Сборник докладов - Электроэнергетика глазами молодежи 2010

Подождите немного. Документ загружается.

145

должения работы; оценивает работу обучаемого, учитывая количество вопросов, ошибок

и повторных ошибок.

Актуальным является обоснование требований к структуре АУК на основе лично-

стно-ориентированного подхода, то есть с учетом психолого-педагогических требований,

включающих дидактические, методические и психологические требования, а также ин-

формационный подход.

Дидактические требования состоят из двух групп: 1) требования к АУК как к ди-

дактическому средству обучения; 2) требования к АУК как к новой информационной тех-

нологии в образовании.

Первая группа дидактических требований включает в себя: научность, доступ-

ность, проблемность, наглядность, систематичность и последовательность обучения, ак-

тивность и сознательность обучаемых в познавательном процессе, прочность усвоения

знаний, единство образовательных и развивающих функций обучения. Ко второй группе

относят новые дидактические требования индивидуальности, интерактивности, адаптив-

ности обучения, системности и структурно-функциональной связанности представления

учебного материала, полноты (целостности) и непрерывности обучения. Деление дидак-

тических требований на две группы может быть только условным. Действительно, требо-

вание индивидуальности, адаптивности обучения, системности и структурно-функцио-

нальной связанности представления учебного материала, полноты (целостности) и непре-

рывности дидактического цикла обучения могут предъявляться и к традиционной техно-

логии обучения. Следовательно, необходимо рассматривать первую и вторую группы тре-

бований в системной взаимосвязанности и взаимообусловленности, без выделения «тра-

диционных» и «новых».

Методические требования к АУК отражают особенности преподавания конкретных

дисциплин. Особенности преподавания релейной защиты и других технических дисцип-

лин заключаются в высоком уровне абстрактности, иерархичности и большой логической

взаимосвязанности научных понятий. Технические понятия имеют особую структуру,

обусловленную многообразием свойств и функций материально-технических объектов,

они отражают связи и отношения технических объектов [3]. Здесь нет двух самостоятель-

ных задач – формирования знаний и обучения приемам их использования

, задачи слиты

воедино во времени, поскольку техническое понятие по своему содержанию нацелено на

практическое использование, то есть имеет прикладной характер.

Психологические требования заключаются в учете индивидуальных особенностей

обучаемых. К основным психологическим концепциям относят: обучение на высоком

уровне сложности; развитие психических познавательных процессов – восприятия, вни-

мания, памяти, мышления, воображения, речи, в

том числе в процессе общения; развитие

образного и пространственного мышления; развитие индуктивного и дедуктивного мыш-

ления с приоритетом последнего; проблемное обучение; формирование системного зна-

ния [4]. Очень важны способ представления учебного материала, его компоновка, струк-

турирование.

Опираясь на указанные выше требования к структуре, был создан АУК «Исследо-

вание трехфазного короткого замыкания на воздушной линии электропередачи «Томская

– Восточная» Томской ЭЭС. Проверка действия автоматического повторного включения,

как средства сохранения устойчивой работы ЭЭС». Предлагаемая тематика АУК является

актуальной не только для персонала служб релейной защиты и автоматики, но и для пер-

сонала диспетчерских служб, одной из функций которого является исследование условий

использования автоматического повторного включения; отделов проектных организаций в

части расчета токов коротких замыканий, выбора уставок и времени срабатывания уст-

ройств релейной защиты.

146

В состав АУК вошли следующие основные компоненты:

1) компьютерный учебник, включающий теоретический материал в виде файлов,

содержащих не только тексты, но и изображения. Обучаемый имеет возможность само-

стоятельно выбирать порядок и время работы, чередование изучения теории и контроля

усвоения изучаемого материала;

2) блок диагностики результатов изучения теоретического материала. Для контро-

ля и коррекции результатов обучения необходимо располагать объективной информацией

о процессе усвоения знаний. Такая информация может быть получена при наблюдении и

анализе выполненных заданий. В основу блока диагностики положена тестовая методика

оценки, которая предполагает составление корректных заданий и вариантов ответов к

ним. Фрагмент блока диагностики для рассматриваемого АУК представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Фрагмент блока диагностики

