автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.05, диссертация на тему:Разработка эвристического метода преподавания теоретической электротехники с применением персональных компьютеров

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

На правах рукописи

ЭДР«5С Мохамад Азыи

РАЗРАБОТКА ЭВРИСТИЧЕСКОГО МЕТОДА ПРЕПОДАВАНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ С ПШ.ИШШМ1ЕРССШЛЫ1ЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

Специальность 05.09.05 - "Теоретическая электротехника"

Автореферат диссертации на соискание ученой степени, кандидата технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена на кафедре "Теоретические основы электротехники" Московского Энергетического института.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Пищиков В.К. -

Научянй консультант - научный сотрудник Голубев П.И.

Официальнш оппоненты:

1. Доктор технических наук, профессор Кузовкин В.А.

2. Кандидат технических наук, доцент Николаев С.С.

Ведущая организация - ЫГА1ХТ аш.М.В.Ломоносова, кафедра электротехники, электроники и микропроцессорной техники, г.Москва.

Защита диссертации состоится " ^ " ъ&гид Х994 г. ЭУД. в /У/ & о час. на заседании специализи-

рованного Совета К.053.16.10 Московского энергетического инсти

Отзывы в двух акземлярах, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 105835, ГСП, Москва, Е-250, Красноказарменная ул. 14, Совет МЭИ.

С диссертацией можно, ознакомиться в библиотеке МЕИ.

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного Совета К.053.16.10 я.т.н., доцент

Е.А.БОРОДКИН

0£$АЙ Х/^АКХЕРКСША РАЬОГН

Актуальность проД.тсмч. В касг'оях'ге гремя интенсизпо меняются социальное условия ооучения п вис:;ей чколо, кардинально изменяется целевая функция образования. 3 сиггч; с этим возникает необходимость в пересмотре некоторых методологических принципов Е'.ысшего образовании с позиций перехода на норые и-^ч» опционные технологии обучения. з значительной степени обусловлено распространением вычислите;:ьн;;>: ередстз достаточно высокого уровня в системе зшкой ш:-:оли.

Все зти причины стимулируют разработку нозкх .методов преподавания и пересмотр тех методов,- когорис утвердились на протяжения многих лет и не ориентировались на использование компьютеров в процессе обучения.

Разрабатываемая в диссертации методика компьвтепнего обучения основывается на познавательных принципах обучения, поскольку эвристический (исследовательский) мотуд предоставляет широкие возможности для создания учетной среди, основанной на принципах научного познания.

Развитие творческих способностей, умение поставить задачу, выбрать метод еэ решения, пропести анализ результатов и, ках следствие, получение глуо'оккх знаний при большой доле самостоятельности - ни окно зтп критерии являются основополагающими при разработке рвристического метода ооучения с использованием компьотер&Е. Возможность реализации изложенных принципов заключается в создании программного комплекса ТЕЗ.!, позволяющего проводить исследования линейных электрических цепей с сосредоточенными параметрами в установившихся р.жимах и переходных процессах, а также пакета компьютерных заданий по- этой же тематике.

Иелью работы является разработка основных положений эвристического метода преподавания теоретической электротехники, а такие практическая реализация этого метода в форме программного комплекса ТЕШ к пахега методических материалов.

Научная новизна заключается:

I, В разработке основных положений эвристического метода применительно к преподаванию теоретической электротехники, глав-

ными из которых являются исследовательский характер обучения, использование принципов научного познания в процессе обучение, самостоятельность в приобретении знаний, навыков и умений,

Z. В разработке методологических основ построения прогрей» шах продуктов для реализации эвристического метода обучения , и создании программного комплекса ТЕЕЛ.

3. В разработке методологических основ построения компьютерных заданий и создания пакета компьютерных заданий по Основным разделил курса ТОЭ "Линейные электрические ' цепи",,

Достоверность результатов, получаемых с помочь» программного комплекса.ТЕИЛ при анализе электрических Цепей; подтвер-здается аналитическими расчетами и сравнением с аналогичными результатами, полученными на других программных комплекоах типа Р PICE.

Практическая ценность работы заключается в разработке основных тем курса ТОЭ на оснозе эвристического, метода в виде Пакетов компьютерных заданий, которые являются методическим материалом для проведения различных форм занятий со студентами, a такие с использовании программного комплекса TEEM для анализа и исследования электрических цепей.

