Педагогічні науки /5. Сучасні методи навчання

К. фіз.-мат. наук Латинін Ю.М.

Українська інженерно-педагогічна академія

Додатки підручника з електротехніки − якими їм бути?

Вітчизняні підручники (П) для всіх ланок навчання тільки народжуються. Не дивлячись на загально відомі дидактичні принципи й вимоги [1] до характеристик, яким повинен відповідати П 21-го століття, ще не сформульовані усі вимоги до нього, методичні вказівки, конкретні поради щодо змісту, об’єму тих чи інших його розділів. Об’єктивний аналіз, відповідні висновки стосовно змісту й форми подання будь-яких розділів підручника можуть зробити лише викладачі, які є фаховими спеціалістами у дидактиці і конкретній навчальній дисципліні. На сьогодні ще не вироблені необхідні та достатні вимоги до таких частин П, як додатки: табличні дані тих чи інших виробів пристроїв, матеріалів, предметний чи алфавітний покажчик, історичні довідки, державні стандарти, нормативні документи тощо. Якого об’єму вони повинні бути по відношенню до об’єму основного тексту, де і в якому порядку розміщені, як дидактично подані? Тому актуальність цього питання не викликає сумніву.

Виклад основного матеріалу. Розглянемо цей аспект проблеми на прикладі аналізу навчальної літератури з електротехніки (Е). Нажаль, не всі вітчизняні П, посібники з Е, навіть найкращі з них, містять додатки, предметний покажчик (ПП). Значний відсоток і російських П з Е мають такі ж властивості. Це знижує якість навчальної літератури: докладний виклад матеріалу дисципліни при періодичному повторенні, резюмуванні, виділенні базових стрижньових тверджень та конструктів змісту матеріалу, який вивчає студент, багатократно фіксує його увагу, свідомість та мислення на те, що треба усвідомити, що необхідно запам’ятати, а що − вивчити. Поряд з тим, що ПП допомагає студентові прискорено знайти відповідний термін, пристрій, що його цікавить, він виконує й функцію запам’ятовування, повторення того чи іншого поняття, терміну.

Проаналізуємо зміст, кількість слів, які складають предметний покажчик (ПП) П з Е. Скільки слів повинен містити ПП, які саме? Значну частину ПП, як правило, складають прізвища вчених, які внесли суттєвий внесок у розвиток Е. І це слушно. У кращому для тих часів П (Электротехника. Учебн. под ред. проф. Герасимова В.Г., М.: ВШ, 1985) посилання ПП на прізвища вчених складають біля 10%. Але текст П містить мало інформації про сутність й вагомість внеску, особливо таких інженерів, як Циперновский, Блат. Їх прізвища не наводять і вітчизняні словники, енциклопедії. Тому недоцільно уводити їх у ПП: інформаційна цінність цього матеріалу не є значною. Можливо такі питання слід висвітлювати у основній частини П іншим шрифтом, менш дрібними літерами, або у додатку «історична довідка». В ПП доцільніше наводити лише прізвища класиків Е: Фарадей, Ампер, Вольт, Тесла тощо, особливо, якщо вони мають відношення до одиниць виміру. У додатках найбільш слушно поширювати інформацію про вчених, на яких у тексті є посилання. Якщо такі посилання відсутні, наприклад на прізвища: Пулюй, Геріке, Кирус, Талес тощо, у додатку, „коротка історична довідка” П (Електротехніка: підручник за загальн. редакц. В.І. Коруда - Львів: „Магнолія плюс”, 2005) не бажано розповідати про їх внесок у Е. Особливо це стосується випадків, коли така інформація не є однозначною чи загальновизнаною.