3) электронные учебно-методические указания. Для правильного отношения к по-

знавательной деятельности необходимо строить ее особым образом и в определенной по-

следовательности, которая определяется не логикой написания, а психолого-педагогичес-

кими требованиями к подготовке и проведению занятия. Цель методических указаний –

реализация требований к содержанию и уровню подготовки по конкретной программе в

условиях действия Государственного стандарта, оказание помощи обучаемым в организа-

ции их самостоятельной работы над изучением материала. В учебно-методических указа-

ниях должны быть изложены рациональные методы самостоятельного изучения материа-

ла, обращено внимание на наиболее сложные моменты, даны разъяснения по выполнению

работы. Для АУК методические указания имеют следующую структуру: название и моти-

вация темы; цели занятия (умения и знания); информативная часть; учебные задачи; во-

просы для контроля; методика самоконтроля (самооценки) знаний; рекомендуемая лите-

ратура. Объем методических указаний устанавливается в зависимости от темы и количе-

ства часов, отведенных на ее изучение.

4) виртуальная лаборатория. Виртуальная лаборатория, состоящая из вычислитель-

ного и моделирующего ядра на основе ВМК РВ, моделей всех элементов ЭЭС, графиче-

ского редактора, имитирует работу Томской ЭЭС, позволяя формировать нужную тополо-

гическую схему. Использование моделирования в учебном процессе снижает затраты на

применение в процессе обучения дорогостоящего оборудования; дает возможность рас-

147

смотреть и проанализировать за одну тренировку процессы, которые иногда недоступны

визуальному восприятию человека; строить математические модели объектов, изучаемых

в рамках АУК, анализировать и синтезировать алгоритм управления объектом.

Реализованы следующие требования к программно-инструментальному аппарату

виртуальной лаборатории: ориентация на классическую теорию предмета; максимальная

наглядность отображения структур, схем, систем, графиков; возможность редактирования

вводимой информации; быстрый расчет с визуализацией результатов в привычном для

обучаемого виде; возможность исследования влияния вариаций параметров объектов на

характеристики системы в целом; наличие блока обработки выходных и промежуточных

данных. Программный аппарат основан на действующей системе автоматизированного

моделирования и предусматривает работу в трех режимах: учебно-образовательном;

учебно-исследова-тельском; демонстрационном. Интегрированная среда диалогового мо-

нитора позволяет в удобном для пользователя виде выбрать режимы анализа и задавать их

параметры. Применение специальных алгоритмов обеспечивает повышенную устойчи-

вость и надежность вычислительного процесса.

На рисунке 3 приведено окно процедуры динамики виртуальной лаборатории, куда

обучаемый вводит первоначальные данные для исследования влияния изменения времени

срабатывания релейной защиты на устойчивость работы ЭЭС.

Рисунок 3 – Окно процедуры динамики

В окне «Наблюдаемые параметры» приводится перечень токов всех трех фаз и ток

в нейтрали воздушной линии электропередачи «Томская – Восточная» с диспетчерским

номером Т203. Токи измерены в именованных единицах (кА), что показано индексом «и».

В окне «Воздействия» представлен сценарий событий, происходящих на линии: трехфаз-

ное короткое замыкание

происходит в 0,1 секунду от начала наблюдения – «0.1«КЗАВС»,

Т203КЗ2=АВС»; в 0,3 секунды срабатывает релейная защита, отключая линию Т203 с

обеих сторон «0.3«РЗ» воздействием на выключатели – «Т203.Вкл1=0 и Т203.Вкл2=0».

После устранения короткого замыкания – «Т203.Кз2=0» срабатывает устройство автома-

тического повторного включения в 0,5 секунд от момента короткого – «0.5«АПВ». Линия

включается в

работу. Повторное включение прошло успешно, что наглядно показано на

осциллограмме (рисунок 4). Общее время наблюдения составило 2 секунды.

Виртуальная лаборатория, реализованная на базе ВМК РВ, прививает обучаемому

навыки самостоятельной работы, так как имеется возможность изменения первоначаль-

ных параметров, а также написания любого другого сценария моделирования.

148

Процесс образования, где обучаемые являются центральной фигурой, делает их ак-

тивными участниками поиска, систематизации, анализа и применения информации в не-

стандартных методах решения проблем.

