УДК 377.112.4
ПРИМЕНЕНИЕ КОМПЬЮТЕРНЫХ СРЕДСТВ ОБУЧЕНИЯ В ПРЕПОДАВАНИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ДИСЦИПЛИН
И.А. Кутепов, преподаватель,
ФСПО ТИ им. Н.Н. Поликарпова «Госуниверситета-УНПК», г.Орёл,
e-mail: fspo-tm@rambler.ru
В современных условиях развития информационно-технологического общества повышается роль технологического образования молодежи как стратегического фактора подъема экономики. Подъем промышленного производства России требует большого количества квалифицированных специалистов, владеющих современной техникой и технологиями производства, в том числе и инженерно-технических кадров, способных обеспечить функционирование и развитие ключевых отраслей современного производства. Достижение поставленных задач возможно только в процессе инновационной деятельности.
Специфика образовательного учреждения как организационной структуры состоит в осуществлении процесса образования, которое рассматривается как единый процесс обучения и воспитания в интересах человека, общества и государства. Следовательно, все инновационные изменения должны проходить в поле этих явлений, с учетом интеграции и координации деятельности отдельных организационных структур. Проблемы современного образования, их характер и сущность, возможные пути их решения непосредственно связаны с глобальными социокультурными тенденциями, происходящими в российском обществе в начале XXI века. На первый план поставлена цель по созданию условий для саморазвития личности в процессе обучения. В соответствии с этой целью педагогам необходимо так организовать образовательный процесс, чтобы его основным субъектом являлся учащийся, имеющий собственные познавательные потребности и интересы, творчески думающий, активно и мобильно действующий в социально-экономических условиях, способный к жизненному и профессиональному самоопределению.
Инновационные процессы в системе образования характеризуются широким спектром направленности их реализации. Выделим такие инновации, которые наиболее активно и значимо осуществляются в процессе модернизации российского образования:
- Обновление содержания общего и профессионального образования;
- Личностно ориентированный характер обучения, т.е. «обучение в сотрудничестве», что предполагает использование интерактивных методик и технологий обучения, в том числе учебно-исследовательской и проектной деятельности;
- Формирование единого образовательного пространства, предусматривающего интеграцию учебной и внеурочной деятельности, общего и дополнительного образования, сотрудничество с семьей, учет влияний социума;
- Использование здоровьесберегающих технологий в обучении;
- Формирование у студентов осознанной потребности в объективной самооценке собственных достижений и в адекватной самореализации в процессе реализации индивидуальных «портфолио обучающегося» и обеспечения комплексного характера воспитательного процесса;
- Внедрение в образовательный процесс современных информационно-коммуникационных технологий.
Примером использования инновационных технологий в преподавании электротехнических дисциплин является применение компьютерных средств обучения (КСО). Использование современных форм обучения, которые поддерживаются в компьютерных средствах обучения, стимулирует творческую деятельность учащихся и во многом обеспечивают их запросы в процессе обучения. КСО обеспечивают новые дополнительные возможности образовательного процесса, к которым следует отнести:
- индивидуальный подход к обучению и усвоению материала, наиболее выраженный при адаптивных формах КСО;
- при дистанционном образовании возможность работы учащегося с КСО по гибкому графику в оптимальном для него темпе;
- возможность визуального представления не только наблюдаемых и реальных, но также скрытых и воображаемых объектов, явлений, процессов;
- наглядное представление в анимационном виде изучаемых объектов и происходящих процессов, существенно облегчающих усвоение наиболее трудных тем по сравнению с традиционными средствами их представления;
- возможности создания самими студентами моделей реальных объектов и процессов и их исследования с помощью прикладных программ компьютерного моделирования;
- автоматизированный контроль образовательного процесса учащихся с объективной оценкой приобретаемых знаний и умений;
- быстрота и удобство поиска информации в КСО за счет широких возможностей компьютерных форм поиска и подсказок.
Использование специальных компьютерных программ позволяет в некоторой степени компенсировать недостаток лабораторного оборудования и смоделировать конкретный процесс, протекающий в электрических цепях. При этом достигается максимальное приближение к реальному исследованию электрических установок.
