CC BY
100
г
ОБСУЖДАЕМ ПРОБЛЕМУ
А.Л. МАРЧЕНКО, профессор ОпЫт разработки
«мати» - ргту интерактивных
им. кэ.Циолковского методических средств
Представлены структурные компоненты учебно-методического комплекса по электротехнике.
Ключевые слова: предметный учебно-методический комплекс, структурные компоненты УМК по электротехнике, электронные образовательные ресурсы.
Основой стратегии современной образовательной политики является переход от поточно-групповой организации образовательного процесса к построению личностно-ориентированной образовательной среды с использованием средств информационно-коммуникационных технологий.
Для этого образовательные электронные издания и ресурсы (далее - ЭИР) по базовым дисциплинам основных образовательных программ ФГОС должны быть размещены в электронно-библиотечных системах (ЭБС) и формироваться на основании прямых договоров с их правообладателями. Вузы должны обеспечить студентам доступ к ЭБС, в том числе за счёт сокращения затрат на формирование библиотечного фонда на бумажных носителях.
Разрозненные ЭИР, относящиеся к различным видам занятий (к примеру, по курсу «Электротехника и электроника »), обычно сводятся в предметный учебно-методический комплекс, который, при наличии соответствующего инструментария и достаточного объёма ЭИР в фондах ЭБС, может быть создан коллективом кафедры вуза с учётом объёма зачетных единиц, отведенных в учебном плане соответствующего профиля подготовки кадров на изучение дисциплины [1].
Учитывая современные возможности вузов в обеспечении студентов и преподавателей трафиками и средствами работы в Интернете в вузе и дома, предметный комплекс должен иметь электронное приложение на компакт-диске, которое в значи-
тельной степени должно повторять формат учебного пособия и содержать анимированные иллюстрации, интерактивные упражнения и задания, виртуальный лабораторный практикум, программы моделирования и анализа электронных устройств, используемые при выполнении курсовых работ (проектов), тренажёры и тесты для самоконтроля. Преподаватели и студенты смогут извлекать ресурсы из электронного приложения, добавлять туда свои наработки или ресурсы из различных коллекций и ЭБС.
Предлагаемые сегодня на рынке ЭИР по электротехническим дисциплинам разработаны в различных программных средах, что не позволяет сгруппировать их в единый комплекс. Статья посвящена созданию УМК по электротехнике и его апробации в учебном процессе МАТИ.
Разработанный нами учебно-методический комплекс состоит из учебного пособия с приложенным компакт-диском УМКЭ, на котором записана совокупность дидактических средств и методических материалов, обеспечивающих сопровождение учебного процесса по разделу «Электротехника» базовой дисциплины «Электротехника и электроника» [2]. Ведётся разработка подобного по структуре УМК по разделу «Электроника».
Электронная часть комплекса создана в инструментальной среде, написанной посредством языка разметки HTML с добавлением каскадных стилей ^ауа-скриптов. Учебный материал дисциплины, подготовленный
Обсуждаем проблему
135
в разных редакторах, конвертирован в формат языка HTML и распределён, как в печатном издании, по 11 темам (рис. 1).
Фрагменты теоретического материала курса сопровождаются АазЬ-упражнения-ми и АазЬ-заданиями с программной проверкой правильности результатов проведенных расчётов. После изучения части темы предусмотрено выполнение лабораторной работы в виртуальной лаборатории, а после изучения темы - тестовый контроль уровня учебных достижений студента.
Контент компонентов УМКЭ
Электронный учебник. Компонент Основной курс спроектирован в виде электронного учебника, который может быть использован для организации модульного метода обучения, так как структура учебного материала позволяет составить модульную программу обучения на основе логики освоения нового знания, обоснованного объёма часов на освоение модулей и применения развитой системы контроля на всех этапах изучения каждого модуля.
Упражнения. В программный блок включено 80 АазЬ-упражнений (с пошаго-
вой реализацией выполнения операций), разработанных в среде Adobe Flash и размещенных в соответствующих местах электронного учебника. В отдельных упражнениях предусмотрен случайный выбор параметров элементов схем устройств и параллельные графические построения диаграмм или графиков после завершения расчёта очередного шага задания (рис. 2).
Учебные задания.. Шаблоны flash-заданий (всего их 65) различны по форме: либо это однокадровые, содержащие только текст задания и таблицы с незаполненными активными полями, в которые необходимо ввести с клавиатуры рассчитанные значения электрических величин, либо многокадровые - для ввода результатов расчёта каждого этапа задания. В алгоритмах контроля неверных действий студента предусмотрено: вывод подсказок, выделение красным цветом кромок полей (ячеек) таблиц с неверными ответами, а также вывод оценки за выполнение всехопераций задания.