На защиту выносятся следующие положения:

- основные положения овристпчеокого ыатода применительно к преподаванию теоретической электротехники,

- методологические основы создания программных продуктов для анализа и исследования линейках электрических цепей и разработанный программный комплекс TES',

- методологические основы создания методических матерка- . лов по курсу ТОЭ и разработанный- пакет компьютерных заданий

по основным разделам курса ТОЭ "Линейные электрические цепи".

Апробация результатов работы. По результата.«.! диссертационной работы были сделаны доклады:

- на методических семинарах кафедры TOS МШ в 1992, 1993 годах,

- на Всесоюзных научно-методических семинарах в Челябинске в 1991, 1992 годах,

- на Зсесоюзных научно-методических семинарах "Компьютеризация учебного процесса" з Астрахани в 1992, I9S3 годах.

Апробация предложенных в работе истодов обучения на основе эвристического подхода, а татке программного комплекса ТЕЕМ л пакета компьютерных заданий была осуществлена на протяжения четырех лет работа со студентам;'..

Объём диссертации. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения к включает в себя 1Н6 страниц ь:астшописного текста,- Л1? иллюстраций, списка литературы из 25 наименований.

В работе использозаны идеи'развития эвристического метода в преподавании теоретической электротехники с .применением персональных компьютеров академика Депирчяна К,С, и профессора Пи-диюва В.Й.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе рассматриваются некоторые вопроси методологии обучения в высшей школе, прсзсдится сравнение различных типов обучения. Акцент делается на двух полярных принципах обучения - блхевиориетическо« (поведенческом) и когнитивист-ском (познавательном). К бихевкористичсскску (поведенческому) относятся исполнительские, информационные, статические и другие типы обучения, поддащиеся количественному измерению изменения в ОбученНости и предполагающие -высоко структурированную обучаз-.цую среду, когда жестко детерминированная программа контролирует характер й направленность обучения.

ЗЭристиЧесйий метод, предложенный в диссертационной работе, основан на.когйитивистской (познавательной) концепции обучения, в основе которой заложен один из основных принципов познавательной деятельности - ориентация не на результат, а на процесс обучения, Использование внутренне присущей каждому индивиду способности, быть субъектом процесса обучения и построений знаний.

/ Предлагаема! евристическая методика и её программная реализация в некоторых оьоих положениях коррелируется с так называемыми программами типа "микромир", похожими на имитационно-моделирующие, Однако не отображающийи реальность. В идеале -это воображаемая учебная среда, создаваемая при участии препо-дазателя, основанная на принципах сократовской мгйзвтики - на извлечении знаний человека с помодью искусственно построенных

(наводящих) б опросов ¡1 ориентированная на формирование рациональных приемов познавательно]": деятельности человека и развитие его творческих способностей. Ссобе::яо актуальны отмеченные проблемы для курса "Теоретические сснози электротехники", ко-тор!.';":, будучи связуюцкм звеном меяду фундаментальными дисциплинами более раннего цикла (физика, математика) к специальными предмета;.:::, является в то :::е время базовым предметом фундаментального образована инженеров электротехнического профиля и имеет собственные специфические функции по развитию культуры электротехнического шаления к обойденного подхода к анализу физических явлений и ¡ж математических интерпретаций.

Наиболее слолшоГ; 1: пока малоизученной является проблема разработки предметного материала в рамках эвристической методики и её программно:' реализации на оН'» В качестве основных критериев были выбрани следукцие положения методологического характера:

- обучать не столько методам, сколько применению методов к анализу процессов к явлений,

- использовать ЕВМ для коделирозэнря процессов и применять аналитические и численные метоли для анализа, доказательств истинности и объяснения процессов, отракаюцих физические явления ,

- разрабатывать задания таким образом, чтобы наиболее характерно проявлялись те процессы и лвдения, которые должны стать предметом анализа,

- расширять и пересматривать привычный объём и содержание курса теоретических основ электротехники, делая акцент на выявлении основных фундаментальных законов, понятий, процессов, привлекая при необходимости новый математический аппарат.

Предлагаемый студентам учебный материал долкен преследовать комплекс целей, ориентированных на:

- самостоятельность студента в достижении результатов, заранее предусмотренных преподавателем или возникавших спонтанно ;

- умение студента правильно определить условия проведения компьатерного эксперимента с учётом особенностей поставленной перед ним задачи

- выбор наиболее эффокт:шно?о пути достижения цели;

- теоретическое обоснование полученных результатов исследования; ,

- активное использование приобретению: знаний;

- .потребность в творческом осмыслении как самого процесса исследования, так и его результатов;

■ - получение нозах знаний, базирующихся на ранее приобретенных;,

- и, что не менее важно, оценке удовлетворения от общения с новыми учебными технологиями.

