.
Для организации дистанционного обучения используется IT- платформа Microsoft Teams. Данное приложение, объединяет в рабочем пространстве в рамках созданных команд:
- чат, для организации обратной связи между студентом и преподавателем,
- онлайн встречи, используемые для непосредственного проведения занятий с возможностью демонстрации презентации занятия, рабочего стола преподавателя или интерактивной доски, к которой имеется доступ у всех участников конференции;
- вложение «учебные материалы», позволяющее формировать блок лекционных материалов, заданий для практических и лабораторных занятий, учебных журналов успеваемости;
- заметки, служащие для добавления комментарий к занятиям;
- календарь, применяемый для планирования мероприятий;
- организацию прямой связи со всеми сервисами Office 365, обеспечивающую возможность редактирования файлов Excel, World и сохранность их в облаке.
Доступность приложения: бесплатно/ платно для расширенного функционала пользователей.
Цифровой след: аудиозапись, видеозапись, архив сообщений; документы в текстовом виде и в виде изображений могут прикрепляться, храниться и редактироваться. По количеству участников в данном приложении нет ограничений
Для проведения лекционных занятий, совещаний и конференций широко используется цифровая платформа Zoom, так позволяет осуществлять аудио и видео трансляцию, демонстрировать презентации и экран выступающего, имеется также чат для организации обратной связи с участниками конференции. В качестве преимущества также можно отметить возможность включения зала ожидания и принятия людей в конференцию вручную.
Вход участников в видеоконференцию в Zoom возможен как с предварительной регистрацией, так и без регистрации участника, при этом планирование звонка (конференции) осуществляется заранее.
Настройка пользовательского интерфейса возможна бесплатно для участников порядка 100 человек, платно для более расширенного функционала.
В Zoom организована аудиозапись, видеозапись, сохранность сообщений и документов.
К недостаткам видеоконференции в Zoom можно отнести ограничение до 40 минут для групповых звонков (конференций) в бесплатной версии, а также аудио помехи при большом количестве участников.
Для организации дистанционных форм обучения используется образовательная платформа Moodle. В рабочем пространстве курса, размещенного в Moodle представляются материалы по лекционным занятиям в виде презентаций, ментальных карт, учебных пособий, файлов для проведения практических и лабораторных занятий, тестовых контрольных испытаний и др.
Корпоративный образовательный портал E - learning используется для организации онлайн занятий в образовательных учреждениях. Платформа E - learning содержит банк данных электронных курсов, в виде файлов материалов лекций, методических указаний для проведения практических и лабораторных занятий, тестовых заданий и др. В E - learning организована подпрограмма для создания банка тестов содержащих вопросы различных видов, при этом автоматизировано проводится оценка тестируемых, задается время прохождения теста, ведется статистика в виде таблиц и графиков для учебных групп и курсов.
Для организации занятий в дистанционном формате обучения используется бесплатный мессенджер Discord c поддержкой режима видеоконференций. В качестве преимуществ IT-приложения Discord можно отметить осуществление простых звонков (конференций) и организацию сервера с отдельными текстовыми и аудио/видео каналами, создание любого количества ролей на сервере с разным доступом к каналам и различными привилегиями, добавление вспо-
могательных ботов на сервер. При этом каналы всегда активны и в любой момент можно подключиться. Для зарегистрированных участников возможно использование бесплатной версии. Для организации онлайн занятий с расширенным функционалом применяется платная версия данного программного обеспечения, ограничение для бесплатной версии 25 человек с видео на канале, 50 человек с аудио участием на канале. При использовании Discord возможно осуществление аудиозаписи, видеозаписи, ведется сохранность документов, фото, сообщений.
К основным недостаткам Discord относится возможность подключения с видео только для 25 человек, нет интерактивной доски и виртуальной поднятой руки, что затрудняет организацию обратной связи с обучающимися.
В качестве альтернативного программного обеспечения для проведения онлайн занятий используется бесплатное программное приложение Skype, обеспечивающие текстовую, голосовую и видеосвязь между участниками конференций, при этом организована сохранность аудио и видео записи, сохранность комментарий, документов и фото в чате конференции.
К недостаткам использования Skype можно отнести ограничение по количеству участников с веб-камерой.
Проведенный анализ образовательных платформ показал, что в настоящее время их достаточное количество, что обеспечивает выбор преподавателя с учетом личных предпочтений и организации учебных занятий. Для эффективного ведения образовательного процесса целесообразно использовать совокупность образовательных цифровых технологий при проведении занятий.
Список литературы
1. Орешина М.Н Математические основы инновационных технологий в перерабатывающих отраслях АПК. М.: Издательский дом ГУУ, 2019. 118 с.
2. Кириллов В.Ю., Ермаков А.А. Методы исследования проектных решений в современных IT компаниях // Электронный журнал: наука, техника и образование, 2020. №1. С.78-83.
3. Орешина М.Н., Кириллов В.Ю. Модельные и стендовые испытания технических систем с использованием IT- технологий // Материалы III-ого Международного научного форума «Шаг в будущее: искусственный интеллект и цифровая экономика: SMART NATIONS: Экономика цифрового равенства. С. 225-230.
4. Орешина М.Н., Семенов Г.В. Автоматизация экспериментальных исследований биотехнологических процессов с использованием информационных технологий // Хранение и переработка сельхозсырья, 2008. №6. С. 79-81.
5. Орешина М.Н. Использование цифровых технологий в машиностроении и авиационной промышленности // Материалы 23 -й Международной научнопрактической конференции «Актуальные проблемы управления - 2018» (14-15 ноября). М.: Издательский дом ГУУ, 2018. Выпуск 3. С. 344 - 349.
6. Орешина М.Н. Защита информации на промышленных предприятиях в рамках перехода к цифровому формату ведения хозяйственной деятельности // Материалы II-ого Международного научного форума «Шаг в будущее: Искусственный интеллект и цифровая экономика» (6-7 декабря 2018 г.). М.: Издательский дом ГУУ, 2018. Выпуск 4. С. 320-323.
Кириллов Владимир Юрьевич, д-р техн. наук, профессор, заведующий кафедрой, kaf309@mai. ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет),
Орешина Марина Николаевна, д-р техн. наук, профессор, mar-ore@yandex. ru, Россия, Москва, Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)
METHODOLOGICAL ASPECTS OF THE DEVELOPMENT OF AN ONLINE COURSE ON THE DISCIPLINE "THEORETICAL FOUNDATIONS OF ELECTRICAL ENGINEERING AND
ELECTRICAL MEASUREMENTS"
V.Yu. Kirillov, M.N. Oreshina 494
