Вернуться на страницу <Методические разработки>
Содержание

Настоящее пособие отражает опыт работы сотрудников МГДТДиЮ, МИРЭА, школ и межшкольных учебных комбинатов по внедрению средств НИТ в непрерывный образовательный процесс. Оно ориентировано как на систему дополнительного образования (учебно-творческие коллективы в сфере НИТ, радиотехники, электроники и электротехники), так и на систему общего образования (компьютерная поддержка практикумов по физике, математике, информационным технологиям). Материалы пособия могут быть использованы для дистанционного образования, в т. ч. учащихся-инвалидов.

Учебный процесс на автоматизированном рабочем месте (АРМ) учащихся, включающем ПЭВМ и позволяющем использовать MathCAD и Electronics Workbench ставит качественно новую задачу использования элементов классической высшей математики при изучении соответствующих разделов физики и профориентационных дисциплин, углубляя знания основных законов физики и, кроме того, оказывая существенную поддержку в последующем образовательном процессе (вуз, техникум).

Предлагаемое учебное пособие по основам электротехники состоит из материалов творческих проектов выпускников средних школ ЗАО г. Москвы. Пособие может быть использовано для дистанционного обучения.

Курс объединяет содержание базового уровня "Информатики" с технологическими разделами "Основы электродинамики", "Основы электротехники", "Основы полупроводниковой электроники" и "Основы цифровой техники" и рассчитан на 2 года по 2 учебных часа теоретических и 2 часа практических занятий в неделю:

Технической базой курса являются 8 автоматизированных рабочих мест (АРМ) учащихся в составе двух ПЭВМ IBM PC и лабораторного стенда, позволяющего работать с физическими моделями изучаемых явлений в ручном и автоматизированном режимах измерений.

Основными программными средствами, без которых обычному старшекласснику невозможно твердо усвоить вышеперечисленный спектр знаний, являются профессиональные приложения, позволяющие в "естественном интерфейсе" работать с математическими моделями изучаемых явлений (MathCAD 6.0 PLUS фирмы MathSoft Inc., США) и электронными моделями (Electronics Workbench 5.12 фирмы Interactive Image Technologies Ltd., Канада).

Технология работы в указанных приложениях проста и очень нравится ребятам. Все дети, как показывает их "общение" с MathCAD, любят математику, а возможность проверять собственными расчетами показания приборов в электронной модели делает их интерес к электротехническим и электронным технологиям неподдельным и устойчивым. И, самое главное, учащийся получает "конечные", профессиональные знания и соответствующий язык. Это позволяет впоследствии безболезненно перейти к работе с вузовскими учебниками и профессиональной справочной литературой, так как, наряду с технической документацией пользователя приложений, эти источники и являются основными в курсе.

Кроме того, на их базе создаются учебные пособия по разделам курса, в текстах которых интенсивно используется интерфейс приложений, так что, кроме поддержки конспектов, они применяются и при непосредственной работе с компьютером как "нотные тетрадки". Часть их размещена на сервере фирмы Софтлайн, эксклюзивного дистрибьютора в РФ и СНГ известнейших математических приложений, в т. ч. MathCAD и Electronics Workbench (http://www.softline.ru).

Использование профессиональных приложений, как показывает опыт школы, открывает широкие перспективы для развития творчества учащихся. Ниже приведены материалы по моделированию электрических цепей из творческих проектов старшеклассников. Сами проекты участвуют в выставке 1999 г. "Информационные технологии в образовании" на ВВЦ. Уровень задач, решаемых средствами приложений, приближен к вузовскому, и постольку учебный процесс соответствует концепциям непрерывного и дополнительного образования. Наконец, документы, созданные в приложениях готовы к использованию в локальных сетях и Интернет, что содействут развитию системы дистанционного обучения.

Особо стоит выделить опыт создания школьного авторизованного учебного центра MathSoft как специфическую и эффективную форму профессионального образования на АРМ учащихся. Кроме того, высокий уровень детских работ позволяет организовать систему производительного труда учащихся.

По тематическим направлениям творческого проектирования создаются разновозрастные коллективы учащися старших классов и студентов-кураторов из профильных вузов.

Вместе с тем, применение именно профессиональных приложений создает ряд методических и методологических проблем, решая которые школа войдет в новое тысячелетие.

Например, доступность результатов применения высшей математики в MathCAD "провоцирует" потребность разъяснить смысл её основных понятий, ориентируясь на физические и геометрические аналогии в представлении детей. При этом самым благодарным путем оказывается обращение к классике математики - к Ньютону, например: "Площадь кривой есть непрестанно рождающееся количество, увеличивающееся непрерывной флюксией (производной, - И.Х.), пропорциональной ординате кривой" (Исаак Ньютон. Математические начала натуральной философии (1687 г.)). Здесь функция предстает триединым процессом движения вправо по оси абсцисс: за её ординатой, "управляемой" производной, нарастает площадь, формула изменения которой - неопределенный интеграл - и есть некий "итог" нарастания. "Разность итогов" - теорема Ньютона-Лейбница - очевидна для десятиклассника. Лошадь, всадник и путь - вот как ассоциируется живое понятие функции, и эта аналогия детьми принимается с удовольствием, хотя сам подход вызвал как положительные, так и резко отрицательные оценки у математиков-профессионалов, преподавателей вузов. В любом случае, по виду графиков степенных и гармонических функций десятиклассники легко "угадывают" формулы их производных и неопределенных интегралов, так что любая задача с применением аппарата математического анализа обязательно решается до применения MathCAD "вручную",- это принципиальный момент ("не очевидные" задачи в нашем курсе не рассматриваются). Например, найти решение системы линейных уравнений в MathCAD весьма легко. На практике же десятиклассники, получив в MathCAD решение системы и значения определителей для применения правил Крамера, находят значения определителей "вручную" методом разложения по элементам строки или столбца. Сам этот метод легко обнаруживается, в том числе с помощью символьного процессора MathCAD.

Далее, поскольку построение поверхностных графиков и создание декартовых графиков их сечений в MathCAD чрезвычайно просто, то не вызывает затруднений и нахождение частных производных, и понятие полного дифференциала.

Применение дифференцирования и интегрирования облегчает работу с основным законом электродинамики и его использованием в электротехнике. В этих же отраслях благодаря интегрированию облегчен расчет действующих значений переменных величин - средних квадратичных. Наконец, формула полного дифференциала относительно абсолютных погрешностей прямых измерений позволяет в MathCAD легко находить формулы абсолютной и относительной погрешностей косвенных измерений. Причем выявление влияния погрешности прямого измерения на итоговую погрешность вызывает у детей почти "детективный" интерес.

Оптимизм учителя, помноженный на интерес учащихся - вот "формула успеха" развития информационных технологий в школе.

Творческие проекты учащихся

• Ушакова Ольга 11 б класс школы № 1015 "Правила Кирхгофа для разветвленных цепей постоянного тока".
• Никифорова Любовь 11 а класс школы № 1006 "Моделирование электрических цепей синусоидального тока".
• Судакова Валентина 11 а класс школы № 1006 "Трёхфазные цепи".
• Щербакова Марина 11 а класс школы № 1006 "Расчет трехфазной цепи по схеме "треугольник".

Содержание
Вернуться на страницу <Методические разработки>