физически, обратившись к компьютеру, студент решает триединую проблем, характерную для любого научного несло,давания, заключающуюся в постановке задачи, проведен иг: исследования и анализе результатов исследования или ахслэрнишяа. Тем самый методология организации работы студента с компьютером моделирует основные методологические особенности научного познания.

На основе проведенного анализа программных продуктов, разработанных для целей обучения, шкир придти к вкзоду, что более 90Й программ' относится к контролирующим к обучамц:ш типам, направленных на закрепление знаний и выработку навыков в применении методов, решений и получения, результатов элементарного ' анализа. . . - .

Лишь'1056 программ относятся к интеллектуальному уровню. К ним можно отнести модулирующие, имитационные, эвристические, - исследовательские, игровые типы. Общим.их'свойством является ■. возможность проведения исследования электрических цепей не в ■ точке.(получение одноразового результата), а на плоскости или : в объёме,'то есть при многомерном анализе, что позволяет судить о поведении цепей при вариациях параметров.

В качестве информационной.оснозы предлагаемых перемен в системе'обучения могето рассматривать достаточно бурное внедрение вычислительных средств, в учебный процесс, что особенно характерно для,-последних лет. Большинство созременньх педагогов ■ и исследователей оценивает-потенциал компьютера как инструмент мшлёния и учебного спе'дства, позволяющего обеспечить качест-",. венные перемены в структуре, содержании и .процессе обучения.

.'Наиболее сложной является проблема включения'компьютеров в учебный процесс, нахождения их роли и места, а также распрэ-. деления функций, меаду вычислительными средствами и преподава-.

телямн. Существуют разлетпше мнения, порой взаимоиск-твчащиз друг друга и представляющие крайние позиции. Наиболее распространенно - так называемое консервативное, утБертдаюцэе, чт0 применение компьютеров не должно нарушать установившиеся методики преподавания, а лишь доголнять их, беря на себя рутинный контроль за успеваемостью я функции тренажера, организумцего ' выполнение тренировочных упражнений, легко шксываешх в учеб-кун практику.

Другая крайняя позиция заключается в фетишизации роли компьютеров и желании передать ему основные функции обучения, контроля, управления учебнкы процессом, исключив из этого круга преподавателя.

Как всегда крайние суждения несут в себе лкзь долю исти-_ ны, хотя со шог№и частностям» »окно согласиться.

Наиболее достоверно определил роль компьютеров Тибор Ва-каш, отметив, что "компьютеры являются реводоционньш инструкан-том, но они долины служить высшим человеческим ценностям, а не править ими. Это тем более касается сфера образования как средства передачи фундаментальных принципов".

При кнтс::с;к::;с;.: применения компьютеров в учебном процессе роль преподавателя не только не умаляется, но значительно усложняется. Зто связано, в первую очередь, с составлением большого шкета методических материалов, обеспечивающих целенаправленную деятельность студентов и необходимости находиться в постоянной готовности попять и оценить результаты исследований, проводимых студентами, когда они выходят за пределы привычных ситуаций. Нетривиальность и нетрадиционность таких ситуаций усложняет работу преподавателя, но вместе с тем, это является монеты стимулом повышения его профессиональной квалификации,, к чему не располагают традиционные формы обучения.

Хотя ед>е рано предупреждать об опг-ности технократических тенденций столь серьёзных вопросов компьютеризации образования, необходимо указать на некоторые возможные тенденции:

1. Потеря традиционных человеческих культурных ценностей, вследствие ориентации на технизацию обучения.

2. Унификация образования и возможность ослабления межличностных контактов.

3. Единообразие шшения в результате использования унифицированной технологии.

4. Существует такие опасение, что стремительный процесс информатики и рост расхсдоз на исследование, разработки, производство и внедрений в стой сфере приведу! к дальнейшему углублению различий ыезду развитыми и развивающимися странами в сфере информации и знаний, причём не только в количественном, но и в качественном отношении.

Отмеченные тенде.-щяи могут быть ослаблены или разрешимы, если системы обучения будут рассматривать вопроси о-$разсз»нкя с приоритетных позиции по отношении к индивиду, отдавая дол:.шое ' влиянию округлвдей среды, и рассмг.тр;пзать взаимовлияние и взаимосвязь индивида и окружающей среды в социальных, политических и экономических аспектах.

