Применение мультимедийных технологий в учебном процессе высшей школы

Для обеспечения современного уровня производства требуются квалифицированные

кадры, способные быстро адаптироваться к условиям производства, умело использовать полученные знания [3; 5].

Одной из важных задач совершенствования профессиональной подготовки студентов является введение в образовательный процесс новых компьютерных технологий, которые обеспечили бы высокую профессиональную подготовку будущего специалиста, позволяющую ему хорошо ориентироваться во всех направлениях своей деятельности. Выпускники вузов, владеющие мультимедийными компьютерными технологиями, специализированными пакетами программ, навыками программирования, в первую очередь востребованы работодателями.

Достоинства и недостатки мультимедийных технологий

Современные государственные образовательные стандарты высшего образования предусматривают уменьшение числа аудиторных часов на изучение и освоение учебной дисциплины. Очевидно, что детально изложить весь объем учебного материала в отведенное расписанием время невозможно, в связи с этим в настоящее время происходит активное внедрение в учебный процесс вуза мультимедийных учебных пособий, которые наряду с учебным телевидением и видео, содержат два информационных потока: звуковой и визуальный. Оба потока взаимо-

действуют и дополняют друг друга, что позволяет обучаемому более качественно усвоить материал.

Важно найти рациональное сочетание традиционных и компьютерно-ориентированных методических подходов. Из нашего опыта следует, что традиционные методы обучения должны составлять около 80 % времени изучения дисциплины, остальные 20 % предлагаются студентам для самостоятельного изучения во внеаудиторное время. Преподаватель может изложить материал мультимедийного учебного пособия и в аудиторное время, но очень кратко, останавливаясь лишь на некоторых основных моментах. Примечательно, что при помощи средств мультимедиа можно разрабатывать как лекционные, так и практические занятия.

К недостаткам этой технологии обучения можно отнести психологический барьер, возникающий из-за того, что такой

.

способ обучения сначала непривы Кроме того, необходимо иметь высокопроизводительный компьютер и уметь уверенно на нем работать.

Применение учебных фильмов в преподавании

В данной статье нами предлагается один из способов решения проблемы нехватки времени для изложения всего учебного материала на примере преподавания общепрофессиональной дисциплины «Теоретические основы электротехники» студентам электротехнических направлений. В этой дисциплине многие темы, вопросы и понятия являются базовыми при изучении электротехники. Они требуют большего времени при изложении на лекции и хороших знаний физики и математики обучаемыми. Примером может служить закон электромагнитной индукции и связанные с ним различные явления в электрических цепях.

Если предложить студентам изложение наиболее объемных вопросов в форме видеолекции на экране домашнего компьютера уменьши го на зан эле

чной лекции в аудитории, то можно объем материала, предоставляемо-тии. Например, изложение закона нитной индукции осуществлялось е трех видеоуроков формата mp4 с

ьностью 15-20 мин. каждый и весом б. Ниже на рисунках 1-3 приведены не-оторые кадры из этих видеоуроков.

Рис. 1

говение ЭДС и разделения зарядов в [емся в магнитном поле проводнике можно ь, используя понятие силы Лоренца (см. рис ). На электрический заряд q, движущийся со

скоростью v в магнитном поле индукции В, действует сила F=q[vB], Если поле равномерное, то F = qvB sina, где а — угол между направлением движения заряда и направлением магнитного поля (на рис. 2 угол a = 90° ). Здесь сила Лоренца определена при

Рис. 2

отсутствии электрического поля.

Если проводник при своем перемещении движется так, что имеет составляющую скорости, перпендикулярную силовым линиям магнитного

поля, то на заряды, входящие молекул этого проводника, направленные вдоль этого

в состав атомов и

действуют проводника.

отрицательные заряды силы действуют в

сторону, на Вследствие свободных конце его

силы, На одну

положительные - в противоположную, большой способности к перемещению электронов в проводнике на одном образуется избыток, на другом -

недостаток электронов (т. е. положительный заряд).

Р и с . 1 Индуктирование ЭДС. Сила Лоренца

Рис. 1

Посмотрите на рис. 1. Направление

тока i в стрелки, правилом создает

контуре - значит, в буравчика магнитный

против часовой соответствии с ток контура

ei.- ЭДС самоидукции I - ток контура

направленный возрастает, т. соответствии самоиндукции направлена

вверх.

е. di/dt

поток Если

> О,

С формулой (1) eL отрицательна,

ток то в ЭДС т. е.

против возрастающего

тока. \

Эта ЭДС создает в контурД ток самоидукции, направленнь *'1^же , как ЭДС, т. е. против тока контур^С/

>ш поток, главному .Значит,

Индуктированный ток создаст свой магн

’энные

Рис . 2 ЭДС самоин

Ин связа

dyKi te ^Гтуры

Здесь w, и w2 — числа витков контуров. Если поток взаимоиндукции совпадает с направлением потока самоиндукции, создаваемым током контура (согласное включение), то в выражениях (1) и (2) ставят знак плюс, если не совпадает (встречное включение) - знак минус.

Полное потокосцепление второго контура равно *₂= *₂(Ф₂ ±ф_1Н )-ч^ ±>р_1М

который будет направлен магнитному потоку Ф и буде/ если ток в контуре возрастает ЭДС и ток, будут уменьшать его.

На рисунке изображено только по одной силовой линии каждого потока, потоками поперечных сторон контуров пренебрегаем. Магнитный поток первого контура равен Ф, = Фц^*™.

Магнитный поток Ф2. создаваемый током i2, равен Ф2 = Ф22+ Ф2М.