Рисунок 4 – Окно визуализации результатов в виде осциллограмм

Вместо того чтобы зависеть от единственного комплекта материалов и деятельно-

сти в пределах одной области, обучаемые углубляют предшествующие знания, комбини-

руют информацию о новых способах решения поставленных задач. Такая технология дает

инструментальные средства, облегчает доступ к содержанию, стратегиям, деятельности,

управлению и к возможности применения новой информации, что делает процесс обуче-

ния личностно-ориентированным.

Список использованных источников

1. Дьяков А.Ф. Надежная работа персонала в энергетике. М.: Издательство МЭИ, 1991.

224 с.

2. Нормы годности программных средств подготовки персонала в энергетике: РД 153-

34.3-12.305-99: утв. РАО «ЕЭС России» 02.06.1999: ввод в действие с 01.10.1999. М.:

ЦКБЭ, 1999. 10 с.

3. Кудрявцев Г.В. Психология технического мышления. М.: Педагогика, 1975. 304 с.

4. Занков Л.В. Избранные психологические труды. М.: Педагогика, 1990. 424 с.

149

УРАЛЬСКОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ ШКОЛЕ –

СОВРЕМЕННУЮ ЛАБОРАТОРНУЮ БАЗУ

Ю.П. Галишников, М.А. Карпеш, П.Н. Сенигов

ООО ИПЦ «Учебная техника»

Одна из значимых традиций уральской электротехнической школы, созданной в

стенах Уральского политехнического института, – повышенное внимание к месту, роли и

содержанию лабораторного практикума в подготовке будущих инженеров. Эта замеча-

тельная традиция, поддерживаемая в наше время Уральским федеральным университетом

имени первого Президента России Б. Н. Ельцина, должна быть продолжена и усилена.

Сейчас много говорится о переходе от репродуктивной (информационной) модели

высшего профессионального образования к инновационной, чтобы не просто накачивать

студента знаниями, а готовить его к творческой, созидательной деятельности. Поэтому

будущие инженеры в ходе учебы должны иметь реальную возможность генерировать,

развивать и испытывать новые концепции, оригинальные схемотехнические и конструк-

тивные решения. Необходимо всячески повышать творческий уровень учебного процесса

инженерного вуза. Все это требует соответствующего материально-технического оснаще-

ния, главной компонентой которого является лабораторная база.

Серьезнейшее негативное влияние на качество учебного процесса имеет безнадеж-

но физически и морально устаревшая лабораторная база многих общетехнических, обще-

инженерных и выпускающих кафедр. И вопрос в том, что должно придти в вузовские ла-

боратории на смену устаревшему оборудованию. Сегодня угроза эффективному лабора-

торному практикуму возникает, как ни странно, со стороны компьютеризации учебного

процесса. Сами по себе информационные технологии – благо. Можно только приветство-

вать тот прогресс, который достигнут, например, в области имитационного компьютерно-

го моделирования технических устройств и систем. Применение такого рода моделей в

научных исследованиях весьма желательно. Однако никак нельзя одобрить наметившееся

в последние годы стремление заменять реальные лабораторные установки их виртуаль-

ными аналогами. Причины такого «уклона» понятны: относительно небольшие затраты на

организацию виртуальных лабораторий, простота эксплуатации (включил компьютер, за-

пустил соответствующую прикладную программу и все), гарантированная надежность ра-

боты (ничего нельзя испортить) и безопасность учащихся (работая на компьютере, прак-

тически невозможно попасть под опасное напряжение). Однако качеству инженерной

подготовки может быть причинен огромный ущерб – в своей профессиональной деятель-

ности молодой специалист имеет дело, как правило, с реальным технологическим или

иным оборудованием, а не с его компьютерными тенями. Поэтому принципиально важно

оснащать кафедры реальным учебно-исследовательским лабораторным оборудованием,

которое позволяло бы ставить перед студентами нетривиальные учебные задачи. Другая

опасность – в желании максимально автоматизировать лабораторный эксперимент, вплоть

до компьютерной обработки результатов и построения соответствующих характеристик.

