Технико-экономическое и дидактическое обоснование формирования у будущих учителей технологии готовности к внедрению технологий виртуализации сборки и исследования электрических цепей (на примере дисциплины

ВВЕДЕНИЕ

Новый этап глобальной информатизации современного общества, который сегодня принято отождествлять с цифровизацией экономики и всех сфер жизнедеятельности человека [1–6], влияет ина сферу образования. Этот процесс вызывает, в свою очередь, цифровизацию образования и расширение границ образовательных систем в условиях открытого информационного пространства [7–9], превращая отчасти сам учебно-воспитательный процесс в виртуальный [10–12]. Указанные тенденции, как мы уже отмечали ранее в своих публикациях [8, 12–14], открывают новые возможности для организации учебно-воспитательного процесса в вузе и школе, ставят перед педагогическим сообществом новые задачи как по поиску новых методов, форм и средств обучения, влияющих на результативность и эффективность учебно-воспитательного процесса в условиях цифровизации образования, так и по эффективному использованию в образовательном процессе всех возможностей современных информационных технологий и ресурсов, например, в новом оцифрованном виде и др.
Развитие современного российского образования в контексте его цифровизации актуализирует вопросы, связанные с представлением и использованием существующих образовательных ресурсов в новом оцифрованном виде, а также с поиском новых ресурсов и моделей, методов, форм и средств обучения, способствующих результативности и эффективности учебно-воспитательного процесса как в школе, так и в вузе, но в новых условиях становления цифрового социума. При этом особую значимость приобретают вопросы виртуализации учебного процесса за счет использования в обучении различным предметам непосредственно средств и технологий виртуальной реальности.
Внедрение технологии виртуализации электрических цепей, которые могут использоваться при проведении лабораторных работ по дисциплине «Электротехника и электроника» намного упрощает их проведение. Проведение лабораторных работ всегда представляет собой некоторую проблему в смысле наличия соответствующего оборудования для их выполнения. Использование программ-симмуляторов позволяет студенту быстрее освоить теоретический материал.
Цель – выполнить технико-экономическое и дидактическое обоснование формирования у будущих учителей технологии готовности к внедрению технологий виртуализации сборки и исследования электрических цепей на примере дисциплины «Основы электротехники и электроники».
Задачи:
1) проанализировать технико-экономическое и дидактическое обоснование формирования у будущих учителей технологии готовности к внедрению технологий виртуализации сборки и исследования электрических цепей дисциплины «Основы электротехники и электроники»;
2) совершить проектирование технико-экономического и дидактического обоснования формирования у будущих учителей технологии готовности к внедрению технологий виртуализации сборки и исследования электрических цепей дисциплины «Основы электротехники и электроники»;
3) предложить экономическое обоснование технико-экономического и дидактического обоснования формирования у будущих учителей технологии готовности к внедрению технологий виртуализации сборки и исследования электрических цепей дисциплины «Основы электротехники и электроники».
Объект исследования – дисциплина «Основы электротехники и электроники».
Предмет исследования - формирование у будущих учителей технологии готовности к внедрению технологий виртуализации сборки и исследования электрических цепей.
Структура работы: введение, три главы, заключение и список использованной литературы.

 
1. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ И ДИДАКТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ФОРМИРОВАНИЯ У БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИИ ГОТОВНОСТИ К ВНЕДРЕНИЮ ТЕХНОЛОГИЙ ВИРТУАЛИЗАЦИИ СБОРКИ И ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ДИСЦИПЛИНЫ «ОСНОВЫ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ И ЭЛЕКТРОНИКИ»

