Метод последовательных приближений и его результативность при использовании имитационных технологий в курсе электротехники
статья

Метод последовательных приближений

и его результативность при  использовании  имитационных технологий

 в курсе электротехники

 Лысенко Е.Б.

Педагогическая технология есть продуманная во всех деталях модель совместной учебной и педагогической деятельности по проектированию, организации и проведению учебного процесса с безусловным обеспечением комфортных условий для учащихся и учителя. Педагогическая технология предполагает реализацию идеи полной управляемости учебным процессом.(1)

Имитационные технологии   - это современные технологии продуктивного обучения. В частности, технология  имитационного моделирования  является средством познания и представления будущей профессии, в которой отражаются профессиональные задачи, профессиональная компетентность и личностные качества специалиста. Технология имитационного моделирования как средство профессионального  обучения раскрывается в  формах имитационной ситуации, учебной деловой игры, профессионально ориентированного проекта.

Подробное описание методов имитационного моделирования можно найти в работах И.Г. Абрамовой, Н.В. Борисовой, Р.Ф. Жукова, В.Ф. Комарова, В .Я. Платова, А.П. Панфиловой, Б.Н. Христенко, Г.П. Щедровицкого и других известных разработчиков. Возможности применения деловых игр как формы имитационного моделирования в профессиональной подготовке специалистов и повышении квалификации кадров исследовали П.П. Блонский, Н.В. Борисова, В.В. Глухов, A.A. Голос, О.В. Козлова, Ю.П. Красовский, Е.А. Литвиненко, A.JI. Лифшиц, Н.М. Платонова, И.М. Соколов, И.М. Сыроежин, Е.А. Хруцкий и др.( 2)
В настоящее время в игровом имитационном моделировании широко представлены: деловые игры (военные, политические, производственные, исследовательские, учебные); аттестационные игры для подбора и назначения кадров, для оценки уровня их квалификации; ситуативно-ролевые игры; производственные деловые игры; исследовательские деловые игры;  а также учебные  игры. На них мы и остановимся.

Преподавание таких предметов как физика,  электротехника, а также ряд других в  соответствии со стандартом образования требуют от преподавателя выполнения лабораторных работ с каждым обучаемым. Очень дорогой и объёмный труд как для преподавателя, так и для ученика.. В связи с этим таких работ проводится все меньше. Учитель бережет оборудование от неопытных, порой грубых  рук обучаемых. Как следствие, навыка выполнения работ с дорогостоящим оборудованием у учащихся нет. От этого оборудование страдает еще больше в тех редких случаях, когда детей к нему подпускают. Проблема настолько остра, что тратятся серьезные деньги на замену лабораторного оборудования  его виртуальными аналогами.  Таких разработок достаточно. Имеются виртуальные лабораторные работы, например, в курсе «Открытая физика»(3). Для курса электротехники  разработаны  такие  электронные тренажеры как Electronics Workbench, Ванюшин М. Мультимедийный курс «В мир электричества как в первый раз». 2009 , Кашкаров В.А. и др. «Начала электроники»(4). Они позволяют достаточно хорошо подготовить ученика к работе с реальными приборами.      

Нами разработаны и проведены несколько уроков по основам электротехники с использованием  компьютерных тренажеров. В качестве примера  приведем одну из таких практических работ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Принцип  подключения и снятие показаний различных видов приборов учета электроэнергии по предложенным схемам

Цель работы

Получение основных навыков работы с программой «Основы электроники» и изучение библиотеки компонентов. Работа с мультиметром в предложенных цепях электрического тока. Определение различных электрических параметров прямыми и косвенными измерениями. Знакомство с предохранителем.

Оборудование: тренажер « Основы электроники», компьютерный класс, описание работы, тетради для практических работ

Ход работы

1. Загрузить схему из файла на диске «Fuse 1»
2.  Рис.1

                К1                         Н1   К2      Н2

3. Зарисовать  в тетради ее принципиальную схему,   указав места включения мультиметра  для определения силы тока и напряжения на  нагрузке Н1
4. Записать в таблицу номинальные значения параметров  нагрузки Н1, предохранителя и батарейки

5. Провести измерения параметров тока в цепи с первой нагрузкой Н1, замкнув ключ К1, и записать результаты в таблицу

6.  Сравните их между собой и сделайте вывод.  
7.    Контрольные вопросы:

А) Расшифруйте символы на приборе                

Б) Определите цену деления стрелочных приборов   

    СА. =…..                          СV=….