Якщо ПП містить той чи інший термін, поняття, посилання на пристрій, прилад закон, правило, теорему тощо, то у тексті П обов’язково повинно існувати їх визначення. Наприклад, ПП посібника (Мурзин Ю.М., Волков Ю.И. Электротехника. СПб.: Питер, 2007) містить термін: «гиратор», «нулатор», «ключ», «закоротка». Отож, у тексті він повинен обов’язково визначатися, але дефініція його повинна бути коректною й однозначною. У відповідності до тексту дамо дефініцію терміну «ключ»: «… на схеме изображен новый элемент – ключ. Смысл его использования заключается в том, что в заданный момент времени, обычно t=0, ключ меняет свое положение». Введення цього терміну не можна вважати слушним, а визначення – змістовним, коректним. Етимологія слова не відповідає сутності терміну і тому незрозуміло, що означає зміна положення «ключа». Якщо б замість слова «ключ» вжити термін «вимикач», дефініція стала більш чіткою, у якого лише два положення: замкнено чи розімкнено. Терміни ПП, не повинні мати різних визначень й призначень ніж ті, що вони мають у Е. Великий енциклопедичний словник (БЭС, М.: Сов. энцикл., 1991, Т.1 с.307) визначає «гиратор», як реальний пристрій: односпрямований феритовий фазообертач. Але П з Е ідентифікує його, як математичну абстракцію (див. с. 25). Наведені у ПП терміни повинні відповідати сутності дисципліни. Наприклад, наявність у ПП П з Е значної кількості таких словосполучень, як форми Тостера, умови Діріхле, реалізація по Кауєру, поліноми Гурвіца, інтеграл Бромвіча, матриця, перетворення Лапласа тощо свідчить про те, що ці терміни, на перший погляд, мають відношення до математики чи теорії, тобто до теоретичних основ електротехніки. Остання є підґрунтям електротехніки, але не тотожна їй. Е має практичне спрямовання, тобто виробку навичок та вмінь, які обумовлює подальша професія студента, що не пов’язана з електрикою. Додатки окрім загальних відомостей, наприклад електропровідність матеріалів, можуть містити параметри електричних машин, апаратів, що використовуватимуться у промисловості, де працюватиме майбутній спеціаліст.

Предметний покажчик повинен містити основні поняття, терміни, закони, принципи роботи електричних машин, апаратів, приладів, їх параметри та характеристики. Якщо просумувати вищезазначене, то мінімальна місткість ПП складатиме 250-350 слів. Суттєво перевантажувати ПП другорядними словосполученнями, термінами теж недоцільно. Вони з одного боку збільшуватимуть об’єм ПП, інших додатків, перебільшуючи їх значення. Вони спрямовуватимуть студента на другорядну інформацію на шкоду основній, зменшуватимуть дидактичну значимість ПП, додатків і П з Е в цілому.

Вимоги до змісту, форми й місту подання додатків практично не відрізняються від тих, що стосуються основного тексту П. Але необхідна умова їх приведення: додатки повинні бути ув’язаними з основним текстом П єдиною метою. Підручник з Е [2] має 15 додатків. Але посилань на них основний текст П не містить. Недоцільним є додаток №4 «Одиниці електричних і магнітних величин, котрі дозволяється вживати поряд з одиницями SI», оскільки остання є базовою при викладанні електротехніки. По тим самим причинам недоцільним є й додаток 9 цього П: «Співвідношення між одиницями питомого опору». У додатку № 12 «електричні властивості пластмас» наводять такі величини, як відносна діелектрична проникність, питомий електричний опір, але які П не розглядає. Неприпустимі помилки, у тому числі і у прізвищах вчених: Александро Вольта замість Алессандро, електромотор, а в тексті П − електродвигун, Ватт і поряд Уатт.