Одним из спорных моментов'является вопрос о сочетании полноты компьютерных программ с методический пособиями и учебниками. Многие авторы придерх:ива:атся мнения, что полнота компьютерной программ:-; определяется объёмом вложенных б неё текстов, исполнительских заданий, комментариев и других материалов, кото- ' рые образуют как бы замкнутое учебное пространство, исключающее необходимость обращения к учебник;/' к учебным пособиям. С ! этими мнениями трудно согласиться. Ни одна компьютерная програм- ' ма не в состоянии заменить учебник, так как только учебнику свойственно, отображение во всей полноте фундаментальных знаний. Любое методическое пособие или к .шьютерная программа могут опираться на материал учебника, конкретизируя его и практически преломляя для удобства организации учебного процесса и усвоения знаний обучающимися. Такая структура создания учебного пространства позволяет допустить дкфференциалкзацию материала в зазлеи- ■ мости от его специфических особенностей и реализовать с лриори- ■ тетом либо учебного пособия, либо компьютерной программы. В этом случае возникает тесная взаимосвязь мевду ними с исг.ользо- I ванием собственных'функций каждым. Нам кажется, что создание ; именно учебных пособий, а не учебников компьютерной направленности с комплектом дискет, монет оказаться принципиально новым шагом в организации учебной среды и дать новый импульс развитию современных метод: совмещающих лучшие достижения традиционного опыта с неограниченными возможностями, предоставляемыми новой информационной технологией обучения.

- го -

В работе сделан критический анализ современного состояния вузозохой подготовки инженеров (на примере, преподавания теоретической электротехники) и приведен анализ состояния и перспективы развития компьютеризации учебного процесса на основе материалов научно-методических сьчянаров, прозеденных в I991-1993 годах в Челябинске и Астрахани. : , ' ' ■

Во второй главе рассмотрены вопросы разработки программного комплекса TEEM (Ззристическке методы в теоретической электротехнике) .

Программная реализация эвристических методов представляет собой слокяую задачу, так как должна отражать основные положения эвристических методов и создавать среду для проведения широкого круга исследований во временной, частотной и параметри-. ческой областях. Возможность проведения анализа в различных -областях предполагает развитие у студента понимания особенностей и преимуществ работы в той или иной области, то есть развитие целенаправленного выбора области в зависимости от постановки задачи и целей исследования.

Программная, реализация изложенного подхода к процессу обучения студентов проведена на основе следующих принципов, заложенных в программный комплекс TEE?.?.

I.TEEM позволяет получать временное, частотные и параметри- -ческие зависимости различных электрических величин (токов, напряжений, фаз, мощностей и др.) от любого параметра электрической цепи (частоты, сопротивлений, коэффициента взаимоиндуктив- . ной связи и т.д.), а такхе получать зависимости электрических величин друг от друга при изменении времени» частоты или любого параметра электрической цепи.

2 Лив оа результатов расчёта осуществляется в виде показания приборов. Такое решение, принятое в комплексе, позволяет приблизить процесс выбора измерительных срг-ств к натуральному эксперименту. Перед началом исследования предложенных задач сху- . дент вынужден провести предварительный анализ измерительных средств, которые позволили бы ему организовать вывод результатов в той форме и тех электрических величин, которые являются • определяющими и наиболее полно отражают или величины, или процессы, характерные для исследуемой цепи.

С этой целью в программном комплексе TEEM реализовано бо-

лее 30 "приборов", которые условно можно разделить на две группы: приборы по своим функциям аналогичное соотзетстиую^лм л?.5о-раторяда приборам, и приборы, не имеющие физических аналогов.' К первой группе приборов относятся амперметры и вольтметры различных систем, ваттметры, фазометры, омметрп, эсцгллогр^ы. Ко второй группе относятся приборы, отображающие коыпдекскь-е , значения токоз и напряжений в цепях синусоидального тока, построители векторных диаграмм токов и напряжения, приборя, отражающие аналитические выражения для мгновенных значений токов и напряжений в установившихся рекиках и переходных .процессах, аналоги передаточных функций, построителя годографов токов и сопротивлений на комплексной плоскости, анализатор собственных значений матриц, приборы, отображающие графики зависимости одних электрических величин.от других во временной области, а тают в частотной и.параметрической областях при изменении параметров цепи.'

