Электротехника и электроника как метадисциплина: проектирование социально-ориентированных технических систем в СПО
статья

Абгарян А.У.,

Преподаватель,

НАПТ «Новокубанский аграрно

политехнический техникум»,

Краснодарский край, р-н Новокубанский,

ст-ца Прочноокопская,

Российская Федерация

Электротехника и электроника как метадисциплина: проектирование социально-ориентированных технических систем в СПО

Аннотация: Статья представляет авторский взгляд на преподавание электротехники и электроники как метадисциплины, формирующей не только узкопрофессиональные, но и универсальные компетенции мышления. В основе предлагаемой педагогической модели лежит переход от декларативного к процедурному знанию: студенты не просто изучают законы Ома и принципы работы транзистора, а осваивают язык проектирования, который позволяет описывать, анализировать и преобразовывать сложные социотехнические системы. Акцент смещен с запоминания формул на развитие способности к системной инженерии, где технический артефакт рассматривается в триаде «функция — конструкция — контекст».

Модель реализуется через методологию «открытых лабораторий», где учебное пространство трансформируется в полигон для решения реальных отраслевых кейсов, предоставленных индустриальными партнерами. Статья подробно описывает три ключевых педагогических инструмента: 1) систему контекстных задач с вариативными решениями; 2) технологию коллективного проектного журналирования; 3) критериальную сетку оценки «технической грамотности» как способности к аргументированному выбору решения. Результатом обучения становится не столько усвоение нормативной информации, сколько формирование у студента устойчивого исследовательского паттерна — готовности и умения встраивать любую электронную компоненту в экосистему человеческой деятельности.

Ключевые слова: метадисциплина, системная инженерия, процедурное знание, открытая лаборатория, техническая грамотность.

Введение

Современный технологический ландшафт требует от специалиста среднего звена не столько энциклопедических знаний (которые стремительно устаревают), сколько операционной грамотности — умения быстро осваивать новые инструменты, декомпозировать сложные задачи и синтезировать решения в условиях неопределенности. Традиционный курс электротехники, построенный как каталог устройств и законов, плохо справляется с этой задачей. Преподаватель сталкивается с эффектом «интеллектуальной пассивности»: студент может решить типовую задачу, но теряется, когда сталкивается с незнакомой конфигурацией системы или необходимостью учесть не технические, а социальные ограничения.

Ответом на этот вызов становится концепция электротехники как метадисциплины. Ее цель — научить не «что такое транзистор», а «что можно делать с транзистором» и главное — «зачем это делать в конкретной ситуации». Это переход от знания-существительного к знанию-глаголу, от статического описания к динамическому проектированию.

1. Принципы новой методологии: Проектирование как учебная деятельность

Принцип обратного проектирования (Backward Design)

Обучение начинается не с элемента (резистора), а с конечной цели — работающей системы, выполняющей социально значимую функцию. Например, вместо темы «Усилители низкой частоты» вводится проект «Голосовой оповещатель для людей с нарушениями зрения». Студенты сначала определяют требования к системе (громкость, четкость, автономность, эргономика), а затем «раскручивают» проект назад, выясняя, какие компоненты и законы нужны для его реализации. Так закон Ома перестает быть абстракцией, а становится инструментом расчета делителя напряжения для установки рабочей точки того самого усилителя.

Принцип контекстуальной вариативности

Любое техническое решение лишено абсолютной ценности. Его адекватность определяется контекстом. Поэтому в основе обучения лежат не задачи с единственным правильным ответом, а открытые кейсы с вариативными решениями.

• Кейс 1: Спроектируйте систему освещения для читального зала. (Критерии: равномерность, комфорт для глаз, энергоэффективность).
• Кейс 2: Спроектируйте систему освещения для теплицы по выращиванию микрозелени. (Критерии: спектр света, управление длиной волны, стоимость владения).
• Кейс 3: Спроектируйте систему аварийного освещения для подземного паркинга. (Критерии: надежность, время автономной работы, соответствие ГОСТ).

Один и тот же закон Джоуля-Ленца в этих кейсах работает по-разному: в первом случае — как источник нежелательных потерь, во втором — как полезное выделение тепла, в третьем — как расчетный параметр для батарей. Студент учится не применять формулу, а интерпретировать ее значение в зависимости от цели.

Принцип материализации мысли (Thinking with Things)

Работа ведется в формате «открытой лаборатории», где теория и практика не разделены. Процесс выглядит так: идея → быстрый прототип на макетной плате (или в симуляторе) → тестирование и наблюдение за поведением → осмысление результатов → коррекция идеи. Этот итерационный цикл формирует прямую связь между мысленной моделью и физическим миром. Постоянное тактильное взаимодействие с компонентами, наблюдение за мерцанием светодиода при изменении резистора, «озвучивание» работы схемы через динамик — все это превращает абстрактный сигнал в осязаемый опыт.