Текст П обов’язково містить посилання на відповідні додатки. В них розміщують не обов’язковий матеріал, який загромаджуватиме, збільшувати об’єм необхідного базового матеріалу П, знижуватиме дидактичну цінність найважливішої інформації. Наприклад, з метою розв’язання задач студентами теплоенергетичного фаху доцільно у додатку навести таблицю «температурні коефіцієнти електричного опору провідників» а у П - дати методику розв’язання задач стосовно визначення зміни опору провідників з температурою. Тоді у тексті П наводять текстовий фрагмент про електричний опір провідника і залежність його від температури за відповідною формулою. Якщо текст П чи будь-якої його частині цю тему не розкриває, то недоцільно у додатках наводити такі таблиці. Студентам, майбутня професія яких не відноситься до електротехнічного фаху, у подібних таблицях недоречно наводити параметри чавуну, цинку чи дюралюмінію: провідників з них практично не роблять. Похибкою є, якщо по одним електротехнічним матеріалам приводять їх ТКО, а по іншім – ні. Недоречно давати у додатку «Одиниці електричних і магнітних величин, котрі дозволяється вживати поряд з одиницями SI», у якому енергію подають в ерг, магніторушійну силу – гільбертах, питомий опір − в Ом·мм²/м тощо. Вживати у додатках, як і у П, застарілі, несистемні одиниці виміру (наприклад, потужності:„кінську силу”, ккал/с, кгс∙м/с) не є слушним. Перелічені несистемні одиниці, як і система СГС, не використовують у Е і, отож − у навчанні. У електротехніці споживану електроенергію вимірюють кВт·год, але не у Дж (одиниця енергії в системі SІ). Джоуль − дуже мала одиниця виміру для оцінки практичної діяльності людини. Лічильник електроенергії мав би при цьому не менше, ніж 9−10 комірок − знакомісць, що суттєво збільшило б його розміри, і саме головне − зменшило зручність користування. Одиниця спожитої електроенергії, тобто 1кВт·год = 3,6·10⁶ Дж, коштує копійки, а її мільйонна частина взагалі «нічого». Немає сенсу наводити у додатку таблиці «Співвідношення між одиницями питомого опору», «Електричні властивості пластмас», оскільки інформацію про них не містить основний текст П. Та й взагалі, наводити числові параметри матеріалів, електротехнічних виробів доцільніше у задачнику, ніж у П.

Усі величини додатку, їхні літерні позначення повинні бути розкритими, особливо якщо вони не є загальноприйнятими чи є відмінними (що небажано) від тих, що використовує П. Так таблиця №13 «Паспортні і розрахункові дані асинхронних електродвигунів (АД)…АО-2» містить величину М_П^*. Але остання в тексті П не розкрита, як і параметр g та одиниці їх виміру. Вказані параметри не використовують при розв’язанні задач. Не містить посилань на цю таблицю і текст П. Двигуни цієї серії вже не випускає промисловість і майбутній фахівець не зустріне їх на виробництві. Подібна інформація є застарілою і наводити її немає ніякого сенсу.

Чи доцільно у додатках П з Е, яку вивчають студенти, що не будуть безпосередньо мати справу з електрикою, наводити: «Технічні дані автоматичних повітряних вимикачів типу А3700», «Запобіжники ... серії НПН-2 і ... ПН-2...», «Основні параметри алюмінієвих проводів марок А, АКП, АП, АПКП», якщо у тексті про них немає й мови? Чи зможе студент без сторонньої допомоги розшифрувати ці абревіатури і використати параметри цих приладів при розв’язанні задач чи виконанні лабораторних робіт? На наш погляд, ні. Така інформація не обумовлена метою навчання і не є доцільною.