1.1. Анализ дисциплины Основы электротехники и электроники

Изучение студентами учебной дисциплины «Основы электротехники и электроники» осуществляется в 6 учебном семестре. На лекционных занятиях и лабораторных работах осуществляется формирование у студентов общих представлений об основных процессах, происходящих в электрических цепях постоянного и переменного тока; устройствах, принципах действия электроизмерительных приборов, электромагнитных аппаратов, электрических машин и их практическом применении; устройствах и принципах действия электронных, фотоэлектронных и полупроводниковых приборов.
Лекции являются важной формой обучения в высшем учебном заведении. В ходе лекционного курса проводится изложение основных положений и теоретических основ электротехники и электроники, ознакомление с достижениями науки и техники в области изучаемой дисциплины по изучаемой дисциплине.
Лабораторные работы направлены на практическую проверку формул, методик расчета, установление и подтверждение закономерностей, ознакомление с методиками проведения экспериментов. Формируются практические умения и навыки обращения с различными приборами, установками, лабораторным оборудованием, аппаратурой, которые могут составлять часть профессиональной практической подготовки, а также исследовательские умения (наблюдать, сравнивать, анализировать, устанавливать закономерности, делать выводы и обобщения, самостоятельно вести исследования, оформлять результаты). При подготовке к лабораторному занятию студенту следует ознакомиться с конспектом лекций по соответствующей теме лабораторной работы, самостоятельно изучить соответствующе вопросы по предлагаемой преподавателем литературе. Отчеты делаются по итогам выполнения работы на том же занятии Отчет должен содержать наименование, цель и описание работы, Отчеты делаются по итогам выполнения работы на том же занятии ответы на контрольные вопросы.
Согласно учебному плану ряд вопросов рабочей программы дисциплины «Основы электротехники и электроники» вынесен для самостоятельной проработки с последующей проверкой полученных знаний в форме подготовки и защиты доклада на лабораторных занятиях. В результате изучения дисциплины обучающиеся должны усвоить:
 основные электрические и магнитные явления, лежащие в основе построения электрических машин и аппаратов;
 основные законы электротехники (Ома, Джоуля-Ленца, Кирхгофа, Ленца);
 единицы электрических величин;
 закономерности построения и сборки электрических схем;
 правила безопасности труда при эксплуатации электрических установок;
 классификацию электроизмерительных приборов, условные обозначения на их шкалах;
 основные элементы конструкции и характеристики электроизмерительных приборов, трансформаторов, асинхронных двигателей, схемы электроснабжения потребителей электрической энергией;
 устройство и принцип действия основных типов полупроводниковых и фотоэлектронных приборов, их практические применение;
- краткие сведения о логических элементах и интегральных микросхемах.
Преподавание дисциплины включает в себя следующие образовательные технологии:
1. Организация лекций с использованием презентаций, выполненных с использованием мультимедийных технологий.
2. Обеспечение студентов сопутствующими раздаточными материалами – опорными конспектами с целью активизации работы студентов по усвоению материалов учебной дисциплины.
3. Использование проблемно-ориентированного междисциплинарного подхода.
4. Использование методов, основанных на изучении информационных технологий в различных сферах повседневной жизни.
5. Проведение интерактивных экскурсий и мастер-классов по практико-ориентированной тематике с приглашением специалистов.

Достижение планируемых результатов обучения, соотнесенных с общими целями и задачами ОПОП, является целью освоения дисциплины (модуля) представлены в таблице 1.

 
Таблица 1 - Достижение планируемых результатов обучения, соотнесенных с общими целями и задачами ОПОП, является целью освоения дисциплины (модуля)
Планируемые результаты освоения образовательной программы (код и название компетенции) Планируемые результаты обучения Этапы формирования компетенции в процессе освоения образовательной программы
готовностью реализовы вать образовательные программы по учебным предметам в соответствии с требованиями образовательных стандартов (ПК-1) Выпускник знает:
- принципы построения и функционирования электри ческих машин, цепей и электронных схем.
Умеет:
- применять принципы построения, анализа и эксплуатации электрических сетей, электрооборудования и промышленных электронных приборов.
Владеет и (или) имеет опыт деятельности:
- методами теоретического и экспериментального исследования в электротехнике и электронике. В соответствии с учебным планом
готовность использовать основы естественных и инженерных наук для постановки и решения технико-технологических задач в профессиональной деятельности (ДПК-1) Выпускник знает:
- устройство, принцип работы, характеристики электромагнитных устройств; основы цифровой и аналоговой электроники;
- принципы работы электроизмерительных приборов и электронных устройств.
Умеет:
- составлять простые электрические схемы цепей и их спецификации;
- экспериментальным способом и на основе паспортных (каталожных) данных определять параметры и характеристики типовых электротехнических и электронных устройств;
- грамотно выбирать и применять в своей работе электронные приборы и узлы, электротехнические устрой ства и аппараты.
Владеет и (или) имеет опыт деятельности:
- практической работой с электронными устройствами, измерять параметры электронных схем. В соответствии с учебным планом

Объем дисциплины и виды учебной работы представлен в таблице 2.