3. Используемые в программном комплексе ТЕШ методы расчёта электрических цепей (расширенный метод узловых потенциалов

и метод переменных состояния) не требуют от студента предвари- • тельной подготовки исходных данных в матричной форме, а таюке освобождают его от формирования матричных уравнений. 3 качестве исходной информации об электрической цепи, вводится топология (структура) и параметры цепи.

4. Программный комплекс TEE2J в значительной пере защищен , • от неправильных действий студентов. Это достигнуто достаточно

развитой системой контроля семантических и синтаксических ошибок. Диагностика действий студента предусматривает как блоки-'ровку функционирования соответствующих клавиа при ошибочных действиях студента, так и появление информации, объясняющей в чем заключаются ошибочные действия студента. , • '.■ Наличие подобной развитой системы диагностики не позволяет компьютеру производить вычисления при наличия любых ошибок, которые может допустить студент.-

5. Программный комплекс ТЕЕМ разработан применительно к персональным компьютерам высокого уровня типа РС/А.Т, PS/2 и совместимых с ними. Отличие в тактовой частоте компьютеров и наличие или отсутствие сопроцессора отражается на времени рабо-

. ты вычислительного блока, которое может варьироваться от секунд

до д;;я:гкои сскунд.

3HV5??c:u-7H организации nporpmj выполнена в виде блочнкх структур. Ло сзс2/. функциональной организации программа TEE.! состолт из семи основных блоков:

с'лок главного меню, - обеспечивает интерфейс с пользователем по управления работой программы;

- редактор входпнх данных, - обеспечивает ввод и редактирование utot дгннкх пользователя, то есть данных о тополо -гил схоми, параметрах схемы я подключаемых измерительных приборах ;

- дополнительные утилиты, - обеспечивают дополнительные всзмашости программ, вкличащяе изменение размерностей элех-тричзс;«х величин, изменение формата вывода, а такге запись данных Б файл и БЬ:ЕОД ИХ ИЗ фаГла;

- блок диагностики оаабок, - проводит контроль корректности входных данных пользователя с выводом поясняющих диагностических соооцэний об огабках;

- вычислительный блох, - проводит основные вычисления для получения базоыгх результатов ;

- блок вызода результатов, - осуществляет контроль корректности лодкличзнпя приборов, проводит вычисление показаний приборов на основе полученякх базовых результатов и выводит показания приборов на экран ;

- помедь по работе с программой, - осуществляет вывод справочной информации по работе с программой.

Вследствие большого объёма программного кода периодически при работе программы производится оверлейная загрузка отдельных функциональных блокоз.

Передача данных между функциональными блоками программы ГЕИ' осуществляется тремя способами: •

- через статическую область'оперативной памяти;

- через динамическую область оперативной памяти;

- через файлы дисковой памяти.

Файлы данных создаются программой по команде на запись данных в файл, веданной пользователем из главного меню. Каждый файл данных соответствует одной схеме (одному варианту входных ' данячх) и содерзшт следующую информацию:

- тип источников энергии (цепь постоянного или сллус: дального итока) ;

- символьное изображение введенного значена частот или угловой частоты для цепи синусоидального тока :

- данные о топологии и параметрах схем;:, введенное на панели топологии ;

- данные об измерительных приборам, введенные на панели приборов ;

- размерности и форматы вывода электрических величин.

Информация в файле данных представляется в упакованном

формате аналогично тому, как она представлена з оперативной памяти.

В программе проводится контроль корректности входных данных пользователя. Этот контроль проводятся в три этапа: первый этап - в процессе ввода данных; второй этап - перед вычислениями и з процессе проведения вычислений ; третий этап - при выводе дохазаний приборов (результатов вычислений).

В последней версии программы ТЕЗ/' имеется 120 различных диагностических сообщений.

Вычислительный блок производит анализ входных данных пользователя, Характер проводимых вычислений определяется характером входных данных: '

- наличие коммутационных ключей (наличие хотя бы одного элемента оя и/или off ) вызывает расчёт переходного процесса ;' отсутствие ключей вызывает расчёт стационарного рзяима ;

- тип источников энергии определяет расчёт цепи постоянного или синусоидального, тока ;

- наличие изменяющегося параметра вызывает многократное проведение вычислений для 201 значения этого параметра в заданном интервале его изменения с постоянным дискретным шагом ; поборот, отсутствие изменяющегося параметра вызывает однократ-toe проведение вычислений для заданных пользователем значений юраметров.

Дальнейшая работа вычислительного/ блока сводится к определяй» так называемых базовых результатов, включающих з себя начения потенциалов для всех узлов схемы и токов во всех зет-ях схемы.