Полное потокосцепление первого контура равно Ч'1=«1(Ф1 ±Ф?и)жж, ±ж2М (1)

На

рисунке показаны («звездочками») одноименные зажимы контуров,

которыми понимают относительно которых,

такие зажимы, при одинаковом магнитные потоки самоиндукции и

направлении

. под токов

взаимоиндукции в

каждом контуре направлены согласно, т. е. складываются.

Рис . 3 Индуктивно связанные контуры. Взаимоиндукция

В качестве другого примера можно указать учебный видеофильм, посвященный одному из самых сложных методов анализа электрических цепей синусо- идального тока – методу комплексных амплитуд (символическому методу). Некоторые кадры из этого фильма представлены на рисунках 4 и 5.

Символическое изображение

нт времени t равно напряжений

Топограф1ической диаграммой называется такая векторная диаграмма, в которой на диаграмме поел ед о вате?льности

Рис. 7. Схема электрической цепи строго элементов соответствует цепи. Диаграмма каждый следующий предыдущего, причем, вектор строится из конца последовательность векторов

Рис. 4. Вращающийся вектор тока.

Мы знаем, что синусоидальные функции можно изображать векторами, а векторыможно изображать ко м плексным и чи с л ам и. С л едо вате льно, любую синусоидальную величину можно обозначить комплексным числом.

Пусть дана синусоидальная функция тока i = lm*sin(wt1 ip).

Изобразим ее вращаю Условимся обозначать виде комплексного наверху. Тогда к<у начальный момек

то кто ром (см. рис. 4). идальную величину i в же буквой, но с точкой :сйое число вектора тока в ни можно записать

или для действующего значения

Комплексное число, изображающе

рамма синусоидального тока

ам ма на।пря жен

строится для каждого контура.

Рассмотрим топографическую диаграмму напряжений на рис.8. Прежде чем ее рисовать, нужно отметить

Рис.

Векторная диаграмма токов топографическая диаграмма напряжений.

цифрами или буквами точки разного потенциала на схеме рис. 7. Принимаем потенциал точки 1 равным нулю и размещаем ее в начале координат рис. 8. Потенциал точки 2 будет больше, чем в точке 1, на величину напряжения на катушке XL3, потому что ток направлен от точки 2 к точке 1, т. е. от большего потенциала к меньшему. Действующее значение напряжения на катушке U21 = l3*XL3 = 6'10 = 60 В. Выбираем масштаб для напряжений Ми - 10 В/см. Из точки 1 строим вектор длиной 6 см так. чтобы он опережал вектор тока катушки 13 на 90 градусов, т. к. напряжение на катушке всегда опережает ее ток на 90 градусов. В конце вектора ставим точку 2.

Рис. 5 Построение топографической диаграммы напряжений

Как видно из вышеприведенных кадров, изложение материала сопровождается текстом и рисунками. При этом голос преподавателя звучит синхронно с показом кадров, что достаточно доступно имитирует лекцию в аудитории. В тексте и рисунках применяется анимация, что облегчает усвоение материала. Опираясь на знания, полученные из указанных видеоуроков, далее на лекциях можно говорить об особенностях расчета электрических цепей с учетом этих явлений и методов.

Основными требованиями к таким обучающим видеофильмам являются глубина и доступность излагаемого материала, четкость отображения рисунков и текста на видеокадрах, хорошая дикция преподавателя, применение анимации, с помощью которой подчеркиваются отдельные моменты изложения, рисунки, формулы. Отдельный видеоурок не должен быть слишком длительным и занимать на диске много места. Он может быть опубликован в Интернете, размещен на диске или на съемном носителе информации. Воспроизведение видеоурока осуществляется обычным видеопроигрывателем, нап мер, Windows Media. В компьютер до быть загружены программы K-Lite

Ранее нами уже был описан ный опыт применения совреме

тимедийных технологий учения студентов вуза [1-5]. В настоящее вре ен- муль-ссе об-

применяются в обр 10 учебных видеоф разделам электро ротех зработа льном процессе по различным

ники. Одни посвя-

щены методам расчета электрических цепей постоянного или переменного тока, другие - устройству и принципу действия электрических машин. С некоторыми из разработанных и опубликованных нами учебных видеофильмов можно ознакомиться в Интернете ru/users/nekrasovanr/view/9/; http://youtu. be/5dOPEGPBUDk).

Следует отметить, что создание профессиональных мультимедийных обучающих видеоматериалов требует от преподавателя знаний компьютерных технологий, связанных с текстовыми и графическими редакторами, с программой для создания презентаций Power Point, с видеоредактором Camtasia Studio и др.

Заключение

На кафедре теоретической и общей электротехники Мордовского государственного университета им. Н. П. Огарева в течение последних двух лет при преподавании электротехники используются мультимедийные учебные фильмы, которые выдаются студентам для личного пользования либо размещены в открытом доступе в Интернете. Практика показала, что их применение в учебном процессе помогает лучше усвоить знания, успешнее подготовиться к зачетам и экзаменам; повышает активность и внимание студентов, сокращает время освоения излагаемого материала, что способствует приобретению новых аний и умений по дисципл имедий ние иде

оцесс внедрения нологий в вузовское лишком активно. В свя- ультетском и вузовском вления обучением должны ыть поставлены вопросы повышения квалификации и переподготовки преподавательских кадров в области компьютерных технологий, закупки лицензионных программных продуктов, обеспечения компьютерными классами, оплаты работы преподавателей и студентов в глобальных и локальных сетях. И, не сомневаемся, в скором времени эти действия дадут положительные результаты, ведь в последние годы возрос спрос на выпускников, владеющих не только основами компьютерной грамотности, но и умением применять различное программное обеспечение в практической деятельности. Такие специалисты наиболее востребованы в процессе трудоустройства.