Таблица 2 - Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы Объем зачетных единиц / часов по формам обучения
(очная)
Максимальная учебная нагрузка (всего) 3/108
Контактная работа обучающихся с преподавателем (всего) 54
в том числе:
лекции 18
лабораторные занятия (включая защиту отчета по лабораторным работам) 34
Контроль самостоятельной работы 2
Самостоятельная работа студента (всего) 54
в том числе:
внеаудиторная самостоятельная работа по подготовке к лекционным занятиям 8
внеаудиторная самостоятельная работа по подготовке к лабораторным занятиям 18
выполнение заданий для самостоятельной работы в системе управления обучением MOODLE 16
подготовка к зачету 12
Промежуточная аттестация в форме зачета (5 семестр)

Наименование тем (разделов):
- Тема 1. Основные понятия и законы электромагнитного поля.
- Тема 2. Цепи постоянного тока. Цепи синусоидального тока.
- Тема 3. Магнитное поле. Магнитные свойства вещества.
- Тема 4. Электрические измерения и приборы. Электротехнические устройства.
- Тема 5. Основы физики полупроводников и полупроводниковых приборов.
- Тема 6. Основы аналоговой и цифровой электроники.
- Выполнение заданий для самостоятельной работы в системе управления обучением MOODLE
- Контроль самостоятельной работы
- Подготовка к зачету
Тема 1. Основные понятия и законы электромагнитного поля. Содержание темы: Электрическая энергия и её применение в народном хозяйстве. Электрическое поле. Напряженность электрического поля, потенциал. Электрическое напряжение и электрический ток. Основные законы электромагнитного поля.
Тема 2. Цепи постоянного тока. Цепи синусоидального тока. Содержание темы: Понятие постоянного тока. Электрическая энергия и мощность. Источники и приемники электрической энергии. Закон Ома. Законы Кирхгофа. Расчет линейной электрической цепи постоянного тока с использованием законов Кирхгофа. Методы расчета цепей постоянного тока с одним и несколькими источниками ЭДС. Метод контурных токов. Понятие переменного тока. Основные величины, характеризующие переменный ток. Резистивный, индуктивный и емкостный элемент в электрической цепи синусоидального тока. Основы расчета линейных цепей синусоидального тока. Использование комплексного метода. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме. Активная, реактивная составляющие и полная мощность в однофазной цепи синусоидального тока, коэффициент мощности. Трехфазные линейные электрические цепи синусоидального тока. Схемы соединения фаз источника с фазами нагрузки, фазовые и линейные напряжения и токи, соотношения между ними.
Тема 3. Магнитное поле. Магнитные свойства вещества. Содержание темы: Магнитное поле и основные магнитные величины. Действие магнитного поля на проводник с током. Явление электромагнитной индукции, самоиндукции и взаимной индукции. Магнитный момент атома. Напряженность магнитного поля внутри магнетиков. Классификация магнетиков. Диамагнетики и их свойства. Парамагнетики и их свойства. Особенности ферромагнетиков. Металлические ферромагнетики и ферриты. Процессы намагничивания ферромагнетиков. Магнитные потери. Поверхностный эффект и эффект близости, электромагнитное экранирование.
Тема 4. Электрические измерения и приборы. Электротехнические устройства. Содержание темы: Аналоговые электромеханические измерительные приборы прямого преобразования: устройство, принцип действия, области применения. Цифровые электронные измерительные приборы, их классификация. Измерение электрических величин: токов, напряжений, сопротивлений, мощности и энергии. Устройство и принцип действия трансформатора. Трансформаторы тока и напряжения. Основные соотношения для трансформатора. Режимы нагрузки и холостого хода трансформатора, коэффициент трансформации. Трехфазный электрический ток. Генераторы трехфазного тока. Вращающееся магнитное поле трехфазного тока.
Тема 5. Основы физики полупроводников и полупроводниковых приборов. Содержание темы: Полупроводниковые материалы. Элементы зонной теории, равновесная собственная и примесная проводимость, неравновесная проводимость. p-n-переход, инжекция носителей заряда, полупроводниковый диод и его параметры. Условное обозначение, принцип действия полупроводникового диода. Условное обозначение, принцип действия, характеристики и назначение полупроводниковых транзисторов. Биполярные транзисторы n-p-n и p-n-p типа. Полевые транзисторы.
Тема 6. Основы аналоговой и цифровой электроники. Содержание темы: Полупроводниковые выпрямители напряжения. Типовые схемы включения