CC BY
49
ББК 74.58
О. А. Сенина
Астраханский государственный технический университет
РЕАЛИЗАЦИЯ ПРИНЦИПА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОТКРЫТОСТИ И ГИБКОСТИ ОБУЧЕНИЯ В КУРСЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
Развитие России связано с глубокими качественными изменениями как в производстве в целом, так и в отдельных областях и структуре производительных сил. Соответственно изменяются характер труда, состав профессий. Исчезают одни профессии, связанные со старой техникой, появляются новые, вызванные к жизни новой техникой и технологией производства. В связи с этим повышаются требования к общеобразовательной подготовке студентов, особенно серьезное внимание уделяется изучению математических дисциплин. Особое значение имеет математика для современного развития электротехники и электроники, которые во многом определяют научно-технический прогресс в целом.
Характеризуя связь математики с электротехникой, можно отметить, что возможность ее существования вытекает из следующего. Во-первых, в основе современной электротехники и промышленной электроники лежат единые естественно-математические закономерности. Во-вторых, основные математические закономерности имеют широкое практическое применение, причем именно производством диктуется необходимость изучения все более сложных математических понятий уже на этапе обучения студентов.
Однако решение задач должно не только формировать у студентов умение безошибочно производить формальные выкладки, но и научить их моделировать.
Новые сложные задачи и проблемы электротехники и других дисциплин требуют от современного инженера глубоких знаний в области математики, а также умения использовать их на практике. Однако многие высшие технические учебные заведения, большей частью региональные, сталкиваются со слабой математической подготовкой абитуриентов - вчерашних выпускников школ и колледжей.
С целью выявления пробелов в знаниях студентов в начале каждого семестра кафедрой электротехники Астраханского государственного технического университета (АГТУ) проводится тестирование по математике среди студентов, приступающих к изучению курса электротехники. В тест включены задачи из следующих разделов курса математики: «Обыкновенные и десятичные дроби и действия с ними», «Решение систем квадратных уравнений», «Нахождение значений тригонометрических функций», «Свойства графиков тригонометрических функций», «Теорема Пифагора», «Нахождение производной степенных и тригонометрических функций», «Вычисление определенного интеграла». Всего - 18 заданий.
Задания 1-5 содержали примеры на действия с обыкновенными и десятичными дробями. Анализ результатов тестирования показал, что в среднем 75 % студентов умеют выполнять действия с обыкновенными и десятичными дробями, 21 % студентов допустили вычислительные ошибки при решении, 4 % студентов не знают, как преобразовывать обыкновенную правильную дробь в неправильную.
Задание 6 (решение системы уравнений с одним уравнением второй степени) выполнили верно 69 % студентов. Задание 7 (выразить какую-либо переменную из данного выражения) выполнили 54 % студентов.
Задания 8-10 - по теме «Графики тригонометрических функций и их свойства». Сначала студенты должны были указать график, соответствующий заданной функции (задание 8): а) график y = sin x или y = cos x; б) график, имеющий начальную фазу, не равную нулю (например, y = cos(x + п/3)). Только 37 % студентов смогли правильно определить оба графика, из остальных - 33 % определили только первый график, 9 % - только второй график. Верно указали, чем отличается график одной функции от графика другой (задание 9), например, y = sin 3x от y = sin x, 48 % студентов. Далее построить график тригонометрической функции и определить ее максимальное значение (задание 10) смогли только 20 % студентов. Но были и студенты, которые не выполняли какое-либо задание теста. Например, 49 % студентов не приступали к решению данного задания.
Задание 11 - на знание теоремы Пифагора и определение тригонометрических функций: даны две стороны прямоугольного треугольника и необходимо определить какую-либо тригонометрическую функцию одного из острых углов, Например, дана длина катета АС и гипотенузы АВ, определить синус угла А. Данное задание выполнили 56 % студентов, не выполняли задание - 14 %.
Задание 12 было достаточно обширным: сначала необходимо было построить вектор с заданными координатами начала и конца (начало вектора - точка О (0,0)) и найти его длину, затем указать, какой четверти принадлежит угол между построенным вектором и положительным направлением оси Ох и вычислить тангенс этого угла. Полностью выполнить данное задание смогли только 13 % студентов, из остальных: 61 % - построили вектор и нашли его длину, 36 % -указали четверть, 21 % студентов не выполняли задание.