Лабораторный практикум. Является важнейшим компонентом обучения в техническом вузе. В процессе выполнения лабораторных работ студенты получают на-
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА Содержание Глоссарий ГОСТы Вспом. программы Поиск Программа курса Основной курс Упражнения Задания Лаб. работы Курс. работы Модели Тесты Калькулятор
вн ТЕМЫ Тема l Тема 2 Тема 3 В Тема 4 Q Тема 5 Q Тема 6 0 Тема 7 Тема 8 Тема 9 Тема l0 Тема ll Основной курс «ЭЛЕКТРОТЕХНИКА» В него включены разделы: I. Электрические и магнитные цепи II. Электромагнитные устройства и электрические машины Учебный материал курса распределён по 11 темам: Тема 1. Элементы и параметры цепей Тема 2. Методы расчёта электрических цепей Тема 3. Электрические цепи синусоидального тока Тема 4. Переходные процессы в электрических цепях Тема 5. Электрические цепи периодического несинусоидального тока Тема 6. Магнитные цепи и электромагнитные устройства Тема 7. Трансформаторы Тема 8. Асинхронные машины Тема 9. Машины постоянного тока Тема 10. Синхронные машины Тема 11. Микромашины
Тема 1 Тема 2 Тема 3 Тема 4 Тема 5 Тема б Тема 7 Тема 8 Тема 9 Тема 10 Тема 11
Рис. 1. Страница «Основной курс УМК по электротехнике»
136
Высшее образование в России • № 4, 2011
Упражнение
Определить фазные и линейные токи и построить векторную диаграмму напряжений и токов, если ил = 380 В, 2аь = 10 Ом,
2^0 = 10 + у 10 Ом, 2са = 10 - у 5 Ом.
Решение.
1. Комплексы фазных токов:
Lab = Uabl Zab = 380/10 = 38 A;
Ibc=Uficl Zfic=380e-120° l(10—j10) = 29,9e-165° A;
далее ^
Рис. 2. Страница компонента «Упражнения»
выки организации и проведения экспериментов. Наряду с натурными экспериментами в настоящее время широкое распространение получило компьютерное проектирование и испытание электрических схем устройств в таких средах схемотехнического моделирования, как DesignLab, Р-Spice, LabVIEW, N1 Ми1^т, Ма^аЬ и др.
На этапе начального освоения студентами методов проектирования и испытания электронных устройств наиболее приемлемым средством, по мнению автора, является программная среда N1 Ми1^ш 10 (далее - MS10). Большое количество и многообразие аналоговых, цифровых и смешанных моделей электронных узлов, средств анализа и виртуальных приборов делает среду MS10 удобным инструментом для демонстрации и визуализации проявления многих фундаментальных явлений и процессов в устройствах электротехники и электроники и позволяет организовать проведение лабора-
торных работ практически по всем темам базовой дисциплины «Электротехника и электроника».
Для проведения лабораторных работ как в дисплейном классе, так и дома разработан программный комплекс LabWorks, в котором можно выполнить 37 работ, из них 20 - по электротехнике и 17 - по электронике. Компакт-диск с записанным комплексом LabWorks, с русифицированной учебной версией среды MS10 и 80 схемными файлами прилагается к книге [3].
Для изучения основ моделирования электронных устройств в среде MS10 создана и включена в интерфейс комплекса LabWorks £ЫЬ-презентация «Первые шаги в Ми1^т 10» с закадровым звучанием. Программа MS10 должна быть установлена на диск компьютера. Выполнять виртуальные лабораторные работы в среде LabWorks можно непосредственно с компакт-диска.
В описании каждой работы сформулирована её цель, приведены краткие теоретические сведения по теме работы, приложены индивидуальные задания на расчёт и моделирование схемы в среде MS10, даны рекомендации по проведению экспериментов, обработке полученных данных и оформлению отчёта с использованием шаблона электронной тетради.
Курсовые работы. На компакт-диске УМКЭ записаны методические указания к выполнению шести курсовых работ, посвящённых анализу электрических цепей переменного тока, разветвлённых магнитных цепей, расчёту и построению частотных характеристик пассивных четырёхполюсников, ARC-фильтров, цифровых систем, расчёту параметров и построению характеристик трансформаторов, асинхронных двигателей и машин постоянного тока.
Обсуждаем проблему
137
К курсовым работам прилагаются разработанные в среде Borland C++ Builder или Adobe Flash программы моделирования и расчёта электрических цепей и устройств для поэтапного контроля выполнения заданий. При запуске программ моделируются обобщённые схемы электрических цепей устройств, элементный состав которых изменяется при вводе номера варианта задания. Вводимые с клавиатуры расчётные данные каждого этапа задания сравниваются с эталонами и при их несовпадении более чем на 3% выводятся подсказки (рис. 3).
Модели. В этом блоке записаны программы упражнений, заданий и тренажёров, используемые студентами при подготовке к текущему и промежуточному тестированию и преподавателями - для их проведения с оцениванием уровней усвоения учебного материала.