! \

Для показаний приборов, представленных в виде графиков и годографов, вводятся понятие "крест": это два перпендикулярных луча на скраке, пересекак^пхсн в одной из точек графика, (на кривой, изобраяанцей график иди годограф) и отмеряющие на координатных ослх значения проекций точки графика ыа эти оси. Вхлзод на экран значений этих проекций (координат точек графика) заменяет вхвод результатов в виде таблиц,

"Креста" высвечиваются одновременно во всех окнах гкрана, содержащих показания приборов з виде графиков, причём положе- ■ ниэ "креста" на каждом графике к годографе соответствует одному и тому та значении частоты, параметра или времени (при заводь соответственно частотных, параметрических.или временных.за-вис;шостей), что позволяет имитировать совмещение различных грзфи.коз друг с другом. ' - • ' .

Помощь по работе.с программой выводится на экран либо по команде пользователя, виданной из глазного мена, либо оперативно по клавише Р I.

Ив том ив другом случае организуется окно экрана, в котором выводится меня помощи. Причём по команде главного.меню выводится полное мена помощи, а до клавише Р I - одно из частичных конкретно зависимых меня помощи. :•--..■"■■. ' -

Программа ТЕЕМ написана на алгоритмическом языке Турбо-Си версии'3.0 фирма 6ОкСАП-о

Краткая характеристика комплекса:-. . . , .

Объём оперативной памяти": - 128 К . ' Объём дисковой памяти . . бОО'К , •. . ' : . "рош; счета: для задач малой размерности - секунды,

. .• . для задач, больной размерности -десятки секунд Параметры задач:" . '. -о-':';;

Установившийся релсиы - цепи до 50 узлов, л. Переходной рдасш ' - дифференциальные уравнения. Глтого

, ■ '• порядка. . •. . .:

Третья глава. пбевязцена разработке кемшитбрных заданий -'по ", теме: "Линейные электрические:Цепнс;сосре|:ййче^мй^гщ1>амвт--рами, (установиваиеся' режимы и переходные', ^

В основу, эвристического метода обучения [ >;

получения зна!!лй через проведение самоотоя? которые вклшамт'в себя постаковф-.вкетар^Ш.Й^

анализ результатов.

Компьютерные задания являются основным звеном реализации Эвристического метода обучения с применением комг.ьэтероз.

Трудность составления компьютерных заданий заключается в необходимости разрешения противоречия мезду общностью постановки задания преподавателем и конкретностью выполнение задакия студентом.

Каждая, даже самая элементарная электрическил цепь, несет В себе информация о качественных явлениях и количественных соотношениях, присущих этой цепи. Поэтому целью подготовки компьютерных заданий является выделение основных свойстэ и акцентирование внимания на них. Так как эти свойства и соотношения характерны для целого класса цепей и теоретическое обоснование этих свойств и соотношений составляет суть теоретических знаний, то "компьютерное" исследование цепей репают двоякую задачу:

1. Получение тзоретических знаний з процеосе исследования конкретных цепей.

2. Распространение предстазлянкй о свойствах конкретных цепей на цепи более слоаашх структур.

В работе сделана попытка методологически осмыслить основные структурные построения компьютерных заданий и обсуждены требования к их выполнению. )

1. Взаимосвязь компьютерных заданий с учебником. Компьютерные задания органически связаны с текстами учебника или учебного пособия, а также с материалом специальной литературы, вы- ' ходящим за пределы учебника. Их тесная взаимосвязь определяет роль и место компьютерных заданий в организации учебного процесса. Одной из наиболее важных особенностей компьютерных заданий является необходимость их выполнения самостоятельно, причем процесс работы включает три этапа процесса научного познания:

- необходимость постановки эксперимента ;

- организация проведения эксперимента и проведение исследований с получением конечного результата ;

- анализ промежуточных и конечных результатов исследования аналитическими или численными методами.

2, Обоснование выбора теш. Заманчивая возможность постановки задач любой сложности на программном комплексе иногда может ориентировать преподавателя ка постановку второстепенных задач, которые довольно просто анализируются "ручным" способо«.

Поэтому выбор тем должен быть подвергнут анализу С позиций ми* нимизацип тем и эффективности их "компьютеризации".

Ь диссертации рассмотрены следующие разделы ТОЭ "Линейные электрические цепи".

- Простейшие неразветвленные цепи синусоидального тока. Реальные к идеальные источники энергии. Энергетические соотношения в цепях синусоидального тока.

