К. фіз.-мат. наук Латинін Ю. М.

Українська інженерно-педагогічна академія, Україна, м. Харків

Системність навчальної літератури як підҐрунтя підвищення ефективності навчання.

Вступ. Стратегічні державні програми звичайно є довгостроковими і системними документами. Так енергетична стратегія України розрахована на 25 років − до 2030 року. Щоб їх реалізувати, вони повинні охоплювати усі ланки суспільства, зокрема навчання. Напрямок розвитку освіти, її зміст формулює держава, зокрема Міністерство освіти і науки. Останнє замовляє підготовку потрібних для цього фахівців, забезпечує необхідні напрями фінансами. Системність [1] повинна пронизувати усі ланки освіти від садочка до вищої школи, центрів підвищення кваліфікації та всі складові: забезпечення дисципліни сучасними навчальними матеріалами і матеріально-технічною базою, які втілюють у навчальний процес підготовлені викладачі, кореляцію змісту дисципліни з іншими. Робоча програма визначає обсяг знань, умінь, навичок, комплекс навчальних джерел: підручник (П), навчальні посібники (НП) з практикуму, лабораторних робіт (ЛР), самостійної роботи (СР), додаткової літератури. Вони, дотримуючись спадкоємності, повинні узгоджуватися між собою єдиними методологією, понятійним, методичним апаратом, спрямовуватися у майбутнє, обумовлюватися матеріально-технічною базою суспільства, освіти, утворюючи системи різної ієрархії. Але системність у створені навчальної літератури (НЛ), що узгоджено пронизує усі ланки освіти, ми реалізуємо ще не в повній мірі. І це не дивно: подібний стан є типовим для початкового етапу становлення НЛ, коли П, НП створюються без взаємозв’язку з іншою, вимог часу, дидактики. Завдяки великому обсягу матеріалу, складності завдання одній людині створити увесь комплекс практично неможливо. Це робота для вітчизняних шкіл, зокрема з електротехніки (Е). Але без організаційної, фінансової допомоги держави цю проблему не вирішити. На одному ентузіазмі не створити і сучасну матеріально-технічну базу навчання. Нижче проілюструємо на основі аналізу НП [2] для студентів, магістрантів фізико-математичних, загально-технічних факультетів вищих педагогічних закладів освіти важливість системності НЛ, як однієї з складових, що в значній мірі обумовлює ефективність навчального процесу.

Виклад основного матеріалу. Будь-який П, НП повинен бути системним: відповідати навчальному плану, робочій програмі; а усі розділи (частини, глави, параграфи) повинні бути взаємно обумовленими, пов’язаними єдиною метою − виробкою відповідних знань, вмінь, навичок. Останні визначають у передмові, вступі тощо. У НП [2] з лабораторного практикуму постулюють: «курс «Електротехніка» вводить студентів до сфери …конструкцій радіоелектронних пристроїв» і повинен формувати «...грамотну експлуатацію… електронної апаратури». Студент, вивчаючи Е, набуде навичок: «виконувати нескладні радіо-монтажні…роботи», «відшукувати та усувати типові несправності електротехнічних та радіоелектронних пристроїв». Але усі 19 ЛР стосуються Е, зокрема дослідження лише лінійних кіл. Розділу «нелінійні кола», «основи електроніки», що містить сучасний курс Е, не приділено жодної ЛР. Електроніка − двигун сучасної науково-технічної революції. Студент, діючи у відповідності з цим НП, не набуде практичних вмінь з електроніки і не зможе йти в ногу з часом. Не навчиться він і «читати, креслити принципові, функціональні та монтажні схеми елементів (?!!), вузлів і пристроїв електронної техніки», оскільки таких схем з електроніки, як і з Е, НП не містить.

Виконання ЛР повинно опиратися на фундамент − базовий П для студентів відповідного фаху та сучасну лабораторію. НП [2] є самостійним виданням, що обумовило деякі переваги, але з іншого − численні недоліки. Чи слід досліджувати вкрай застарілий індукційний лічильник електроенергії, коли існують гібридні і електронні, використовувати аналогові прилади вимірів струму, напруги, фази, частоти замість цифрових? Ні. Така стратегія не відповідає вимогам часу. Цифрові прилади вимірювань витісняють аналогові, широко застосовуються у побуті. Багатофункціональний електронний лічильник допоможе студенту набути навичок економити електрику, енергетичні ресурси − сучасний шлях розвитку енергетики. Його і треба досліджувати. Поставлена у НП мета не буде досяжною: зміст його не відповідає потребам сьогоднішнього дня.