2. Организация учебного процесса: Лаборатория как социальный конструктор

Структура «открытой лаборатории»

Пространство делится на зоны:

1. Зона концептуализации: Доски, флипчарты, планшеты для создания ментальных карт и блок-схем.
2. Зона быстрого прототипирования: Рабочие места с макетными платами, набором компонентов, измерительными приборами.
3. Зона цифрового моделирования: Компьютеры с симуляторами (LTspice, Tinkercad) для проверки гипотез и оптимизации.
4. Зона сборки и тестирования: Паяльное оборудование, 3D-принтер для изготовления корпусов, нагрузочные стенды.

Группы студентов (3-4 человека) свободно перемещаются между зонами, а роль преподавателя смещается от лектора к методисту и фасилитатору процесса.

Технология проектного журналирования

Каждая группа ведет публичный проектный журнал (в Notion, Miro или на обычной wiki-странице). Его структура:

• Страница гипотез: Что мы предполагаем и почему.
• Страница экспериментов: Что мы сделали, какие данные получили (фото, осциллограммы, таблицы).
• Страница анализа: Что означают данные, почему результат отличается от ожидаемого.
• Страница решений: Какое решение принимаем и на основе чего.

Этот журнал становится не только инструментом фиксации, но и средством формирования инженерной речи — умения четко документировать процесс и обосновывать выбор.

3. Система оценки: Техническая грамотность как умение делать осознанный выбор

Оценивается не правильность ответа, а качество процедуры принятия решения. Разработана критериальная сетка на основе таксономии SOLO (Structure of the Observed Learning Outcome):

Уровень 1 (Доструктурный): Студент идентифицирует компоненты, но не видит связей.
Пример ответа: «Это схема с резистором и конденсатором».

Уровень 2 (Монструктурный): Студент видит простые линейные связи.
Пример ответа: «Конденсатор здесь для фильтрации. Если его убрать, будет пульсация».

Уровень 3 (Мультиструктурный): Студент видит несколько независимых связей.
Пример ответа: «Конденсатор фильтрует пульсации, а резистор задает ток. Их номиналы нужно подбирать по частоте и напряжению».

Уровень 4 (Реляционный): Студент интегрирует связи в систему, понимая компромиссы.
Пример ответа: «Мы выбрали электролитический конденсатор большей емкости для лучшей фильтрации, но это увеличило размер и стоимость платы. Для нашего устройства это приемлемый компромисс, так как размер корпуса позволяет, а надежность важнее».

Уровень 5 (Расширенный абстрактный): Студент выносит принцип за рамки задачи, обобщает.
Пример ответа: «Принцип RC-фильтрации, использованный здесь, является частным случаем импедансного согласования. Этот же подход можно использовать не только для сглаживания питания, но и в схеме частотного селектора для датчика, если заменить источник постоянного тока на переменный».

Итоговая оценка формируется на основе анализа проектного журнала и финальной защиты, где студент должен продемонстрировать движение по этим уровням на материале своего проекта.

Заключение

Предложенная модель не отменяет необходимости знать фундаментальные законы. Она меняет цель их изучения. Законы становятся не самоцелью, а инструментами в арсенале проектировщика. Преподаватель электротехники в этой парадигме — не транслятор информации, а дизайнер образовательных ситуаций, в которых студент неизбежно сталкивается с необходимостью открыть для себя тот самый закон, чтобы решить значимую для него задачу.

Результатом такого обучения становится формирование процедурной интуиции — способности «чувствовать» систему, предвидеть последствия изменений, быстро генерировать и проверять гипотезы. Выпускник, прошедший через школу «открытых лабораторий», приходит на производство не с вопросом «как это делать?», а с установкой «давайте разберемся, как это устроено и как можно улучшить». Он готов не просто обслуживать заданные системы, но и участвовать в проектировании новых, понимая их место в более широком — социальном, экономическом, человеческом — контексте. В этом и заключается миссия современного преподавателя электротехники: выращивать не пользователей, а творцов технологической среды.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Пейперт, С. Переворот в сознании: Дети, компьютеры и плодотворные идеи / С. Пейперт. – М.: Педагогика, 1989. – 220 с.
2. Ньютон, Д. Дизайн-мышление в преподавании технических дисциплин / Д. Ньютон // Инженерное образование. – 2019. – № 24. – С. 45–59.
3. Розин, В.М. Техническое знание как феномен культуры / В.М. Розин. – М.: УРСС, 2011. – 256 с.
4. Collins, A. Cognitive Apprenticeship: Teaching the Crafts of Reading, Writing, and Mathematics / A. Collins, Brown, Newman // Knowing, Learning, and Instruction: Essays in Honor of Robert Glaser. – Hillsdale, NJ: Lawrence Erlbaum Associates, 1989. – P. 453–494.
5. Biggs, J. Teaching for Quality Learning at University / J. Biggs, C. Tang. – 4th ed. – Maidenhead: Open University Press, 2011. – 418 p.
6. Генике, Е.А. Профессиональная компетентность педагога / Е.А. Генике, Е.А. Трифонова. – М.: Сентябрь, 2018. – 176 с.