Доклад на тему: Методика преподавания электротехники

МЕТОДИКА ПРЕПОДАВАНИЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Р. Сарсен

Рассмотрены вопросы использования различных методов обучения при преподавании электротехнических дисциплин в вузе.Ключевые слова: электротехнические дисциплины, методы обучения, индукция, абстрагирование, идеализация, моделирование, мысленное экспериментирование, метод аналогий, дедукция, инженер-педагог, электротехнические знания, технические дисциплины, экспериментальные исследования.

Электротехнические науки используют как теоретические, так и экспериментальные методы исследования. Для учебного познания эти ме-тоды так же очень важны. При учебном познании результаты познания но-сят субъективный характер, так как они значимы только для студента. Студент познает основные положения электротехнического предмета посредством контакта с преподавателем, который использует различные методы обучения. Преподаватель выбирает последовательность методов, приемов и средств обучения для наиболее полного и быстрого получения знаний студентом, сочетая при этом теоретические знания и эксперимент, индукцию и дедукцию, логические и интуитивные умозаключения в их диалектическом единстве [1].

При начале преподавания электротехнических дисциплин обычно внимание обучающихся обращается на отдельные наблюдения, явления, факты, которые позволяют очертить весь спектр проблем конкретной дис-циплины. При этом они представляют собой своего рода фундамент, на котором в процессе обучения возводится здание познания предметной об-ласти. Они представляют собой первый этап процесса познания. Подтвер-ждением данного тезиса служит цитата из трудов А.Пуанкаре: «Наука со-стоит из фактов, как дом из кирпичей. Но накопление фактов не в большей мере является наукой, чем куча кирпичей домом». Наука призвана объяс-нять факты, раскрывать их сущность» [1].

В процессе обучения электротехническим дисциплинам студенты получают первичные знания при наблюдении за различными физическими процессами при выполнении лабораторных работ на натурных и виртуаль-ных установках.

В результате сравнения и анализа наблюдаемых явлений учащиеся могут приходить к эмпирическим обобщениям на основе индуктивных умозаключений [2].

Индуктивное умозаключение – такое умозаключение, в результате которого на основании знания об отдельных предметах данного класса по-лучается общий вывод, содержащий какое-нибудь знание о всех предметах класса.

Отметим, что индуктивное умозаключение на основании проведения опытов не дает полной научной картины изучаемой дисциплины, так как при выполнении лабораторных работ нельзя охватить все многообразие физических процессов, характерных для данной дисциплины. Поэтому при преподавании необходимо подкрепить опытные данные другой ин-формацией.

Индуктивные принципы познания широко применяются при препо-давании электротехнических дисциплин. При этом чаще всего они связаны с обсуждением различных сторон физических явлений, характерных для данной дисциплины, в процессе проведения лекций, практических занятий, выполнения расчетно-графических работ, позволяющих студентам прийти к построению.

Использование индуктивных принципов обучения является оправ-данным при низком уровне знаний и развития мышления студентов. Ре-зультаты анализа опытных данных и фактов позволяют студентам абстра-гировать их м в каком-то смысле овладеть некоторой частью теоретиче-ских знаний. Так, изучение зависимости сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и рода материала и многого другого обычно происходит с использованием индуктивного умозаключения [3].

При этом эмпирические обобщения способствуют развитию лишь формальнологического, конкретно-образного мышления учащихся. Для раз-вития научного мышления необходимо, чтобы студенты были ознакомлены, а в дальнейшем, и могли применять теоретические методы познания: абстрагирование, идеализация, моделирование, мысленное эксперименти-рование, метод аналогий, дедукция.

Под абстрагированием обычно понимают мысленное отвлечение от ряда свойств предметов и взаимосвязей между ними путем выделения су-щественных свойств и отношений.

Для теоретического и эмпирического уровней познания абстракция служит одним из основных приемов.

В процессе обучения электротехническим дисциплинам преподава-тель обращает внимание студентов на несущественные для данной дисци-плины признаки и явления, учет которых только усложняет и мешает по-ниманию физической сущности физических процессов, что позволяет им научится приемам абстрагирования. Например, при изучении электротех-нической дисциплины «Переходные процессы в электроэнергетических системах» при составлении схем замещения не учитываются токи намаг-ничивания силовых трансформаторов, все параметры считаются сосредо-точенными, для напряжений выше 1 кВ учитываются только индуктивные и емкостные сопротивления электроэнергетической системы.

После того как обучающиеся начинают понимать методы абстраги-рования в процессе обучения можно переходить к их ознакомлению к ме-тодам идеализации, т.е. мысленным конструированием понятий об объектах, не существующих в действительности, но для которых имеются прообразы в реальном мире. В результате студенты знакомятся и начинают понимать процесс создания научных идеализаций: (полная мощность, реактивная мощность, прямая, обратная и нулевая последовательности). Понимание студентами методов идеализации позволяет им перейти к следую-щему этапу познания действительности - моделированию.

При моделировании реально существующий, изучаемый электро-технический объект заменяется другим объектом – математической, физи-ческой или компьютерной имитационной моделью, которая сохраняет в себе требуемые его свойства и взаимосвязи, и позволяет путем манипуляций с моделью получать новые знания. Моделирование электротехнических объектов является одним из основных инструментов познания, так как многие явления, например, короткие замыкания на могут быть изучены опытным путем в реальных электротехнических системах.