Із обсягу 256 сторінок НП приділяє 190 на опис 19 ЛР: на одну роботу припадає 10. Опис ЛР не завжди містить однакові розділи: назву, мету, обладнання, основні теоретичні положення (ОТП), порядок виконання, контрольні запитання (КЗ). Іноді додатково, хоч і не зовсім зрозуміло, опис ЛР має розділи «завдання для СР» та «зміст звіту». Розділ ОТП не повинен докладно описувати теоретичний матеріал (це робить П), а містити лише основні положення, що спрямовані на досягнення мети ЛР. У НП обсяг ОТП є найбільшим, хоча звичайно не повинен перевищувати об’єму матеріалу щодо виконання ЛР. Так у ЛР №1 він займає 10 сторінок тексту, а виконання – всього 4-и; у ЛР№ 2 співвідношення між ними 4/4; у №9 −15/4,5 і т.д. Більшість назв ЛР починається зі слова «Дослідження−8-м, «випробування» − 7, «вивчення»-2, 1−спостереження і 1 − вимірювання. Процес спостереження, випробування відповідає більш раннім етапам навчання, де звичайно перевіряють властивості досліджуваних пристроїв, спостерігають явища. Ці слова у назві не відповідають сенсу ЛР, спрямуванню дій студента при її виконанні: у вищій школі він є шукачем, дослідником. Тому і автор НП мав на увазі «випробування шляхом дослідження».

Назву, мету ЛР слід формулювати загальними, але близькими словами, термінами, що відображають сенс роботи і є зрозумілими студентам. Студент не уявлятиме зміст ЛР №5 з її назви «Дослідження резонансу струмів при змінній частоті», що не є чіткою. Досліджують властивості розгалуженого кола з різними реактивними елементами. По друге, незрозуміло при чому тут змінна частота? Назва ЛР №2, 4 «Дослідження електричного кола однофазного синусоїдного струму з послідовним (паралельним, №4) з’єднанням активного опору, індуктивності та ємності» не відповідає реальному стану речей. Параметри електротехнічних елементів (ємність, індуктивність, опір) неможливо з’єднати між собою. У колі з’єднують між собою елементи: резистори, конденсатори, котушки індуктивності, вимикачі, вимірювальні прилади і т.д. І назва ЛР №2 може бути: «Дослідження стану лінійного нерозгалуженого кола синусоїдного струму з реактивними і активним елементами». Метою ЛР не може бути вивчення розрахунку зсуву фаз. В ЛР експериментують, а якщо розраховують на базі вимірів і формул − це є опосередковані виміри. Недоречно назву ЛР формулювати одними термінами, а мету – іншими, чи так, щоб зміст ЛР − не відповідав її меті. Назва ЛР №12 «Вимірювання зсуву фаз і частоти змінного струму» спонукає студента на одні дії, мета − «отримання навичок виміру частоти змінного струму та коефіцієнта потужності» − на трохи інші і не відповідає назві. Але зміст роботи − виконання повірки фазометра та частотоміра - не витікає ні з назви, ні з мети ЛР. Більш того, в ОТП немає жодного слова про процес повірки, його визначення. В ЛР не використовують вимірювальні цифрові прилади, що входять до складу стенду НДЛС-1, зокрема фазометр Ф2-16, частотомір. У ЛР № 7 «Дослідження трифазної системи зі з’єднанням зіркою однофазних джерел і споживачів. Роль нейтрального проводу» переплутані назва і мета роботи. З однофазних синхронних генераторів не створити трифазне джерело.

