Инновация в образовании — весомый фактор развития общества

В статье приводятся данные об образовательных технологиях в учебном процессе и его решающей роли в развитии общества, об углублении знаний студентов в случае проведения занятий с одновременным выполнением научных исследований, приводятся данные о лабораторном стенде УИЛС, о возможности его использования для проведения лабораторных работ с одновременным проведением НИР.

Ключевые слова: инновация, образование, технология, стенд, знание, электротехника, лаборатория, исследование.

Современный этап развития общества ставит перед системой образования ряд принципиально новых проблем, таких как интеграция систему образования в мировое научно-образовательное пространство, повышение уровня университетской корпоративности и усиление связей между разными уровнями образования. Важное значение при выполнении этих задач имеютинновационные технологии в образовании — это организация образовательного процесса, построенная на качественно иных принципах, средствах, методах и технологиях и позволяющая достигнуть образовательных эффектов, характеризуемых:

– усвоением максимального объема знаний;

– максимальной творческой активностью;

– широким спектром практических навыков и умений [1].

В связи с изложенным, исследование и выбор оптимального варианта использования инновационных технологий на занятиях электротехники является актуальной задачей.

Исследовательский подход является основой инновационного обучения, который ставит целью активизировать обучение, придать ему исследовательский характер, передавать студентам инициативу в организации своего познания. Известный американский ученый-педагог Х. Таба писала, что «…ученик должен испытать сам те операции, с помощью которых факты соединяются в идеи и понятия, а не просто усвоить выводы из чьих-то мыслительных операций» [2].

Дидактические поиски отечественных и зарубежных педагогов проникнуты вниманием к поиску способов приобщения учащихся к учебному исследованию, эмоциональной привлекательности обучения. В основу таких поисков легли идеи Дж. Дьюи, что обучение в идеале должно моделировать процесс научного исследования, поиска новых знаний. Исследовательская ориентация концентрирует инновационный подход к учебному процессу, в котором целью обучения является развитие у учащихся возможностей осваивать новый опыт.

Предлагаемый нами в качестве объекта исследования, учебно-исследовательский лабораторный стенд (УИЛС) предназначен для выполнения лабораторных работ по электрическим цепям постоянного и переменного токов. Особенность этих стендов в том, что они в процессе выполнения лабораторных работ позволяют одновременно проводить небольшие научно-исследовательские работы (НИР), связанные с проводимой лабораторной работой, используя часть наборного поля стенда. Эти исследования дополнительно будут обогащать знания студентов и позволяют контролировать их знания. Для этого преподаватель будет использовать несколько вариантов уточнения уровня знания студентов. Например: а) студенту (всем студентам группы) ставится задача исследовательского характера с ответом, а их положительное решение соответствует минимальному уровню знания студента (студентов); б) положительное решение задачи без ответа (ответ находят сами студенты и решат поставленную задачу) соответствует среднему уровню; в) положительное решение задачи, поставленной самими студентами соответствует высокому уровню их знаний. Необходимость выполнения НИР в процессе проведения лабораторной работы может возникать, например, в случае появления непонятных вопросов по использованию измерительных приборов (и других случаях). Тогда выполненные НИР способствуют нахождению ответа на непонятый вопроси дополнит содержание лабораторной работы.

В лаборатории электротехники Ташкентского технического университета нами испытывался учебно-исследовательский лабораторный стенд (УИЛС). Коротко описываем устройства и изложим принцип его работы на примере исследование сложных электрических цепей постоянного тока методом наложения (суперпозиции).

Стенд УИЛС (рис.1) ориентирован, прежде всего, на студентов, начинающих изучение электротехники. В основу его конструкции положен принцип физического моделирования электрических цепей в сочетании с системным подходом при формировании технико-экономических характеристик. К отличительным особенностям стенда относятся простота обращения с его блоками и элементами, наглядность при сборке цепей и соответствующая легкость контроля, безопасность работы на стенде, ограниченный набор универсальных стандартных приборов, необходимых для выполнения всех лабораторных работ. На рисунке 1 представлен общий вид стенда УИЛС, где показано: 1 -блок источников постоянного напряжения; 2 -блок однофазного переменного напряжения синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы; 3 — блок трёхфазного напряжения; 4 — наборное поле; 5 — блок резисторов; 6 — блок конденсаторов; 7 — блок индуктивностей; 8 — съёмный элемент стенда. Стенд включает в себяпульт,наборэлементов и соединительных проводов и специальный лабораторныйстол. Общие габаритные размеры, мм — длина 1500, ширина 600, высота 1200. Стенд питается от сети трехфазного напряжения 380/220 V либо 220/127 V частотой 50 Hz. Потребляемая мощность — не более 300 V·A.

