Современная система образования опирается на концепцию образование в течение всей жизни [1]. Определяется это тем, что производство знаний идет большими темпами и с большей производительностью, чем их потребление обществом. Выход из создавшейся ситуации — это кардинальный пересмотр технологии реализации образовательного процесса. Новая образовательная среды предполагает создание системы подготовки специалистов, которые получили бы по окончанию вуза универсальные навыки и знания, и могли бы постоянно самостоятельно учиться и адаптироваться к изменениям производства и сфер деятельности [2]. Основой данной среды — это разработанный и представленный в соответствующей форме учебный теоретический материал, индивидуальные задания и упражнения для самостоятельной проработки с обязательной проверкой и контролем, приобретенных в процессе обучения знаний, и подсистема контроля качества знаний.
Базой для формирования новой образовательной среды, как показывает опыт ТПУ, а в частности Энергетического института, является использование программного обеспечения в учебном процессе. Программное обеспечение при использовании в учебном процессе можно подразделить на системное и прикладное программное обеспечение.
Системное программное обеспечение — это комплекс программ, которые обеспечивают эффективное управление компонентами вычислительной системы, такими как процессор, оперативная память, каналы ввода-вывода, сетевое оборудование, выступая как «межслойный интерфейс» с одной стороны которого аппаратура, а с другой приложения пользователя.
Прикладное программное обеспечение — это прикладная программа, предназначенная для выполнения определенных пользовательских задач и рассчитанная на непосредственное взаимодействие с пользователем. В большинстве операционных систем прикладные программы не могут обращаться к ресурсам компьютера напрямую, а взаимодействуют с оборудованием и прочим посредством операционной системы.
Использование соответствующего системного программного обеспечения положено в основу локальной компьютерной сети Энергетического института ТПУ. В данной сети размещены образовательные электронные издания (ОЭИ), разработанные преподавателями института. Студенты имеют возможность изучить и при необходимости скопировать для самостоятельной проработки, теоретические материалы по дисциплинам образовательной программы соответствующего курса и семестра обучения. А так же они могут воспользоваться необходимым пакетом прикладной программы для выполнения индивидуального задания, решения комплекса задач и разработки, необходимых для него пользовательских программ и математических моделей.
Наиболее эффективным, на наш взгляд, для усвоения самостоятельно студентом научных знаний является применение пакетов прикладных программ (ППП) в учебном процессе. Эффективность проявляется в том, что для студента имеется возможность более быстрого усвоения и в большем объеме знаний. Кроме этого студент, овладевший значительным количеством ППП, будет более конкурентоспособным и успешным на рынке труда. В архитектуре всех пакетов прикладных программ лежит метод компьютерного моделирования, основой которого является математическое моделирование.
В учебном процессе Томского политехнического университета используется более сотни программных продуктов. В их число входят популярные офисные продукты (Word, Excel, PowerPoint, Corel Draw, Photoshop). Системы автоматизированного проектирования общего назначения (AutoCad, P-CAD, Accel EDA, Electronics Workbench, Microcap и др.), узкоспециализированные CADы и моделирующие программы (Code Composer Studio, Mustang, Dakkar, TKZ3000, Genie и др.), математические продукты (MathCAD, MatLAB), системы программирования (Delphi, Builder C++ и др.). Разработанные непосредственно для учебного процесса прикладные программы для моделирования и расчета процессов в электротехнике, электромеханике и электроэнергетике.
В зависимости от направления подготовки специалистов, а конкретно «Электроэнергетика и электротехника», используются преимущественно следующие программные пакеты: Electronics Workbench, Excel, ELCUT, MathCAD, MATLAB, P-CAD, T-Flex [3,4]. Набор данных прикладных программных пакетов определяется теоретическим материалом, изучаемых в указанном направлении дисциплин и практическими задачами, решаемыми при исследованиях процессов и объектов электроэнергетических и электромеханических систем.
Навыки по использования указанных ППП в учебном процессе и в самостоятельной деятельности формируются у студентов на первом и втором курсах. Для этого в учебные планы в образовательные программы Энергетического института ТПУ введены новые специализированные учебные дисциплины, а именно: «Программное обеспечение профессиональной деятельности» и «Методы и средства автоматизации профессиональной деятельности». Основная часть времени (2/3) аудиторных занятий в данных дисциплинах отведена лабораторным (практическим) занятиям. Тематика лекций первой дисциплины посвящена архитектуре построения прикладных программных пакетов Electronics Workbench, Excel, ELCUT, MathCAD, MATLAB, характеристикам и возможностям каждого из этих пакетов для решения электротехнических задач, на примере однозвенного фильтра низких частот. Тематика лекций второй дисциплины направлена на возможности реализации методов моделирования каждым из вышеперечисленных программных пакетов, разработке в их среде пользовательских программ и моделей. При этом основное внимание уделяется методам вычислительной математики, а именно: методам численного решения алгебраических и дифференциальных уравнений.