Задание 13 предусматривало проверку знаний значений тригонометрических функций для
0, п/6, п/4, п/3, п/2, п, 3п/2, 2п радиан. Необходимо было вычислить значение выражения, подставив значения функций. В итоге с заданием справились 28 % студентов, 48 % не выполняли задание.
Задания 14-16 проверяли знания студентов по определению производной функции. Задание 14 (нахождение производной тригонометрической функции в данной точке) выполнили 33 % студентов, не выполняли данное задание - 48 %. Задание 15 (нахождение производной произведения) выполнили верно 56 %, не выполняли - 26 %. Задание 16 (нахождение производной дроби) выполнили верно 48 %, не выполняли 28 %.
Задания 17-18 - на нахождение интеграла. Определенный интеграл степенной функции верно вычислили 26 % студентов, не выполняли задание - 29 %; определенный интеграл тригонометрической функций вычислили 22 %, не выполняли - 50 % студентов.
По итогам тестирования были построены диаграммы, в частности, здесь представлена диаграмма с количеством правильных ответов (в % от общего числа студентов) по каждому заданию (рис.).
Задания
Количество правильных ответов (в процентах от общего числа студентов) по каждому заданию
Таким образом, тестирование, как правило, показывает недостаточный уровень знаний студентов по математике, а именно: слабую вычислительную культуру, плохое знание свойств тригонометрических функций и неумение строить их графики и пользоваться функциональными зависимостями, неумение определять производную и определенный интеграл простейших степенных и тригонометрических функций. Поэтому преподавателю электротехники необходимо попутно укреплять математические знания студентов.
Преодоление пробелов в математической подготовке возможно на основе самостоятельной работы студентов с различными обучающими компьютерными программами по математике. Однако самостоятельная работа эффективна только при достаточно сильной мотивации обучения - многим известно традиционное нежелание студентов систематически работать, в том
числе самостоятельно, а также неорганизованность учащихся. Выход из создавшегося положения состоит в повышении интереса к предмету, показа им доступности учебного материала для усвоения даже при ограниченной начальной подготовке.
К сожалению, непосредственное применение математических обучающих программ на практических занятиях по курсу электротехники невозможно в связи с ограниченностью учебного времени.
В связи с этим на кафедре электротехники АГТУ было принято решение о разработке электронного тренажера, включающего в себя теоретическую и практическую части по электротехнике, при работе с которым студенту будет оказана необходимая поддержка для развития его математических умений.
Создание подобного электронного тренажера по электротехнике будет способствовать не только получению знаний по электротехнике, но и устранению пробелов в математической подготовке студентов. Однако тренажер должен отвечать принципу открытости и гибкости обучения.
Принцип открытости обучения выражается в «мягкости» ограничений по возрасту, начальному образовательному цензу, вступительных контрольных мероприятий для возможности обучения и т. д. Важным показателем «гибкости» является некритичность учебного процесса в системе открытого образования по отношению к расстоянию, временному графику реализации учебного процесса и конкретному образовательному учреждению [1].
Открытость обучения электротехнике выражается в возможности ее изучения любым студентом, даже не обладающим достаточной математической подготовкой. Контингент таких студентов ежегодно возрастает по двум причинам: 1) снижается уровень школьной подготовки; 2) увеличивается количество желающих повысить свой профессиональный уровень и получить дополнительное образование, поэтому увеличивается число студентов заочной и дистанционной форм обучения.
Данный электронный тренажер охватывает все особо значимые разделы курса «Общая электротехника и электроника», является необходимым и достаточным по объему, простым и доступным по содержанию, обеспечивает самостоятельное изучение дисциплины. Тренажер предназначен для студентов очной формы обучения, имеющих пробелы в знаниях по математике, и студентов-заочников.
В настоящее время в учебном процессе используются программы по следующим разделам курса электротехники: «Смешанное соединение элементов в цепи постоянного тока»; «Расчет цепи постоянного тока»; «Анализ сложной линейной электрической цепи постоянного тока»; «Однофазные цепи синусоидального тока».
Структура каждого раздела следующая:
1. Основные теоретические сведения. Здесь изложен теоретический материал - все основные определения и законы, которые необходимо знать при изучении данной темы курса электротехники.