Это оправдано для научно-исследовательских лабораторий, но вряд ли уместно в учеб-

ных. Наконец, заимствованные из прошлого стенды с жестко фиксированной структурой

также не вполне отвечают целям и задачам творческого учебного процесса.

Предложенная Инженерно-производственным центром «Учебная техника» кон-

цепция учебно-лабораторного электротехнического стенда нового поколения содержит

как ключевой принцип требование гармоничного сочетания натурных аналогов (моделей)

реальных устройств или самих этих устройств с компьютерным управлением эксперимен-

тами, отображением и регистрацией их результатов. Избранная гибкая модульная струк-

тура обеспечивает воспроизведение широкого многообразия процессов в электрических

150

цепях постоянного и переменного тока, электронных приборах и устройствах, а также в

электромеханических и электроэнергетических системах.

Наглядность результатов эксперимента достигается применением различных ре-

альных стрелочных и цифровых, а также виртуальных измерительных и регистрирующих

приборов. Надежность и электробезопасность должны обеспечиваться рациональным вы-

бором уровня мощности силовых элементов и защитой от перегрузок, коротких замыка-

ний и неумелого обращения. Дизайн оборудования выполняется с учетом требований эр-

гономики, инженерной психологии и эстетики. Предусматривается развитое методическое

и (при необходимости) программное обеспечение.

Перечисленные принципы получили свое материальное воплощение в более чем

150 новых учебно-лабораторных стендах по электротехнике, электронике, электромеха-

нике, автоматике и электроэнергетике, освоенных производством. Опыт эксплуатации

данного оборудования в многочисленных вузах свидетельствует о его высоких технико-

дидактических свойствах. Ощутимо возрастает мотивация учащихся, что является сегодня

ключевым моментом в повышении качества подготовки специалистов. Возрастает и твор-

ческий уровень учебного процесса, так как на лабораторных стендах этого вида возможно

проводить реальные исследования. Как ни парадоксально это звучит, данное лабораторное

оборудование является также эффективным средством самообразования преподавателей.

Таким образом, оно вполне может служить одной из составляющих материально-техни-

ческой базы инновационного инженерного образования.

Сегодня в номенклатуру производимой Центром продукции входит оборудование

не только для высшего, но и начального и среднего профобразования, а также для пере-

подготовки и повышения квалификации ИТР и рабочих предприятий промышленности,

энергетики и транспорта. Центр располагает собственной производственной базой. Вне-

дрена система менеджмента качества, охватывающая процессы разработки, производства

и поставки продукции, сертифицированная на соответствие требованиям ГОСТ Р ИСО

9001-2001 (ИСО 9001:2000). С 2007 года Центр является членом Всемирного сообщества

разработчиков, производителей и дистрибьюторов учебной техники и материалов WORLD-

DIDAC. В рамках этой структуры есть возможность обмениваться опытом с зарубежными

фирмами, в частности, участвуя в международных конференциях и симпозиумах. С неко-

торыми фирмами в Германии и Китае имеются прямые производственные связи.

В основе инновационной политики Центра лежит стремление максимально удовле-

творять требования заказчиков в отношении номенклатуры и качества изделий. Нужно

заметить, что модульная структура нашей продукции позволяет исключительно гибко от-

кликаться и на эксклюзивные запросы наших заказчиков, комплектовать оборудование

под конкретные учебные задачи, минимизируя стоимость заказов. Некоторые наши ком-

плекты были разработаны и изготовлены по запросу конкретного образовательного учре-

ждения, а затем вошли в нашу постоянную номенклатуру. Отслеживая главные тенденции

развития мировой и отечественной электроэнергетики, мы разработали и внедрили в про-

изводство стенды «Электромеханическая модель ветроэнергоустановки», «Модель фото-

электрической солнечной электростанции» для открытой в ряде вузов специальности

«Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии». Ведем также разработки в об-

ласти водородной энергетики. Сегодня актуально повышение энергоэффективности пред-

приятий и, соответственно, энергосбережение. Поэтому недавно мы представили на рын-

ке учебно-лабораторного оборудования стенды «Энергосбережение в системах электро-

снабжения и электропотребления», «Качество электрической энергии в системах электро-

снабжения» и др. Завершена разработка и налажено производство таких комплектов как

«Основы аналоговой электроники», «Основы метрологии и электрические измерения»,

«Средства автоматизации и управления» и др. Завершается работа над проектом «Элек-

троснабжение участка железной дороги, электрифицированной на постоянном токе». Из-

готовлен опытный образец стенда для его испытания в условиях учебного процесса на

151

кафедре Электроснабжения Уральского государственного университета путей сообщения.