На разных этапах изучения электротехнических дисциплин могут быть рекомендованы определенные КСО.
1 Программа «Начала электроники». Данная программа предназначена в помощь учащимся (и преподавателям) средних, а также средних специальных учебных заведений для изучения разделов курса физики "Электричество". Она естественным образом дополняет классическую схему обучения, состоящую из усвоения теоретического материала и выработки практических навыков экспериментирования в физической лаборатории.
Программа представляет собой электронный конструктор, позволяющий имитировать на экране монитора процессы сборки электрических схем, исследовать особенности их работы, проводить измерения электрических величин так, как это делается в реальном физическом эксперименте (рисунок 1).
Рисунок 1 – Вид рабочего стола программы «Начало электроники»
2 Программа ElectroM. Программа для создания, расчета и отображения в трехмерном виде электрических схем. В программе нет никаких ограничений на сложность схемы. Реальная физическая модель приборов, соблюдены все законы электроники. Интерфейс – русский. Выбор элемента осуществляется щелчком мыши на название нужного элемента. В данной версии программы доступны: проводник, переключатель, реостат, лампочка, светодиод, ключ, источник, амперметр, вольтметр, резистор. При наличии параметров у элемента появляется текстовое окно для их установки. В окне редактирования происходит создание схемы.
Изменяются все параметры схемы (сопротивления элементов, диапазон измерения амперметра и так далее). Размер создаваемой схемы ограничен только размером стола. Имеется возможность менять схему в трехмерном режиме (замкнуть рубильник, подвигать бегунок реостата, и так далее). Реальное поведение элементов (например, лампочка может взорваться, если на нее подать слишком большое напряжение) (рисунок 2).
Рисунок 2 – Вид рабочего стола программы ElectroM
3 Программа Electronics Workbench. Программа Electronics Workbench 4.1 (рисунок 3) предназначена для разработки, имитации, отладки и тестирования принципиальных электрических схем и обладает рядом преимуществ перед своими аналогами, главными из которых являются простота и надежность.
Рисунок 3 – Вид рабочего стола программы Electronics Workbench
4 Виртуальный лабораторный практикум по курсу "Электрические машины". Лабораторный практикум охватывает все виды электрических машин и предназначен для исследования основных характеристик машин в различных режимах работы с целью закрепления знаний, полученных при изучении учебника.
В настоящее время доступны для практического использования следующие лабораторные работы.
Лабораторная работа «Исследование трехфазного асинхронного двигателя с КЗ ротором» (рисунок 4). Лабораторный стенд для исследования характеристик трехфазного асинхронного двигателя помимо собственно двигателя и нагрузочного устройства - электромагнитного тормоза (представленных в данном случае математическими моделями) содержит: выключатель питания и пускатель, преобразователь напряжения для регулирования подаваемого к двигателю напряжения, а также регулятор тока возбуждения электромагнитного тормоза для изменения нагрузки двигателя. Кроме того, стенд имеет приборы для измерения питающего напряжения, фазных токов, потребляемой мощности, частоты вращения и момента на валу машины, а также переключатель режимов работы (холостой ход - рабочие характеристики - короткое замыкание).
Рисунок 4 - Лабораторная работа «Исследование трехфазного асинхронного двигателя с КЗ ротором»
Лабораторная работа «Исследование характеристик трехфазного синхронного генератора» (рисунок 5). Основным элементом стенда является трехфазный синхронный генератор явнополюсной конструкции с независимым возбуждением, вал которого вращается с постоянной скоростью. К обмотке статора подключается регулируемая трехфазная нагрузка активного и индуктивного типа. Ток обмотки возбуждения изменяется с помощью регулятора. Для опыта короткого замыкания используются переключатели, замыкающие выводы обмотки статора. Для измерений на стенде предусмотрены амперметры, вольтметры, тахометр и фазометр.
Рисунок 5 - Лабораторная работа «Исследование характеристик трехфазного синхронного генератора»
5 Программа Transformer. Программа предназначена для расчета сварочных трансформаторов (рисунок 6).