В физических исследованиях моделирование как метод познания всегда широко использовалось. Математические модели Максвелла позво-лили построить единую теорию электромагнитного поля. Модель атома Резерфорда - Бора благодаря своей «полуклассичности» стала одной из первых моделей современной физики и послужила толчком развития кван-товой физики и т.д. Студенты учатся моделировать электротехнические явления, процессы и объекты при решении задач в процессе проведения семинарских занятий, а так же при создании компьютерных имитационных моделей в системе МАТЛАБ при выполнении лабораторных работ. При этом, анализируя условия задачи или лабораторной работы, они сами строят математическую или компьютерную модель, используя известные им физические законы. Например, решая задачи по линейным цепям переменного синусоидального тока, студенты переходят к комплексам токов и напряжений, а затем используют знания по расчетам линейных цепей постоянного тока.

При обучении электротехническим дисциплинам большую пользу оказывает использование учебных моделей, которые могут быть сконст-руированы как на физических принципах, так и путем использования про-граммных продуктов, таких как MATLAB, ELCUT или COMSOL MULTIFISICS. Например, при изучении картин магнитного поля силового трансформатора или электростатического поля конденсатора могут ис-пользоваться как физические модели - модели электрических и магнитных полей с помощью железных опилок, так и виртуальные компьютерные мо-дели, позволяющие увидеть картины электромагнитных полей, как в ста-тике, так и в динамике.

В процессе обучения студентов электротехническим дисциплинам необходимо обратить их внимание на метод мысленного экспериментиро-вания, связанный анализом явлений, которые трудно реализовать на прак-тике. Например, при изучении электротехнической дисциплины «Пере-ходные процессы в электроэнергетических системах» режим трехфазного короткого замыкания может быть всесторонне изучен только в результате мысленного эксперимента, так как на практике он неосуществим. Следует отметить, что мысленный эксперимент на самом деле является одним из основных приемов научного познания.

Для студентов старших курсов и магистрантов при обучении их электротехническим дисциплинам необходимо обратить их внимание на метод аналогий. Метод аналогий позволяет перенести знания, полученные при изучении какой-либо дисциплины, на другую дисциплину, изучаемую в данный момент. Например, законы аналитической механики – уравнения Лагранжа и Гамильтона, могут быть по аналогии использованы при изуче-нии электротехнической дисциплины «Электромеханика», а знания, полу-ченные при изучении дисциплины «Теоретические основы электротехники» - линейные цепи постоянного тока, могут быть по аналогии перенесены на исследование тепловых процессов (метод теплоэлектрических аналогий).

Традиционно подготовка электромехаников велась на основе фундаментализации электротехнического образования, в которой учитывались все стержневые проблемы, основные положения и понятия электрических измерений и электроники, основы теории и методы анализа электрических и магнитных цепей, электромагнитных устройств и электрических машин. Преподавание основ электротехники для студентов электромеханических специальностей всегда было обязательным, одним из базовых элементов профессиональной подготовки.

Применение новых технологий и новой элементной базы, широкое использование компьютерной и цифровой техники в различных отраслях производства, приводит к постоянному росту числа дисциплин, базиру-ющихся на прочной электротехнической подготовке. Динамика этого процесса влияет и на традиционные, уже сформированные курсы, способствуя их модернизации, появлению новых разделов, а иногда и к отражению изменений в их названиях.

Однако глубокое понимание природы электромагнитных явлений, знание законов и положений теоретической электротехники, умение их практического использования, всегда было и остается необходимым условием качественной подготовки студентов-электромехаников. Они должны хорошо знать свойства и особенности различных электротехнических и электронных устройств при исследовании, проектировании, конструировании и особенно эксплуатации того оборудования, с которым связана их профессиональная деятельность.

Для инженерно-педагогического вуза обозначенные выше вопросы являются весьма актуальными. Будущий специалист-электромеханик должен иметь высоко адаптируемые и мобильные профессиональные знания, уме-ния и навыки, образующие основу комплекса профессиональных компетенций инженера-педагога [4].

Знание электротехники будет способствовать адаптации будущих специалистов к постоянно меняющемуся содержанию экспериментальных исследований, повышению возможности самостоятельного овладения новыми навыками в проведении экспериментальных исследований в процессе изучения технических дисциплин. Поэтому одной из основных составляющих профессиональной подготовки студентов электромехани-ческих специальностей должна стать фундаментальная политехническая подготовка, интегрирующая общенаучные и общетехнические дисциплины, среди которых дисциплинам электротехнического направления отводится ключевая роль.

Выводы и перспективы дальнейших исследований в данном направлении. Одной из основных задач курса общей электротехники является формирование у будущего инженера-педагога общих сведений и представлений, без которых он не сможет сознательно и эффективно ис-пользовать электромеханические приборы и устройства, необходимые для обеспечения надежной и экономичной эксплуатации различных технических объектов в своей профессиональной деятельности. Успешное овладение содержанием курса электротехники способствует более глубокому усвоению ряда технических дисциплин, а также качественной организации и проведения экспериментальных исследований в процессе изучения техниче-ских дисциплин.

Список литературы

Веников В.А., Шнейберг Я.А. Мировоззренческие и воспитатель ные аспекты преподавания технических дисциплин. На примере электро-техники и электроэнергетики. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1989. 174 с.

Долженко О.В., Шатуновский В.Л. Современные методы и технология обучения в техническом вузе. М.: Высшая школа, 2000. 190 с.

Нетушил А.В. О системном подходе в преподавании электротехнических дисциплин // Электричество. 1986. №5. С. 43 – 47.

Эрганова Н. Е. Методика профессионального обучения : учеб. пособие для студ. высш. учеб. заведений / Н. Е. Эрганова. — М. : Академия, 2007. – 160 с.

Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/286170-doklad-na-temu-metodika-prepodavanija-jelektr