Необхідність виробити у вчителя, інженера-педагога 21 століття вмінь виділяти, подавати й розтлумачувати учню найголовніші положення, сутність матеріалу, що вивчається, є аксіомою і однією з найголовніших складових реалізації дидактики сучасного навчального процесу. Викладач саме таким чином, використовуючи усталений понятійний, термінологічний апарат, визначення основних понять, принципів, законів, повинен викладати навчальний матеріал. Але в НП [2] не дотримуються цього. Чи існує перше правило Кірхгофа для розгалуженого кола, закон Ома для розгалуженого кола, чи для схеми, для кола змінного струму з послідовним з’єднанням опорів, градуйовані графіки для амперметра? Ні. Відомий закон Ома для ділянки та повного кола. В описі ЛР, ОТП не може бути і положень, що суперечать принципам фізики. Зокрема, взаємодіють між собою реальні речі, поля, зокрема електричні чи магнітні, магнітне поле і провідник із струмом, але не магнітний потік зі струмом.

Термінологія НП була загальноприйнятою і відповідати базовим державними стандартам з Е (див. ДСТУ 2815-94, 2843-94), фізики. Не слід вживати власні терміни, наводити визначення понять з джерел переліку літератури, що не є базовою для фаху, або має суттєві недоліки [3], чи уточнювати їх на основі аналізу. Це обумовило небажані наслідки, зокрема суперечливість з вже існуючою НЛ з Е. Категорично не можна визначати «електричне коло, як замкнений контур, що складається…». Контур − замкнене окреслення, причому у розгалуженому колі можна виділити багато контурів. Коло – звичайно штучний пристрій, що містить джерела живлення, приймачі, провідники, інші елементи, зокрема вимикачі, контролюючі, вимірювальні прилади і т.д., що створюють шлях для струму. В § 1.3 НП, уточнюючи визначення поняття «сила струму», ускладнили його розуміння. Дійсно «…це відношення (i=Δq/Δt) не є «силою» струму, потому як насправді, − це миттєве значення струму». Символьно-літерне відношення i=Δq/Δt – визначає кількісний параметр величини: сили струму. Але діє струм чи значення? Зрозуміло, що струм, і у тексті слід вживати: діючий струм, амплітуда струму (напруги, ЕРС), але не «діюче значення», «величина струму», «амплітудне значення». Чи існує однофазний, фібріляційний, невідпускаючий, трифазний струм, «напруга змінного струму» (є змінна напруга), методичні можливості стенду НДЛС-1, розширення шкал приладів (розширюють межи вимірювань, а не шкалу)? Ні. Силовий трансформатор не є основним споживачем електрики: він звичайно має високий номінальний ККД. Йому не притаманний коефіцієнт потужності (КП). Дійсно, КП системи суттєво залежить не від властивостей трансформатора, а його навантаження та характеру останнього. В §1.2 стверджують, що існує джерело ЕРС, електричної енергії, але не джерело струму. Некоректне і визначення ЕРС джерела.

Визначення понять повинні бути вірними. Дефініція в ЛР №7, «Трифазного струму» як «сукупності трьох однофазних змінних струмів однакової частоти, які зсунуті один відносно одного на третину періоду, тобто 120⁰» є вкрай помилковою. Терміни «однофазний струм», «зсунення струмів» державні стандарти з Е не містять і використовувати їх в НЛ заборонено. Якщо трифазний приймач є несиметричним, а фази його мають різний характер, то зсув за фазою між фазними (лінійними) струмами не дорівнюватиме 120⁰. У відповідності з наведеною вище дефініцією струм у цьому випадку не буде трифазним. Трифазним є коло, але не струм. Струм кожної фази приймача, лінійних проводів є змінним періодичним, зокрема синусоїдним.

Не слід вживати застарілі терміни: нульовий, ключ, дросельна котушка, ланцюг, швидкість обертання, блок-схема (треба нейтральний, вимикач, дросель, коло, частота обертів), чи власно введені, що є некоректними: скласти схему «зірка трикутник» (складають коло, а схему креслять), полярність трансформатора, поляромір, рівнопотенціальні затискачі, електромотор (Гальвані 1737-98 рр. не міг його побудувати до зародження електротехніки) тощо.

Майбутньому вчителю ототожнювати схему з колом, елемент − з його параметром (резистор − з опором), розмірність − з одиницею виміру, розрахувати зсув фаз за допомогою осцилографа (можна виміряти за його допомогою) неприпустимо. Формула Томсона не визначає власну частоту коливань реального контуру (зарядів) з втратами. Остання залежить від усіх трьох величин, що характеризують його властивості, тобто R, L, C.