2. Практическое задание. В данной части дается развернутое описание решения опорного задания, которое является обобщенным для определенного раздела.
3. Математическая поддержка. Для преодоления пробелов в знаниях по математике предусмотрена математическая поддержка. Данная часть раздела дает возможность студентам повторить математические понятия и операции, которые необходимы при решении определенной электротехнической задачи.
4. Задачи для самостоятельного решения. К каждому разделу для самостоятельного решения составлена задача, подобная примеру, рассмотренному в практической части. Для каждой задачи составлены 30 вариантов с различной комбинацией расположения элементов в цепи и значениями параметров схемы [2].
Так, в разделе «Смешанное соединение элементов в цепи постоянного тока» рассматриваются следующие теоретические вопросы: последовательное, параллельное, смешанное соединение резисторов, сопротивление всей цепи. Опорная задача раздела - определить сопротивление цепи со смешанным соединением резисторов в цепи постоянного тока. Математическая поддержка: «Действия с дробями».
Раздел «Расчет линейной цепи постоянного тока»: теоретическая часть - электрическая цепь, электрический ток, напряжение, закон Ома, законы Кирхгофа. Опорная задача - расчет
линейной цепи постоянного тока со смешанным соединением приемников (определение токов и напряжений на каждом участке цепи). Математическая поддержка по теме «Решение систем двух линейных уравнений».
В разделе «Анализ сложной линейной электрической цепи постоянного тока» рассмотрены законы Кирхгофа, метод контурных токов, баланс мощностей. Подробно разобрана задача на расчет сложной линейной цепи постоянного тока (составление уравнений по законам Кирхгофа, определение токов в ветвях цепи методом контурных токов, проверка баланса мощностей). Математическая поддержка: «Решение систем нескольких линейных уравнений».
Раздел «Однофазные цепи синусоидального тока»: теоретическая часть - основные понятия о переменном токе, идеальные и реальные элементы в цепи синусоидального тока, компенсация реактивной мощности. Опорная задача - расчет однофазной цепи синусоидального тока (составить эквивалентную схему замещения нескольких потребителей, соединенных параллельно друг другу, и определить параметры ее элементов; рассчитать емкость батареи конденсаторов, которую нужно подключить к потребителю для снижения реактивной мощности до нуля). Математическая поддержка по разделу «Векторы и действия над ними».
Электронный тренажер был представлен на выставке компьютерных учебных программ по электротехнике, проведенной в рамках VII Международной научно-практической конференции «Традиции и педагогические новации в электротехническом образовании НИТЭ-2006».
Принцип гибкости обеспечивается пригодностью электронного тренажера как для студентов дневного отделения для аудиторных занятий или самостоятельной работы, так и для заочников, и студентов дистанционной формы обучения. Работа с электронным тренажером по электротехнике будет способствовать не только получению достаточных знаний по электротехнике, но и устранению пробелов в математической подготовке студентов.
Использование разработанного электронного тренажера в полной мере обеспечивает реализацию принципа обеспечения открытости и гибкости обучения в курсе электротехники технического университета.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Основы открытого образования / А. А. Андреев, С. Л. Каплан, Г. А. Краснова и др.; Отв. ред.
В. И. Солдаткин. - Т. 1. - Рос. гос. ин-т открытого образования. - М.: НИИЦ РАО, 2002. - 199 с.
2. Сенина О. А. О разработке электронного тренажера по электротехнике с математической поддержкой // Традиции и педагогические новации в электротехническом образовании (НИТЭ-2006): Материалы VII Междунар. науч.-метод. конф. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2006. - С. 351-353.
Получено 20.12.2006
THE REALIZATION OF OPENNESS CONTROL PRINCIPLE AND FLEXIBILITY OF TRAINING IN THE COURSE OF ELECTROTECHNOLOGY AT A TECHNICAL UNIVERSITY
O. A. Senina
The opportunity to study a course of elecrtotechnology at a technical university by means of an electronic simulator with mathematical support, which is necessary for the students having some gaps in their knowledge of mathematics, is considered. The results of students’ (who start studying a course of elecrtotechnology) testing on mathematics are shown. The design of this electronic simulator will help to get not only some knowledge of elecrtotechnology, but also to eliminate some gaps in mathematics. The given simulator should correspond an openness principle and flexibility of training. The structure of the electronic simulator realizing the mentioned requirements is shown.