- Синусоидальные цепи с двумя источниками ЭДС.

- Резонансные явления в цепях синусоидального тока.

- Цели со взаимной индуктивность». 1

- Переходные процессы в цепях первого порядка.

- Переходные процессы в цепях второго порядка.

3. Обоснование выбора схемы. В каждой теме необходимо выбрать несколько (как можно меньше) задач, которые наиболее характерно гыражают процессы, зависимости, дают возможность получить необходимые соотношения, условия. Минимальное количество элементов в схемах позволяют проводить их анализ^ аналитическими методами. В некоторых случаях даже для прос'тых цепей трудно получить аналитическое выражение в общем виде.'Под трудность» в данном случае необходимо понимать не трудность математического характера, а трудоёмкость получения этих выражений* которче не оправдываются результатом.

В качестве основных критериев выбора схем можно принять доступность их для анализа и качественного понимания исследУ» емых процессов, которые' характерны для класса цепей, отражающих основные положения теоретического и прикладного характера изучаемого материала. , '

4. Определение объёма проводимых, экспериментов. Применительно к каждой схеме можно поставить большое количество вопро* сов, которые позволят студенту организовать эксперимент, имея целью как можно полнее получить ответы на поставленные вопросы.

Возникает проблема достаточности и полноты вопросов ¿

С одной стороны при проведении эксперимента возможно.про* вести анализ большого количества процессов и получить множёе'Т*. во результатов, которые в той или иной мере удовлетворяют,зада«» ним. С другой стороны необходимо вводить ограничения, которые ' локализуют внимание студента на наиболее существенных фактах.* позволят ему в ограниченной области экспериментирования провести исследовани^.рвзультагы которого .наиболее полно будут соот-

Зетствовать поставленной задаче.

Именно логически обоснованный выбор количестза и значимости волросоз представляет собой дозольно слоимую проблеет.

5. Определение объёма самостоятельного анализа результатов эксперимента. При работе с програккнык комплексе?! возникают Проблемы ' неоднозначности и слабой определенности объёма, выполнения компьютерного гадания.

Возможны два путл регекая ртой проблемы. Перг.;й ыутъ заключается в предоставлении студенту компьютерного задания и самостоятельное осмысливание его студентом при малой"степени воздействия преподавателя. Этот путь интересен тем, чте в нём наиболее ярко происходит дифференциация студентов по их способ-Костям к самостоятельному творческому мышлению. Второй путь заключается в конкретизации компьютерного задания, причём степень конкретизации монет быть различной з зависимости от способностей и предварительных знаний студентов.

В процессе проведения экспериментов и получения.результатов возникает необходимость в их последующем аналитическом или численном анализе. Глубина, полнота и достоверность анализа Также не является детерминированными, а зависят от подготовленности и способности студентов. Разработанные преподавателем конкретные вопросы к компьютерным заданиям являются помощь:-:! студентам и позволяют. иь! обратить внимание на главные и определяющий положения. Обращение студентов к лекционному материалу или К учебникам при возникновении затруднений при анализе процессов И явлений, можно рассматривать как пололштельный фактор, активизирующий деятельность студентов и позволяющий им поставить полученные результаты в единый логический ряд.

6. Форма представления результатов. Особое построение

. учебного процесса, ориентированное на проявление собственного творчества студентов, находит своё выражение в.методах рао'огы над компьютерными заданиями и представления этой работы в законченных формах.

Очевидно, что наиболее подготовленные и способные студенты, будут осуществлять выбор при работе за компьютером, и те элементы задания, которые им представляются достаточно очевидными или не будут выполнен (что вполне правильно), или не будут подвер -

гнуты последующему анализу. Поотоку объём материала, предзтавлЯ«» юцего собой своеобразный отчйт о выполненной работе, у разных студентов будет различны?/!, как в количественном измерении, так и качественном (глубина, полнота, достоверность и др.).

Следует охндатъ, что часть ст\делтов не удовлетвориться только поставленными перед ними заданиями и конкретизирующими вопросами, а самостоятельно расширит их содержание и выполнит или большей объём раооты, кли произведет своеобразную выборку материала и сконцентрирует своё вникание на тех разделах материала курса теоретической электротехники, который им хотелось бы познать более глубоко.

В предлагаемой методике о'олыное значение приобретает консультации и индивидуальная работа со студентами при сольшой степени их самостоятельности.

