УДК 658.018

ПОВЫШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ ПРАКТИЧЕСКОГО ОБУЧЕНИЯ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ ЗА СЧЁТ ПРИМЕНЕНИЯ УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ КОНСТРУКТОРОВ

В.В. Марков, доцент, канд. техн. наук,

Карачевский филиал ОГУ им. И.С. Тургенева, г. Карачев,

e-mail: pms35vm@yandex.ru

Аннотация. Изложен подход к повышению интенсивности практического обучения по электротехническим дисциплинам за счёт применения серийно выпускаемых электронных конструкторов. Перечислены лабораторные работы по электроэнергетике, которые могут быть поставлены с помощью универсального электронного конструктора «Альтернативные источники энергии».

В настоящее время в нашей стране и мире в целом возрос интерес к альтернативным источникам энергии [1]. Получение электрической энергии из энергии Солнца, ветра, воды, водорода, механической и химической энергии привлекает не только энергетиков, но также студентов образовательных учреждений профессионального образования [2]. Поэтому при организации занятий по электротехническим дисциплинам необходимо уделять более глубокое внимание изучению физических принципов получения электрической энергии.

Одной из основных проблем изучения особенностей получения электрической энергии из традиционных и альтернативных источников является отставание лабораторной базы образовательных учреждений от современного состояния электроэнергетики. Кроме того, высокая стоимость современных лабораторных стендов создаёт трудности при оснащении лабораторий электротехники. Одним из путей решения данной задачи является расширение возможностей электронных конструкторов и игровых наборов для творчества [3].

Преимущества электронных конструкторов и игровых наборов для решения проблем технического обеспечения лабораторий очевидны:

1) серийное производство, наличие сертификата безопасности, что служит гарантией безопасности студентов и школьников при проведении лабораторных работ и практических занятий (это преимущество особенно выгодно отличает электронные конструкторы и игровые наборы от лабораторных стендов, изготовленных собственными силами преподавателей и студентов);

2) чрезвычайно низкая стоимость, как правило, в 10…20 раз меньшая стоимости лабораторного оборудования для вузов. Это преимущество позволяет приобрести конструкторы в количестве, достаточном для оснащения нескольких рабочих мест лаборатории, и, что на взгляд авторов статьи, является особенно важным, даёт возможность реализации на элементной базе конструктора самых разнообразных экспериментов, проведение которых может быть связано с риском повреждения отдельных электронных компонентов;

3) наличие методического описания к постановочным опытам, которое преподаватель может использовать в качестве рекомендаций для разработки методических материалов к лабораторным работам, практическим занятиям, а также занятиям, проводимым в интерактивной форме;

4) использование стандартной элементной базы. Это преимущество электронных конструкторов и игровых наборов является одним из наиболее объективных аргументов при обосновании их использования на лабораторных работах и практических занятиях по электротехнике и технологии. Несмотря на то, что наборы предназначены для домашних опытов, они построены на основе стандартных электронных компонентов. Поэтому возможность их использования в учреждениях профессионального образования технически обосновано;

5) визуализация большого количества физических явлений, которые традиционно изучаются только теоретически. Это преимущество является бесспорным – наглядный опыт с демонстрацией физического явления оживляет занятие и пробуждает интерес к изучению дисциплины.

Вместе с тем, у электронных конструкторов и игровых наборов имеются недостатки, ограничивающие области их применения. Но эти недостатки можно устранить за счёт использования дополнительных технических приёмов.

Недостаток 1 – отсутствие совершенного измерительного оборудования. Этот недостаток сравнительно легко устраняется пополнением каждого конструктора универсальными средствами электрических и радиотехнических измерений, которые обычно в избытке имеются в любой электротехнической лаборатории (мультиметр, генератор сигналов, осциллограф, частотомер).

Недостаток 2 – необходимость усложнения постановочных опытов. Как правило, электронные конструкторы ориентированы на школьников. Поэтому технический уровень их проведения недостаточно высок для студентов учреждений профессионального образования, и преподавателям необходимо приложить собственные усилия для преобразования постановочного опыта в полноценную лабораторную работу или практическое занятие.

Недостаток 3 – повышение трудоёмкости дисциплин. Использование электронных конструкторов для насыщения лабораторных работ и практических занятий экспериментами требует от преподавателя дополнительного времени для подготовки к занятиям и разработки методического обеспечения. Кроме того, отход от практики проведения занятий в традиционной форме усложняет процедуру работы и требует дополнительного объёма нагрузки.

В качестве примера реализации данного подхода к техническому оснащению лаборатории электротехники рассмотрим возможности серийно выпускаемого электронного конструктора «Альтернативные источники энергии».

Данный электронный конструктор позволяет собрать макеты генераторов электрической энергии: механического генератора (ручная динамо-машина); ветряного генератора; генератора на основе солнечной батареи; водяного турбогенератора; водородной энергетической ячейки; химической энергетической ячейки. В число дополнительных элементов входят: аккумулятор; комплект соединительных проводов; электрорадиоэлементы; элементы отображения информации (светодиоды, лампы накаливания); элементы, имитирующие работу силовой нагрузки (электродвигатель, передвижные устройства); коммутационные элементы, датчики, средства промышленной автоматики и измерительные приборы (выключатели, реле, пьезоэлектрический, ёмкостный, реостатный, фоторезистивный преобразователи, миллиамперметр, вольтметр). К конструктору прилагается руководство по выполнению около 130 постановочных опытов.

Дополнение конструктора «Альтернативные источники энергии» комплектов универсальных средств электрических и радиотехнических измерений существенно расширяет его технические возможности и обеспечивает возможности создания на его основе лабораторного практикума по изучению альтернативной энергетики и промышленной автоматики. Перечислим примерный перечень лабораторных работ, которые могут быть поставлены на его основе:

1) сравнение показателей эффективности механического генератора, ветряного генератора и водяного генератора электрической энергии;

2) исследование чувствительности генератора электроэнергии на основе солнечной батареи;

3) получение электрической энергии методом водородной энергетики;

4) моделирование системы звукового управления комбинированной электростанцией (переключение солнечной батареи и ветряного генератора по звуковому сигналу от внешнего источника);

5) моделирование системы магнитного управления электрогенератором;

6) моделирование системы сенсорного управления электрогенератором;

7) работа электропривода от альтернативного источника энергии;

8) явление фотоэффекта и его использование в энергетике;

9) химические явления, применяемые в электроэнергетике;

10) паспортизация портативной гидроэлектростанции;

11) паспортизация портативной ветряной электростанции;

12) паспортизация солнечной электростанции.

Многие схемы носят не только познавательный характер, но и пригодны для практического использования. В схемах используется ручное, магнитное, световое, водяное, звуковое, электрическое, а также сенсорное управление. Электронный конструктор содержит всё необходимое, чтобы заинтересовать преподавателей, студентов и школьников в более глубоком изучении способов получения электрической энергии из альтернативных источников [3].

Электронный конструктор содержит всё необходимое, чтобы заинтересовать преподавателей и студентов в более глубоком изучении физических явлений, связанных с получением и использованием измерительной информации о состоянии веществ, материалов и изделий.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Кононов, Ю.Д. Энергетика и экономика. Проблемы перехода к новым источникам энергии [Текст] / Ю.Д. Кононов. – М.: Наука, 2011. – 190 с.

2. Конструктор электрический «Альтернативные источники энергии» [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.youtube.com/watch.

3. Мировая энергетика: прогноз развития до 2020 г./ Пер. с англ. под ред. Ю. Н. Старшикова. – М.: Энергия, 2000. – 256 с.