Рисунок 6 – Вид рабочего стола программы Transformer
6 Программа SVCalc. SVC-программа расчета установившихся режимов электроэнергетических сетей для операционных систем Windows (рисунок 7).
Программа включает в себя следующие компоненты:
- редактор схем, использующий преимущества операционной системы Windows. Обеспечивает быстрый ввод схем;
- модуль экспорта расчетной схемы в формат Rastr-программы расчета установившегося режима;
- модуль расчета режима методом Зейделя. Использует при расчете числа повышенной точности. При расчете производится учет ветвей с нулевым сопротивлением. Результаты расчета отображаются в таблице;
- база данных "справочник" для хранения паспортных и расчетных данных силовых трансформаторов и ЛЭП;
- экспорт результатов расчета в Excel. Позволяет использовать возможности Excel для обработки результатов расчета;
Рисунок 7 – Вид рабочего стола программы SVCalc
7 Программа РОСА (рисунок 8). Программа предназначена для расчета электрических сетей напряжением 0,4 - 6 -10 кВ (а также, любого другого значения). Она позволяет конструировать однолинейные схемы силовых электрических щитов 0,4 кВ, а также однолинейные схемы распределительных устройств 6-10 кВ из определенных элементов, наиболее часто встречающихся электроприемников. С помощью программы можно производить расчет параметров сети в нормальном режиме (с двумя включенными вводами), в послеаварийном режиме (отключение одного из вводов и срабатывание секционного выключателя), а также анализировать ситуацию при «ручном» отключении любых фидеров. Рассчитываются также уставки релейной защиты: максимально-токовой защиты, токовой отсечки, перегрузки всех фидеров распределительного устройства высокого напряжения (вводов, секционного выключателя, и отходящих линий). Данный расчет производится в аварийных режимах – автоматическом и ручном. Токи для расчета релейной защиты вычисляются с учетом самого большого пускового тока одного из двигателей.
Рисунок 8 – Вид рабочего стола программы РОСА
8 Программа Электрик. CUpro (рисунок 9). Программа позволяет выполнять следующие расчеты:
· выбор сечения проводов, шнуров, кабелей и спецкабелей с резиновой или пластмассовой изоляцией (главное окно);
· расчет тока, мощности, сечения, сопротивления, работы, энергии, диаметра и тока плавления;
· выбор автоматов защиты;
· расчет стоимости и установки электрооборудования;
· прайсы на электрооборудование;
· основы электробезопасности;
· выбор сечения кабелей с бумажной пропитанной изоляцией. Прокладка в блоках;
· проверка сечения: на потери напряжения до 1000 В, на нагрев сечения проводника, на экономическую плотность тока, по условиям короны и радиопомех;
· проверка на потери напряжения выше 1000 В;
· расчет токов короткого замыкания;
· расчет заземления и расчет промерзания и защиты грунта;
· расчет за потребляемую электроэнергию с энергоснабжающей организацией ЭСО;
· выбор сечения нескольких нагрузок по схеме.
Рисунок 9 – Вид рабочего стола программы Электрик
Внедрение инновационных технологий возможно только в процессе модернизации российского образования, причем успешность этих процессов напрямую зависит от заинтересованности и готовности педагогов к эффективной реализации поставленных задач, желании принимать активное и деятельное участие в управлении образовательным процессом на современном уровне, повышении собственного профессионального уровня.
ЛИТЕРАТУРА
1. Ашхотов О.С. Компьютерные технологии в образовании / О.С. Ашхотов, М.А. Здравомыслова, А.Л. Ашхотова // Высшее образование в России. - 1996. - №3. - С. 109-118.
2. Долженко, О.В. Современные методы и технология обучения в техническом вузе: Метод, пособие / О.В. Долженко, B.JI. Шатуновский. - М.: Высш. шк., 1990. -191с.
3. Доманова, С.Р. Новые информационные технологии в образовании / С.Р. Доманова. - Ростов н/Д: РГПУ, 1995. - 111 с. |