Надеемся, что эта разработка вызовет интерес и у других вузов этого профиля.

В настоящее время мы уделяем особое внимание разработке новой продукции для

системы начального и среднего профессионального образования. Это, как правило, недо-

рогое, но функционально богатое оборудование. Таковы, например, разработки «Электри-

ческие цепи и электроника», «Автоматика на основе программируемого реле/контроллера»,

«Основы цифровой техники», «Системы электроснабжения», «Электробезопасность в жи-

лых и офисных помещениях» и т. д. Для подготовки квалифицированных рабочих по спе-

циальности «Электромонтер по ремонту и обслуживанию электрооборудования» предла-

гается современный электромонтажный стол. Новая продукция Центра регулярно экспо-

нируется на образовательных выставках и форумах федерального и регионального уров-

ней. Подробная информация о новинках размещается на нашем сайте www.electrolab.ru.

Вообще, перед производителем учебной техники стоит непростая задача. С одной

стороны, нужно соответствовать требованиям сегодняшнего дня и мировому уровню, с

другой – выпускать недорогой продукт. Для практического разрешения этого серьезного

противоречия требуется творческий подход. Многое предопределяет концептуальная ста-

дия работы над проектом того или иного стенда. Например, рациональный выбор мощно-

стей электромашинных агрегатов и, соответственно, их источников питания для стендов

по электроэнергетике позволяет сэкономить как на массогабаритных показателях, так и на

стоимости без ущерба для качества и технико-дидактических свойств оборудования.

Большое значение имеют простые и эффективные схемотехнические и конструктивные

решения, что зависит от мастерства разработчиков. Наконец, практически по каждому на-

именованию мы предлагаем несколько модификаций – от самого дешевого настольного

исполнения с ручным управлением до наиболее дорогого стендового исполнения с ком-

пьютеризованным управлением. Таким образом, заказчик имеет возможность сделать

свой выбор, исходя из конкретных учебных потребностей и финансовых возможностей.

Первым нашим заказчиком был Уральский государственный технический универ-

ситет (УПИ) – на кафедре Автоматизированных электроэнергетических систем вот уже

почти десять лет успешно эксплуатируются 5 моделей электрической системы – это, к

слову сказать, наша первая по времени разработка. Такие же модели, но в более совре-

менном исполнении, имеются теперь и на кафедре Электроэнергетических систем Мос-

ковского энергетического института. Среди постоянных клиентов такие вузы, как Том-

ский политехнический университет, Южно-Российский и Сибирский федеральный уни-

верситеты, Самарский и Саратовский гостехуниверситеты, Тюменский нефтегазовый уни-

верситет, Пермский гостехуниверситет, Сибирский и Уральский университеты путей со-

общения, Казанский и Ивановский энергетические университеты, Альметьевкий нефтяной

институт, Тольяттинский госуниверситет, Норильский индустриальный институт, Мос-

ковская и Новосибирская академии водного транспорта, Иркутский педагогический уни-

верситет и др. Вузы Казахстана приобрели наше оборудование. В последние годы устано-

вились прочные связи с рядом дорожных технических школ РАО «РЖД», многочислен-

ными колледжами и профессиональными лицеями по всей России. С начала реализации

приоритетного национального проекта «Образование» возник ажиотажный спрос на учеб-

но-лабораторную технику нашего производства. За 2007-2008 годы нами поставлено в 93

вуза России 406 лабораторных стендов. Кроме того, 452 комплекта оборудования получи-

ли 128 образовательных учреждения начального и среднего уровней.

Приоритетные направления развития предприятия – дальнейшее расширение но-

менклатуры и объема производства изделий при повышении их качества и сокращении

сроков поставок под девизом «Гибкие решения для учебных лабораторий» и на основе

принципов «бережливого производства + 6 сигм». Цель – всемерно способствовать укоре-

нению инновационной модели профессионально-технического образования в России.

152

154