Глоссарий. Составлен по следующим признакам: определения (включено более 300 терминов и основных понятий электротехники), формулы (введено 145 основных формул курса), законы и преобразования.
Тестовая система.. Система разработана с использованием языка Delphi и предназначена для конструирования тестовых заданий, составления тестов, проведения компьютерного тестирования и оценивания его результатов. В базу тестовой системы включены претесты (80 заданий по математике, 80 по физике), 300 заданий закрытого типа и 100 типовых задач по электротехнике.
Начиная с 2007/08 учебного года УМКЭ используется в учебном процессе МАТИ при проведении отдельных видов занятий по дисциплине «Электротехника и электроника», а также комплексно - в автоматизированных аудиториях. Библиотека университета приобрела достаточное количество компакт-дисков и выдаёт их по студенческим абонементам для работы как в компьютерных залах, так и, с согласия авторов, дома.
Внедряемый в вузовскую практику новый подход к обучению на основе предметных УМК помогает решить ряд задач обучения и воспитания. Компьютерные техноло-
3. Расчёт цепи при t = 0+
Определить послекоммутационное напряжение на конденсаторе ис(0+) и токи ветвей 1к(0+) цепи с параметрами: Е = 20 В, ^ = 4 Ом, = 8 Ом,
Я3 = 10 Ом, Я4 = 12 Ом, £ = 8 МГн, С = 2 мкФ.
Введите найденные значения электрических величин:
/1(0+) = 2,36 A; /2(0+) = 2,36
/L(0+) = 2,36 A; /c(0+) = 2,36
uc(0+) = 13,6 B. Принять
uc(0+)
E
С)
+)/Oi
+TSJ
Проверка Неправильно
Ri
/2(0+)
R4
/L(0+)
Подсказка Изучите схему замещения цепи для мгновения после коммутации, определите значения электрических величин схемы и вновь их введите в выделенные активные поля.
Рис. 3. Видеоформа страницы курсовой работы по расчёту переходных процессов в электрической цепи второго порядка
138
Высшее образование в России • № 4, 2011
гии обучения вызывают интерес большинства студентов к изучению электротехнических дисциплин и формируют у них навыки самообразования, позволяют им самим определять уровень овладения знаниями и умениями, увидеть пробелы и устранить их.
Разработка ЭИР по основным дисциплинам учебных планов профилей подготовки кадров, размещение их в ЭБС и широкое использование в обучении - это перспективный путь современного образования, целью которого является создание открытой, развивающейся информационной системы обучения, построение и развитие единого образовательного пространства.
Российская система образования активно интегрируется в глобальное образовательное пространство, которое все больше становится сетевым. При этом необходимо обеспечить полноценную и разностороннюю поддержку преподавателю и сту-
денту в реализации их функций: наличие ноутбука у каждого участника, качественного учебного контента, размещенного в ЭБС, доступный и неограниченный вход в Интернет и в сети ЭБС в вузе и дома.
Литература
1. Марченко А.Л. Актуальные вопросы раз-
работки и использования электронных изданий и ресурсов в обучении электротехнике и электронике в вузе (+СБ). М.: ДМК Пресс, 2010. 272 с.
2. Беневоленский С.Б, Марченко А.Л. Осно-
вы электротехники: Учеб. пособие для втузов. М.: Физматлит, 2007. 568 с.; Беневоленский С.Б., Марченко А.Л. Основы электротехники. Компакт-диск. М.: Дискарт, 2006. 600 Мб.
3. Марченко А.Л., Освальд С.В. Лабораторный
практикум по электротехнике и электронике в среде МиЫ8ш 10 (+СБ): Учеб. пособие для вузов. М.: ДМК Пресс, 2010. 420 с.
MARCHENKO A. CREATION OF INTERACTIVE METHODICAL MEANS AND THEIR USE IN TRAINING OF ELECTRICAL ENGINEERING
The designed and proven method of teaching the discipline “Electrical engineering and electronics” is offered for students of technical colleges. Structural components of the educational methodical complex of electrical engineering (EMCE) are specified. Examples of components EMCE realization are presented.
Keywords: electrical engineering educational methodical complex, electronic educational resources.
Е.А. КОРЧАГИН, заведующий лабораторией
И.М. АЙТУГАНОВ, ведущий научный сотрудник
Л.Н. САМОЛДИНА, ст. научный сотрудник
Институт педагогики и психологии профессионального образования РАО Р.С. САФИН, профессор Казанский архитектурностроительный университет
Высшее учебное заведение и промышленное предприятие: готовность к взаимодействию
Определяются критерии, показатели, условия, состав и структура готовности предприятия и учебного заведения к взаимодействию, раскрываются структура и содержание взаимодействия, потребности, интересы предприятия и учебного заведения во взаимодействии, роль и значение взаимодействия для сферы труда и образовательной практики.
Ключевые слова: учебное заведение, предприятие, взаимодействие, готовность к взаимодействию, потребности, интересы.