8. Творческое задание. Включите ключ К2 на схеме тренажера . Объясните результат. Внесите исправления в схему.

Источники:

1.Конспект занятий;

2.Тренажер «Начала электроники» КахГУ;

3.Наглядные задачи по физике.УшаковМ.А.

Тренажер работает действительно. Мультиметры подключаются. Ими можно измерить напряжение, силу тока, сопротивление. С полученными данными можно делать расчеты. Результаты разумны. Тренажер включает  игровые моменты в процесс своей работы. Например, перегорание предохранителя сопровождается хлопком и его потемнением. Также перегорает плитка.

Если посмотреть на цель работы, она громоздка. Опытный учитель с первого взгляда скажет, что она невыполнима. И будет прав, если мы не сообщим об использовании еще одного метода в организации нами экспериментальной работы.

Метод последовательных приближений в педагогике реализуется, например,  в заданиях с вариативным содержанием(5 ): добавляется новый пункт в целях работы, с сохранением предыдущих. Например, только что представленной практической работе с параллельно включенными плитками предшествовала  работы про параллельное соединение резисторов на этом же тренажере. В ней уже были поставлены цели  «Получение основных навыков работы с программой «Основы электроники» и изучение библиотеки компонентов. Работа с мультиметром». Представим ее.

Практ.раб.  «Параллельное соединение потребителей»

Цели работы: собрать схему по рисунку; пользуясь муьтиметрами, доказать законы последовательного соединения участков цепи.

  Оборудование: компьютерный класс, тренажер электронный «Начала электроники», описание работы ( 15 экз.), тетради для практических работ.  

               Рис. 1(а,б,в,г)

1. Соберите схему по рис.1а  без электроизмерительных приборов
2. Резистору поставьте сопротивление 100  Ом.
3. Используйте первый  мультиметр как  амперметр. Измерьте  силу тока на разных участках цепи. Для этого ( 3 раза)удалите одно звено провода, в место  разрыва подключите клеммы  мультиметра, соблюдая полярность . Не забывайте размыкать цепь, делая переключения!  Результаты  запишите:   Iобщ  =                             Iлампа  =                                      Iрезистор  =
4. Сравните их между собой и сделайте вывод о силе тока на разных участках.
5. Напишите в общем виде соотношение между токами на участках при их параллельном соединении.                I общ                I1               I2
6. Второй мультиметр  используйте как вольтметр. Измерьте им напряжение на лампе, на резисторе, на  мультиметре в режиме амперметра,  на участке провода,  на лампе и резисторе  вместе, на всей внешней цепи. Результаты запишите в таблицу.

7. Сравните их между собой и сделайте вывод о напряжениях на разных участках цепи.

Uлампы            Uрезистора    Uамперметра          Uпровода            Uлампа+резистор             Uвнешн.цепи

8. Напишите в общем виде соотношение между напряжениями на участках при их параллельном соединении.                       Uоб          U1           U2
9. Второй мультиметр  используйте как омметр. Измерьте им сопротивление на лампе, на реостате, на  мультиметре в режиме амперметра,  на участке провода,  на лампе и реостате вместе, на всей внешней цепи. Результаты запишите в таблицу.

10. Сравните их между собой и сделайте вывод о напряжениях на разных участках цепи.

        Rлампы             Rрезистора           Rамперметра          Rпровода        Rлампа+реостат           Rвнешн. цепи                     

11. Напишите в общем виде соотношение между сопротивлениями на участках   цепи

Rоб                           R1                    R2

12. Вывод: параметры тока при параллельном соединении подчиняются следующим соотношениям:        а)                  б)                   в)               .
13. Доп. вопрос. Найти цену деления приборов на рисунках 1б),в),г).

Как видим целей опять много для наших учеников. Поэтому двум представленным работам предшествовала еще одна. Представляем ее. С этим же рисунком работаем как с тренажером.  Идея ненова . Подобные рисунки часто используется в материалах ЕГЕ по физике (6).

