МОДУЛЬ СОПРОВОЖДЕНИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО РАЗДЕЛУ «МЕТОДЫ АНАЛИЗ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА»

Арванова Мария Мусабиевна

старший преподаватель кафедры Информатики и технологий программирования,

Кабардино-Балкарского государственного университета,

РФ, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик

E-mail: maryfiu@mail.ru

Арванова Саният Мухамедовна

ассистент кафедры Информационной безопасности,

Кабардино-Балкарского государственного университета,

РФ, Кабардино-Балкарская Республика, г. Нальчик

E-mail: 

MODULE OF MAINTENANCE OF INDEPENDENT WORK OF STUDENTS ON THE SECTION “METHODS ANALYSIS OF CHAINS OF THE DIRECT CURRENT”

Mariya Arvanova

teacher of department of Informatics and technologies of programming,

Kabardino-Balkarian State University,

Russia, Kabardino-Balkarian Republic, Nalchik

Saniyat Arvanova

assistant of department of information security, Kabardino-Balkarian State University,

Russia, Kabardino-Balkarian Republic, Nalchik

АННОТАЦИЯ

Для самостоятельного освоения раздела «Методы анализа электрических цепей постоянного тока» был разработан модуль сопровождения самостоятельной работы студентов в среде MS VS 2013.

ABSTRACT

The module of maintenance of independent work of students was developed for independent development of the section “Methods of the Analysis of Electric Chains of a Direct Current”, in the environment of MS VS 2013.

Ключевые слова: компетентностный подход; электрические цепи; постоянный ток; методы анализа.

Keywords: competence-based approach; electric chains; direct current; analysis methods.

Цель исследования: Характерной особенностью различных систем образования на современном этапе является интенсивный переход на компетентностную модель подготовки. Кроме того, в условиях глобализации выявилась тенденция к интеграции систем образования. Эти направления получили отражение в формировании Европейского пространства высшего образования (Болонский процесс), в рамках которого многие страны осуществляют модернизацию национальных систем с целью оптимальной гармонизации образовательной деятельности. Изменение требований к качеству подготовки студентов привело к необходимости перехода от субъект-объектных отношений к объект-объектным, при которых заметно возрастает роль самостоятельной работы студентов. Имеющееся учебно-методическое сопровождение не учитывает в достаточной степени индивидуальных особенностей и уровня исходной подготовки студентов. При изучении дисциплины «Электротехника и электроника», относящейся к циклу общепрофессиональных дисциплин, авторы сами убедились в определенной сложности применения теории к анализу конкретных схем. Это и послужило основой для разработки пособия по разделу цепей постоянного тока, которое позволяло бы даже при слабой исходной подготовке по физике и математике, но при желании освоить соответствующий раздел, получить приемлемые результаты. Сильная взаимосвязь отдельных модулей упомянутой дисциплины показала, что целесообразно такое пособие разработать прежде всего применительно к цепям постоянного тока.

Результаты исследования: Структура электронной версии пособия включает теоретическую часть, в которую включены иллюстрационные примеры применения следующих методов анализа: 1) непосредственного применения законов Кирхгофа; 2) контурных токов; 3) узловых потенциалов; 4) эквивалентного генератора.