Современные выпускники школ не владеют умениями самостоятельного познания [5]. Поэтому при разработке учебных пособий [3,4] применен и использован первый уровень познавательной самостоятельности. Для этого уровня характерным является то, что студент должен более или менее точно воспроизвести знания и приемы, которые он получил из учебного пособия. В этих пособиях, прежде всего, приведены: описания прикладного программного пакета и указания по формированию и разработки в нем пользовательской программы или математической модели; образцы выполненных заданий, входящих в лабораторную работу и методические указания к выполнению работы. Таким образом, имея образец выполненного задания, студент воспроизводит самостоятельно компьютерное моделирование и исследование процесса, явления или объекта.
Второй уровень познавательной самостоятельности студенты приобретают при выполнении индивидуальных заданий (ИДЗ), написании рефератов и выступлении на конференц-неделях. Этот уровень, называемый продуктивным, характеризуется тем, что требует от студентов некоторой умственной переработки знаний, полученных при выполнении лабораторных работ, с использованием прикладного программного пакета. Это определяется тем, что необходимо при выполнении ИДЗ выбрать самостоятельно ППП, метод и прием изучения явления или объекта, определенных заданием, темой реферата или выступлением. При этом, как правило, возникает необходимость в изучение и синтезе знаний полученных из других источников.
Третий уровень познавательной самостоятельности студентов формируется на старших курсах. Этот уровень принято считать творческим [5]. Он характеризуется глубокой умственной переработкой приобретенных знаний при изучении таким дисциплин как «Математическое моделирование электромеханических систем», «Математическое моделирование в электроприводе» «Математическое моделирование в электротехнике». При этом исследования явлений, процессов в электромеханических системах, в электрических цепях и установках реализуются с использованием ППП MathCAD (версии ПО 14 или 15), MatLAB (приложение Simulink) (версия ПО 7.1).
При выполнении лабораторных работ по данным дисциплинам основное внимание студентов направлено на использование различных методов решения систем дифференциальных уравнений с помощью интегрированного пакета MathCAD, и на структурное и имитационное моделирование в MatLAB/ Simulink.
В дисциплинах «Микропроцессоры и микро ЭВМ в системах управления», «Микропроцессорные средства управления электроприводами и технологическими комплексами», «Векторное управление электроприводами переменного тока», «Цифровые системы управления электроприводами» при разработке математических моделей электроприводов и их систем управлений пользуются прикладными программами MathCAD (версии ПО 14 или 15), MatLAB (приложение Simulink) (версия ПО 7.1).
Дисциплины «Компьютерные технологии в науке и образовании» и «Имитационное моделирование электромеханических систем» изучают магистры и основная цель — это научить студентов применению и использованию компьютерные технологий для глубокого изучения физических явлений в электромеханических и энергетических системах и осуществлять необходимые исследования с получением количественных результатов.
В заключении хотелось бы отметить, что все модели, разрабатываемые студентами в индивидуальных заданиях при изучении материалов перечисленных дисциплин, и используемые на лабораторных и практических занятиях, являются базой при выполнении курсового и дипломного проектирования.
Пакеты прикладного программного обеспечения, как показывает опыт использования их в учебном процессе Энергетического института ТПУ на кафедре Электропривод и электрооборудование, позволяют организовать самостоятельную работу студентов, отвечающую ее основным признакам [5]:
1. наличие цели работ;
2. наличие при выполнении мыслительных и моторных действий;
3. непосредственное и опосредованное руководство со стороны преподавателя;
4. вариативность заданий с учетом индивидуальных особенностей студентов, их подготовленности;
5. направленность на развитие познавательной самостоятельности;
6. наличие умственного напряжения.
Литература:
1. http://www.lll-c.com/LLLConcept/ e-mail: info@lll-c.com |
2. Решетова З. А. Формирование системного мышления в обучении: Уч. Пособие для вузов. — М.: ЮНИТИ-Дала, 2002 г. — 344 с.
3. Глазырин А. С. Методы и средства автоматизации профессиональной деятельности. Ч.1: учебное пособие /А. С. Глазырин, Д. Ю. Ляпунов, И. В. Слащев, С. В. Ляпушкин; под общ. Ред. А. С. Глазырина.– Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. — 199 с.
4. Глазырин А. С. Методы и средства автоматизации профессиональной деятельности. Ч.2: учебное пособие /А. С. Глазырин, Д. Ю. Ляпунов, И. В. Слащев, С. В. Ляпушкин; под общ. Ред. А. С. Глазырина.– Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. — 173 с.
5. Богоявленская А. Е. Развитие познавательной самостоятельности студентов при модульно-блочном обучении дидактике: Учебное пособие. –2-е изд., перераб. и доп. — Тверь. Твер. гос. ун-т. 2005. –140 с.