  Практ.раб.  «Параллельное соединение потребителей»

Цели работы: на рис. 1а дана  цепь с  последовательным соединением участков, нарисовать ее принципиальную схему, получить законы последовательного соединения нагрузки с помощью стрелочных приборов рис.1б,в,г.

  Оборудование: тренажер и описание работы ( 15 экз.), тетради для практических работ.

Рис. 1(а,б,в,г)

1. Начертите принципиальную схему избраженной на рис.1 а) электрической цепи и отметьте на принципиальной схеме знаками ( +, -) полярность зажимов электроизмерительных приборов,
2. Укажите стрелками направление тока в цепи на схеме.
3. Определите фактическую силу тока лампы. Рис. 1(а,б).
4. Определите силу общего тока в цепи.  Рис. 1(а,г).
5. Определите силу тока в резисторе . Рис. 1(а,б,г). Ответ объясните.
6. Определите фактическое напряжение на лампе. Рис.1  (а,в)
7.  Определите фактическое значение сопротивления параллельного соединения лампы и резистора, пренебрегая сопротивлением электроизмерительных приборов и проводов.
8. Определите номинальное значение сопротивления параллельного соединения лампы и резистора по их паспортным данным, пренебрегая сопротивлением электроизмерительных приборов и проводов.
9. Вывод: (формулы параллельного соединения)

Доп.вопрос 1. Какими формулами пользовались в работе?

Доп.вопрос 2. Определите цену деления приборов 1б,в,г.

Источники:

Наглядные задачи по физике. Ушаков М.А.

Главной целью данной работы является отработка понятия:  параллельное соединение участков электрической цепи, работа со  знакомыми из курса физики стрелочными (аналоговыми) приборами. Итак, мы попытались показать работу с имитационными технологиями  по двум профессиям применительно к нашему контингенту для отработки  знаний и умений приведенных ниже..

 Выписка из ФГОС СПО   по профессии 151902.01 Наладчик станков и оборудования в механообработке" по   предмету ОП.03. Основы электротехники

ОП.04. Охрана труда и техника безопасности

И также хотелось бы представить результаты за ряд лет по предметам «Электротехника» и «Охрана труда и техника безопасности» в группах  17,18 и 39.

Анализ результатов  обучения для  обозначенных «знать и уметь»

Предметы: электротехника,  охрана труда и техника безопасности

Лысенко Е.Б.

за 2011-2012, 2012-2013, 20013-2014, 2014-2015 учебные годы

Сравнение результатов

входного и выходного контроля

Представлено процентное распределение  результатов входной  и выходной  ДКР

(раздел: электробезопасность), среднее по 2011-2014 годам.

 Предмет : Охрана труда и техника безопасности.

Динамика результатов проверки знаний и умений по разделу «Электробезопасность» в 2012-2013 уч.году. Приведены средние результаты по гр.17 и 18.

Сравнение результатов

входного и выходного контроля

по разделу «Электрический ток»

Представлено процентное распределение  результатов входной  и выходной  ДКР

(раздел: Электрический ток) в 2014-2015 учебном году в группе 39..

 Предмет : Основы электротехники.

Источники:

1. Троянская С. Л., Брызгалова Н. В. Электронное учебное пособие. Педагогика: тезисы лекций и практические занятия. Кафедра педагогики и педагогической психологии Удмуртского государственного университета.2013г.
2. Быстрова Инна Николаевна "Имитационное моделирование как технология подготовки специалистов технического профиля в вузе" Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата педагогических наук. Ростов-на-Дону 2008.
3. Диск «Открытая физика»
4. Тренажер «Начала электроники» Ках.ГУ. Кашкаров В.В. и др.;
5. РОГОЗИНА В.А.. Автореферат диссертации по теме "Педагогические условия использования вариативных заданий в учебном процессе как средство развития творческих способностей школьников" АВТОРЕФЕРАТ.Специальность 13 00 01 -общая педагогика, история педагогики и образования.  Диссертация на соискание ученой степени кандидата педагогических наук. Москва – 2007
6. Самое полное издание типовых вариантов заданий ЕГЭ: 2011: Физика/ авт.-сост. А.В.Берков, В.А.Грибов.-М.:АСТ: Астрель,2011.-125с.-(Федеральный институт педагогических измерений).