Хотя метод непосредственного применения законов Кирхгофа не имеет на практике широкого применения, его усвоение важно для уяснения остальных методов, которые считают основными в расчетной практике. Более того, для самих законов Кирхгофа показано обобщение в сфере их использования. В частности, отмечено, что первый закон Кирхгофа действует не только применительно к узлу электрической цепи, но и к любому контуру, охватывающему часть электрической цепи [1, c. 20]. Изложение методов анализа не ограничено описанием последовательности процедур реализации соответствующего метода и иллюстрацией на конкретных примерах, но включает и обоснование выбора предпочтительного метода по тем или иным критериям. Степень усвоения теоретических положений при работе с пособием пользователь может проверить, выполнив тестовые задания по каждому методу. Содержание и количество тестов подобрано так, чтобы при успешном результате можно было считать подготовленность на уровне не только понимания, но и умения применять знания для выполнения типовых заданий. После изучения теоретической части и успешного результата тестирования студент получает задание на выполнение расчета трех­ контурной цепи (здесь речь идет об автономных, т. е. не пересекающихся контурах). Обобщенная схема трехконтурной цепи содержит шесть ветвей, в каждой из которых источник ЭДС последовательно соединен с цепочкой параллельно включенных резистивного элемента и источника тока. Числовые значения резисторов, источников ЭДС и источников тока могут изменяться в широких пределах. Выбор конкретных значений определяет генератор случайных чисел (при заданном диапазоне значения параметров). Кроме того, можно (тоже стохастически) изменить полярность подключения источников энергии в схеме. Указанные возможности позволяют формировать индивидуальные задания без повторения вариантов в автоматическом режиме. При этом каждый вариант трехконтурной цепи содержит шесть резисторов и три источника энергии: либо один источник ЭДС и два источника тока, либо два источника ЭДС и один источник тока. Следует отметить, что для каждого варианта один из автономных контуров включает только резистивные элементы. Такая структура позволяет ввести в задание требование эквивалентного преобразования «треугольник-звезда», чтобы трансформировать расчетную схему с четырьмя узлами в схему с двумя узлами. Упомянутое преобразование предусмотрено для этапа расчета по методу узловых потенциалов. При выполнении задания в части использования метода контурных токов и метода эквивалентного генератора студент работает с расчетной схемой. Но для последнего из упомянутых методов тоже требуются дополнительные преобразования расчетной схемы при определении напряжения холостого хода и входного сопротивления. В результате анализа различными методами одной и той же схемы пользователь получает возможность сравнить итоговые данные, сопоставить и оценить полученные различия (это в пределах допустимой погрешности расчетов, либо допущены ошибки в применении метода).

На любом этапе по запросу студент может получить помощь в виде иллюстративного примера по интересующему его методу (вызывающему затруднения в применении к анализируемой схеме). Если помощь не требуется, то можно переходить к анализу расчетной схемы следующим методом. Кроме сопоставления результатов расчета для различных методов задания в пособии предусматривается контроль правильности анализа проверкой выполнения баланса мощностей по итогам анализа методом контурных токов. Проверка выполнения энергетического баланса (баланса мощностей) электрических цепей прежде всего представляет интерес как частный случай реализации одного из фундаментальных законов – закона сохранения энергии. Но это одновременно и эффективный способ контроля достоверности результатов анализа используемых методов расчета электрической цепи. Если при оперировании с числовыми значениями при решении варианта задания выполнены вычисления с учетом четырех знаков в дробной части, то различие генерируемой мощности и потребляемой, оцениваемое по относительной погрешности, не превысит десятых долей процента (показатель, приемлемый для многих инженерных расчетов электрических цепей). Для всех методов анализа, которые предусмотрены в расчетной части задания, алгоритм автоматизированного решения реализован на в среде MS VS 2013 [2, c. 8]. Доступ к этой части программы имеет только преподаватель. А студент по своему варианту задания может ввести конечные результаты и по конкретному методу получить информацию о достоверности (или недостоверности) этих результатов. Пособие предоставляет возможность изучать теорию методов анализа в удобном для пользователя темпе, либо (если студент уже имеет соответствующую подготовку) непосредственно перейти к этапу тестирования с последующим получением индивидуального задания. Значительное количество примеров облегчает формирование навыков применения методов анализа к решению конкретных задач. Существенно также и формирование умения не только определить методы анализа, пригодные для конкретной электрической цепи, но и обосновать выбор наиболее приемлемого метода в этом случае.

Выводы: Активное освоение основных методов анализа цепи постоянного тока позволяет в последующем применять эти же методы и для анализа цепей переменного тока (после освоения способов оперирования с комплексными величинами в так называемом «символическом» методе анализа). Совокупность указанных особенностей пособия позволяет рекомендовать его в состав учебно-методического сопровождения по специальностям и направлениям, в которых предусмотрено изучение методов анализа электрических цепей постоянного тока.

Список литературы:

1. Иванов И.И. Электротехника и основы электроники / И.И. Иванов, Г.И. Соловьев, В.Я. Фролов – учебник, 7-е изд., перераб. и доп. – СПб.: Издательство «Лань», 2012. – 736 с.
2. Сафонов В.И. Возможности Visual Studio 2013 и их использование для облачных вычислений / В.И. Сафонов – учебник – М.: Издательство НОУ Интуит, 2016. – 379 с.