Принцип наложения является выражением одного из основных свойств линейных систем любой физической природы и применительно к линейным электрическим цепям и формулируется следующим образом: ток в какой –либо ветви сложной электрической цепи равна алгебраической сумме частных токов, вызванных каждым действующим в цепи источником электрической энергии в отдельности.

Использование принципа наложения позволяет во многих случаях упростить расчета сложной цепи, так как она заменяется несколькими простыми цепями, в каждой из которых действует один источник энергии. Если электрическая цепь состоит из m источников ЭДС и n ветвей, тогда под действием каждой ЭДС, через сопротивления R_k произвольной ветви k, протекают частные токи I_k^' , I_k",..., I_k^(m)разного направления и величины. Поэтому действительное значение токов через ветвей будет равняться алгебраической сумме частных токов отдельных ЭДС.

Рассмотрим порядок расчета на примере определения токов по схеме рис. 2. Заданную схему разобьем на вспомогательные, число которых равно числу ветвей с источниками электрической энергии (в данном примере две вспомогательные схемы по рис. 3а и 3б. Выберем произвольно положительные направления всех токов и обозначим все величины, относящиеся к какой-либо вспомогательной схеме, соответствующим числом штрихов. Рассчитаем токи вспомогательных схем, в которых, исключая всех ЭДС, кроме одной, оставляем все сопротивления, включая внутренние сопротивления источников.

Для исследования сложных электрических цепей постоянного тока методом наложения (суперпозиции) на стенде УИЛС, выбрали следующую схему (рис.2).

Рис. 2. Электрическая схема для исследования метода суперпозиции

Рис. 3. Вспомогательные схемы с исключением всех ЭДС кроме одного

Для расчета параметров схем воспользуемся следующими формулами:

Действительные токи ветвей схемы по рис.2 определяется как алгебраическая сумма частных токов вспомогательных схем:

Для экспериментального подтверждения полученных токов расчетным путем, на стенде собрали схемы по рис.2, 3а и 3б и проводили опыты, результаты которых показаны в таблице 1

Таблица 1

Результаты определения токов ветвей методом суперпозиции

Результаты испытания учебно-исследовательского стенда (УИЛС)

1. имеют лучшие массогабаритные характеристики;
2. работа на низких напряжениях обеспечивает безопасность исследователей и обслуживающего персонала;
3. размещение элементов электрической схемы на удобных пластмассовых коробочках и способ их соединения с наборном полем, позволяет легко собрать исследуемые схемы электрических цепей;
4. Электронная схема защиты стенда позволяет в случае ошибочного сбора электрической схемы, мгновенно отключит собранную схему от сети электроснабжения, что сэкономит время преподавателя, лишний раз не отвлекая его на проверку схемы;
5. Преподаватель имеет возможность со своего компьютера дистанционно контролировать параметры исследуемых схем, одновременно нескольких стендов, находясь даже вне помещения.
6. На стендах УИЛС очень удобно проводить учебно-исследовательские работы студентов.

Резюмируя представленный материал можно сделать следующие выводы:

1. Инновации в образовании состоит из нескольких этапов:

1. Рождение новой идеи или возникновение концепции новшества.
2. Изобретение, то есть создания новшества, воплощенного в какой — либо объект, материальный или духовный продукт — образец.
3. Нововведение, этап практического применения полученного новшества, его доработки.
4. Распространение новшества, его широкое внедрение в новые сферы.
5. Господство новшества в конкретной области, теряя свою новизну, появлением эффективной замены данного новшества более эффективным.
6. Сокращение масштабов применения новшества, связанный с заменой его новым продуктом.

2. Учебно-исследовательские лабораторные стенды (УИЛС) отвечают требованиям инновационных технологий, а в перспективе имеют большой резерв для автоматизации выполнения лабораторных работ, они удобные для организации НИР студентов и в дальнейшем могут быть использованы в учебном процессе.

Литература:

1. Исследовательский университет/ под ред. Г. В. Майера.- Томск: Изд-во Том.ун-та, 2007. Вып. 2. С. 22–29.
2. Taba H. Curriculum development: Theory and practice / Under the general editorship of B.Spaulding. N.Y.: Burlingame, 1962.