Схема, тобто графічна модель електричного кола, не може мати більше властивостей, ніж реальний пристрій. Тому §2.5 «Рекомендації щодо складання електричних схем» треба назвати «Рекомендації щодо складання електричного кола у відповідності з його схемою» (принциповою, монтажною, структурною). Ототожнення кола і схеми заведе студента у глухий кут. Схему складають, представляють для перевірки викладачу, відімкнують, вмикають, розбирають, прикладають напругу, увімкнують у неї відповідний параметр тощо. Вона містить реостати, для неї підбирають відповідні прилади і т.д. В НП класифікують наступні різновиди «схеми»: робоча, короткого замикання, спеціальна електронна, двохнапівперіодна, з пусковим конденсатором, для зняття зовнішньої характеристики, випробування амперметрів тощо. Схема має вітки, зокрема «в кожній вітці схеми необхідно передбачити хоча б одну перетинку (закоротку) для забезпечення можливості підключення амперметра».

Студент не складе досліджуване коло у відповідності зі схемою, оскільки вона не є принциповою чи повною. Те, що зображено на ній, відповідає лише досліджуваній пасивній ділянці і джерело, що живить її і звичайно входить до складу стенда НДЛС-1, є відсутнім на схемі. Зображення деяких елементів не відповідає загальноприйнятим і мають нестандартні позначення: одні й ті самі елементи (резистори, конденсатори) у межах одного рисунку мають різне графічне зображення. Елементи кола не містять поряд з умовним зображенням їх та вимірювальних приладів на схемі літерно-цифрових позначень. Це ускладнює розуміння сенсу роботи, виробку відповідних навичок креслення схем у студентів. Розміри схем досліджуваних кіл є невеликими. Студенту буде важко їх читати, особливо якщо є недоліки зору, а тим більше - розібратися.

Необхідне обладнання для кола і схеми повинні відповідати одне одному. Але схема рис. 9,7 не відповідає переліку обладнання. Термінологія тексту різних розділів опису ЛР повинна бути тотожною. Якщо характеристика холостого ходу (ХХ) генератора постійної напруги є залежність його ЕРС Е від струму збудження: Е=f(Iзб), то і в тексті виконання ЛР слід вживати саме ці терміни. В НП визначають напругу ХХ, будують обидві гілки (про них в основних положеннях ані слова) характеристики ХХ U =f(Iзб.) Із схеми рис.13.4 не витікає яким чином підтримують число обертів ротора генератора постійним.

Графіки виконані не у відповідності до вимог § 2.7, з графіка (рис.14.2) студент з достатньою точністю не зможе визначити ККД двигуна. Рисунки, схеми не містять підписів, їх подання інколи не відповідає меті ЛР. Так метою ЛР є вивчення будови амперметра, вольтметра, а на рис. 9.1 не виділені й не нумеровані основні їх елементи. Для повірки (складна метрологічна операція) індукційного лічильника енергії класу точності 2,0 (2,5) треба використовувати зразкові прилади, класу точності 0,5. Авометр Ц4352 для цього не придатний.

Усі розрахункові формули повинні бути наведені в ЛР. Недоцільно вимагати обчислити річний ККД силового трансформатора, коли формула для його визначення не приведена. В даних таблиць наводять лише по одній значущій цифрі, що свідчить про некоректність вимірювань. На векторних діаграмах не позначено, що напруги, струми є векторами. І саме головне, посібник не містить жодного прикладу оформлення роботи, і зокрема реальних графіків, що суттєво знижує його практичну цінність та ефективність. Деякі речення посібника містять більше 50 слів, що забагато для розуміння їх сенсу студентами.

КЗ повинні охоплювати усі етапи ЛР: підготовки, проведення дослідів, (вибір приладів вимірювання, встановлення межи їх вимірів, визначенню точності, з якою проводять виміри, обчислення і представляють проміжний, підсумковий числовий результати), виробки відповідних навичок тощо. Але КЗ НП присвячені розділу «ОТП», інших – практично немає. Так в ЛР №18 з 8-ми КЗ лише 2-а стосуються її виконанню; в ЛР №11 та 19 з 6-и та відповідно 8-ми КЗ – немає жодного. Відсутні КЗ, що спрямовані на майбутній фах, використання обчислювальної техніки, зокрема МК та ЕОМ. Нерідко КЗ стосуються матеріалу, якого немає у розділі ОТП, іноді їх формулюють невдало за змістом та стилем. Такими є КЗ до ЛР №19: «Що називається коефіцієнтом короткого замикання трансформатора?», «Які затискачі трансформатора називають однопотенційними?» і т.д. Недоречні КЗ, що не розглядаються в розділі «ОТП» ЛР: «Які умови паралельної роботи трифазного трансформатора?, «Як класифікують лічильники електричної енергії?» тощо.