Наводити параметри реальних виробів, числові значення яких не відповідають дійсності навіть з навчальною метою недоречно. У додатку задачника (З) з Е [3] (№ 3, с.249) наведені «Паспортні дані асинхронних двигунів серії 4А». Доцільність цього додатку також визиває сумнів. По перше, ні використання його, ані посилань на нього З не містить. По друге, умови задач 7.6; 7.14, 7.68 суперечать його числовим даним. При номінальному навантажені ротор АД 4АА63А4 не може мати частоту обертання 1450 об/хв. В цьому випадку ковзання його буде 3,3 %, але у реального двигуна ≈ 9,0 %. У двигуна 4А80А6 номінальне ковзання складає 8,4%, а у відповідності до умов задачі 7.14 воно є 5%. За умовами задачі 7.68 частота обертання ротора АД 4А100М6 не може бути 2950 об/хв. Цифра «6» означає наявність у нього шести полюсів. Синхронна швидкість при цьому складатиме 1000 об/хв (при частоті мережі 50 Гц). Частота ж обертання ротора АД у двигунному режимі роботи не може перевищувати синхронної. Подібну помилку містить і задача 7.58: трифазний АД АИ160L8 при номінальному навантаженні має частоту обертання ротора 2740 об/хв й потужність 55кВт. Але синхронна частота його повинна бути 750 об/хв. Із довідника (Справочник по электрическим машинам. М.: Энергоатомиздат, 1988, Т.1, с. 225) для машини такого розміру максимальна потужність при мінімальній кількості пар полюсів не перевищуватиме 30 кВт. В задачі 7.51 потужність двигуна 4АН132L4 теж не може бути більшою, ніж 20кВт, оскільки при довжинах S та M вона не перевищуватиме 11 кВт. Наведені додатки замість підтвердження тих чи інших висновків, які виникнуть у студента під час розв’язання задачі, будуть визивати сумніви, невпевненість у отриманих результатах. Чи не буде сумніватися студент, якщо додаток №1 П цих авторів містить числове значення температурного коефіцієнту електричного опору (ТКО) манганіну 0,00003, але задачник − 0,000006. Для срібла у П цей коефіцієнт є 0,0035, у З − 0,004. Похибкою є, коли у П і З наводять одну і ту саму величину у різних одиницях її виміру. Наприклад, питомий електричний опір у П подають в мкОм·м, але у З – Ом·мм²/м. Невірно й ТКО в П та З подавати з різною точністю (кількістю значущих цифр). сформулюємо найбільш загальні висновки й вимоги до додатків, ПП. Вони стосуються як П з Е, так і інших навчальних дисциплін:

− Додаток, є складовою частиною сучасного П. Він й основна частина П є взаємообумовленими, базовий текст в будь-якому разі містить посилання на той чи інший додаток;

− В додатках розміщують другорядний матеріал, який недоцільно викладати в основному тексті П без зниження його дидактичної якості, але який є необхідним і достатнім для студентів відповідного фаху і без якого неможливо розв’язувати задачі, поглиблювати знання про властивості пристроїв Е;

− Недоцільно перевантажувати П зайвими додатками а ПП − другорядною чи застарілою інформацією, збільшувати їх об’єм на шкоду основному. Він не повинен перевищувати 5% від загального об’єму П;

− ПП містить назви законів, правил, теорем, принципів; базові поняття й терміни електротехніки, методи розрахунків й вимірювання, пристрої, які необхідні для підготовки спеціаліста відповідного профілю. Посилання у ПП роблять на сторінку тексту П, де викладений термін, величина чи пристрій, наведено їх перше нагадування, дані найбільш істотні ознаки чи дефініція. Остання повинна бути короткою й однозначною;

− Табличні дані, електротехнічні величини, параметри приладів й матеріалів подають, за окремим винятком, в одиницях системи SІ. Числові дані однорідних величин повинні задаватися з однаковою похибкою;

− Не слід в ПП давати прізвища вчених, якщо основний текст П, додатки не містять інформації про їх внесок у розвиток відповідної науки.

Література:

1.Методичні рекомендації щодо структури, змісту та обсягів підручників і навчальних посібників для вищих навчальних закладів і порядок надання навчальній літературі грифів міністерства освіти і науки України. К.: Знання, 2008.-16 с.

2.Паначевний Б.І., Свергун Ю.Ф. Загальна електротехніка: теорія і практикум, К.: Каравела, 2003.- 440 с.

3.Шкрабець Ф.П., Ципленков Д.В. Збірник задач з електротехніки та основ електроніки, Дніпропетровськ, НГУ, 2006.-258 с.