.Установление жесткого контроля с преподавательской проверкой выполненных заданий и .псслодуищим опросом не может считаться целесообразным, так как является проекцией существующей системы юзнтрояя на новый вид творческого сотрудничества преподавателя и студента на паритетных началах с единым;-. Целевыми критериями, ноторыыи является получение новых знаний студентами с привлечением их творческого потенциала.

Поьтому существующая иерархия преподаватель студент по зертигали должна быть трансформирована в горизонтальные связи • между преподавателями и студентом. И в этом случае 'на первый план выходит не контроль сверху, а индивидуальная консультация, если такая потребность у студентов возникает.

Компьютерные задания построены на. основе базового учебника по теоретической электротехнике академиков Неймана Л.Р. и Демирчяна К.С. ' .-'.-■■

В работе приведет только некоторые из разработанных тел в связи с ограниченным объемом диссертации.

1. Цепи синусоидального; тока с двумя источниками ЭДС.

2. Цели с взаимной индуктивность».

3. Переходные процессы в цепях второго порядка..

Общим подходом к составлению компьютерных заданий является выявление их единой структуры: наименование теш, канонические схемы, цель исследования, конкретизирующие вопросы, анализ экспериментальных данных и их обоснование, знания, получаемые в, результате выполнения компьютерного задания.

В диссертации для кастой темы приведен энал;:. экспериментальных данных л их обоснование,- хотя эта часть работы вы-' полНяется студентами. Это сделано с целью показать необходи- , шй объем проводимого анализа компьютерных ^экспериментов и, с другой стороны, представить этот материал в форме своеобразного компьютерного учебного пособия.

Основные результаты работы и выводы

1. Разработаны основные положения эвристического метода применительно к преподаванию теоретической электротехники, главными из которых являются: исследовательский характер обучения, использование .принципов научного познания в процессе обучения, самостоятельность в приобретении знаний, навыков и | умений. ;

2.'Разработаны методологические основы построения программных продуктов для реализации эвристических методов обучения.

3. Создан программный комплекс ГЕЕМ, предусмотренный для анализа и исследования линейных электрических цепей с сосредоточенными параметрам! в установившихся рекиг/эх и переходных' процессах.

4. Разработаны методологические основы создания компьютерных заданий. \

5..Создан пакет'компьютерных заданий по основным темам ■ раздела курса ТОЭ "Линейные' электрические цепи", ;

б. Апробация эвристических методов в процессе обучения ; показала резкое выделение большой группы студентов (более трети), имеющих развитые способности к самостоятельному мышлению.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Пищиков В.И., Голубев П.И., Тажябзев К., Здрио М.А. Эвристические методы в преподавании теоретической электротехники с ориентацией на вычислительные средства. // Всесоюзный научно-методический семинар, Тезисы докл. - Челябинск, 1991.

2. Эдрис М.А. Разработка кошыотерных .заданий применительно к программному комплексу ТЕЬ'Ы. // Всесоюзный научно-методический семинар. Тезисы долл. - Челябинск, 1992.

3. Голубев П.И., Эдрис М.А. Концепция создания компьютерных учебных пособий по ТОЭ. // Всесоюзный научно-методичес кий семинар. Тезисы докл.- Челябинск, 1982.

1

4. Пи:дакоз В.И., Голубев П.1',., Здрпс М.А, Разработка компьютерного курса по анализу тайных, электрических цепей на PC/AT. //Каучнс-глотодкческий се:.;::кар "Компьютеризация учебного процесса". Тезисы докл. - Астрахань, 1992. >

5. 71ид;:ков В.И. , Голубев П.:!., Эдрис ГЛ.А. Программный комплекс TES.M по анализу линейных электрических цепей. //Научно-методический сегл:нар "Компьютеризация учебного процесса". Тезисы докл. - Астрахань, 1992.

6. Пищиков В.И., Голубев А.К., Эдрис М.А. Методика составления компьютерных заданий по курсу "Теоретическая электротехника". //Науч.ио-:/.етодическп>: ссмшар "Компьютеризация учгбкого процесса". Тезисы докл. - Астрахань, 1993.

7. Шодзхов В.И., Голубоз П.Л., Эдрис H.A. Методика анализа переходных процессов в линейных цепях выаю второго порядка. // Нэучко-мотодичоскнй сеглпнар "Компьтеризагшя учебного процесса". Тезисы докл. - Астрахань, 1993,

8. Пищиков В.К., Голубев П.Я., Эдрис М.А. Сборник компьютерных задании. И. Нзда."ОП, 1993.

Тииофсфи,, .4311, I.J.