Доцільно додатково ввести ЛР з дослідження таких нелінійних елементів, як напівпровідниковий діод, стабілітрон, світлодіод − приладів, що широко використовують у електроніці. З цією метою деякі ЛР доцільно об’єднати між собою чи взагалі викинути. Дійсно, зміст ЛР №1 і 12; 18 і 19 (однофазний і трифазний трансформатори), 15 і 16 (випробування однофазного і трифазного асинхронного двигуна), 9 та 10 (вивчення різних приладів виміру) є близькими.

Обсяг дослідницької і роботи з оформлення звіту деяких ЛР є значним. Алгоритм розділу «порядок виконання» містить мінімум −5, максимум − 17 кроків (у середньому − 10). Якщо на виконання одного кроку треба 5 хвилин, то експериментальна частина ЛР може зайняти 1,5 години і на інші не залишиться часу. Укластися у 2 чи 4 години, щоб виконати ЛР № 9, 19, неможливо. У ЛР № 19 за цей час студент не встигне провести численні виміри, розрахунки, побудує «графічні характеристики трансформатора», «векторні діаграми навантаженого трансформатора, режимів холостого ходу і короткого замикання». Тим більше, опис ЛР не містить алгоритму побудови векторних діаграм трансформатора, що поставить студента у скрутне становище при виконанні цих дій. В ЛР № 6 для 16 ємностей конденсатора слід виміряти струми 3-х віток і споживану колом потужність. Нехай, щоб встановити конденсатор іншої ємності, провести 4-и виміри, обчислити 6 параметрів, внести їх значення до табл. 6.2 треба 3 хв. Тоді, щоб її заповнити для 3-х режимів роботи трансформатора, необхідно більше 2 годин. У ЛР № 9 «Вивчення приладів електромагнітної і електродинамічної систем» за цей час студент не виробить навички у: 1.− вимірі змінних струмів і напруги; 2.− застосуванні шунтів і додаткових опорів; 3.− у розширенні межи вимірів за допомогою трансформаторів струму й напруги.

Перелік літератури не є структурованим і містить 22 джерела, жодне з яких не є базовим для майбутніх викладачів. Отож, він не може містити літературу інших начальних дисциплін, зокрема з ТОЕ, а також попередніх етапів навчання: технікумів, профтехучилищ. Більше половини джерел видана до 1980 року, з яких 5 джерел − до 1970 р. Педагоги 21 століття не повинні навчатися і набувати навичок на базі вкрай застарілої навчальної і технічної літератури.

Вище викладені основні моменти, що обумовили несистемний характер НП. Який розділ опису ЛР не взяти, всюди є некоректності, помилки, невідповідності, суперечність матеріалів між собою і з базовими стандартами з Е, що знижує дидактичну цінність НП і ефективність навчання майбутніх вчителів.

Висновки:

● НП [2] «Лабораторний практикум з електротехніки» відстав від вимог часу. Він не є системним документом, використовувати його в навчанні недоцільно;

● Створення комплексу НЛ з Е: П, НП з лабораторного, розрахункового практикуму, інших навчально-методичних матеріалів, які з позицій сучасної дидактики системно об’єднували їх в єдине ціле, є актуальним завданням для вітчизняної системи освіти і суттєво вплине на підвищення ефективності навчання.

Література: 1. Лямец В.И., Тевяшев А.Д. Системный анализ. Харьков, ХНУРЭ, 2004.-448с.; 2. Моїсєєв Л.М. Лабораторний практикум з електротехніки. Навч. посібник.-К.: ВД «Професіонал», 2005.-256с.; 3. Латинін Ю.М., Мілих В.І. Вітчизняний підручник з електротехніки: аналіз стану шляхи становлення. Електротехніка і електромеханіка. 2004, №4, С. 110-117