Научный журнал

Современные наукоемкие технологии

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Паюк Л.А. 1 Воронина Н.А. 1

---

1 ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский Томский политехнический университет»

Показана возможность формирования дисциплин и их содержания, исходя из принципа междисциплинарности, с использованием методов математического моделирования (МММ). Проведен анализ публикаций о компьютерных технологиях (КТ) с точки зрения их назначения при изложении технических дисциплин. Кроме того, приведены результаты анкетирования профессорско-преподавательского состава (ППС), нацеленные на выявление степени применения КТ и использования МММ при подготовке специалистов технического вуза. Показано, что использование методов математического моделирования является прекрасным инструментом для изложения всего спектра технических дисциплин, представленных в учебном плане, как при подготовке бакалавров, так и магистрантов. В результате были разработаны рекомендации для формирования учебных планов и содержания технических дисциплин, исходя из предложенного подхода формирования междисциплинарных связей.

Статья в формате PDF

0 KB

технические дисциплины

принцип междисциплинарности

подготовка специалистов

учебный процесс

методы математического моделирования

электронные образовательные ресурсы

1. Бельская Е.Я., Пономарчук Н.Р. Интерактивные методы обучения, на примере реализации программы академической и социальной адаптации первокурсников в Томском политехническом университете // Современные наукоемкие технологии. – 2016. – № 2(2). – С. 298–301.

2. Букреев В.Г. Математическое обеспечение адаптивных систем управления электромеханическими объектами, Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во ТПУ, 2006. – 132 с.

3. Бурулько Л.К. Математическое моделирование частотно-регулируемых электроприводов / Л.К. Бурулько, Л.А. Паюк // Известия Томского политехнического университета / ТПУ. – 2006. – Т. 309, № 2. – С. 200–203.

4. Бурулько Л.К. Математическое представление процессов в асинхронных электроприводах с автономными инверторами напряжения / Л.К. Бурулько, Н.А. Воронина (Казазаева) // Современные техника и технологии: X Юбилейная международная научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, посвященная 400-летию г. Томска, Томск, 29 марта – 2 апреля 2004 г. Труды / Томский политехнический университет. – 2004. – Т. 1. – С. 242–244.

5. Бурулько Л.К. Метод математического моделирования в учебном процессе // Уровневая подготовка специалистов: государственные и международные стандарты инженерного образования: сборник трудов научно-методической конференции, 26–30 марта 2013 г., Томск / Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ); ред. кол. А.И. Чучалин и др. – Томск: Изд-во ТПУ, 2013. – С. 94–95.

6. Бурулько Л.К. Программное обеспечение и самостоятельная работа студента / Л.К. Бурулько, Н.А. Воронина // Молодой ученый: ежемесячный научный журнал. – 2015. – № 12 (92). – С. 150–152.

7. Информационные технологии: Ежемесячный научно-технический и научно-производственный журнал // Международной академии информатизации. Центр информатизации Министерства Образования РФ. «Информатика» – М.: Машиностроение, 2003. – № 11. – 96 с.

8. Паюк Л.А. Междисциплинарные связи и интеграция в образовательном процессе / Л.А. Паюк, Л.К. Бурулько // Электромеханические преобразователи энергии: материалы VII Международной научно-технической конференции, 14–16 октября 2015 г., г. Томск / Российский фонд фундаментальных исследований (РФФИ); Томская область, Администрация; Национальный исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ). – Томск: Изд-во ТПУ, 2015. – С. 332–335.

9. Приложения к отчету о результатах самообследования Томского политехнического университета / Томский политехнический университет. – Томск: Изд-во ТПУ, 2005. – 647 с.

10. Проблемы инженерного образования: материалы региональной н.-п. конференции / Томский государственный архитектурно-строительный университет. – Томск: Изд-во ТГАСУ, 2002. – 107 с.

Сегодня система подготовки специалистов в техническом вузе претерпевает серьезные изменения, например: сокращение аудиторных часов (лекционных занятий), увеличение доли самостоятельной работы студентов, активное привлечение компьютерных технологий (КТ) (проведение семинаров и круглых столов с использованием системы Skype, вебинаров-консультаций и т.д.). Но при этом большое количество часов отведено на естественнонаучные дисциплины (особенно физике и высшей математике, на 1–2 курсах обучения), а также общеспециальные и специальные дисциплины (на 2–3 курсах обучения), которые в той или иной степени связаны между собой. Все дисциплины в учебном плане нацелены на то, что по истечению срока обучения (четырех- или шестилетнего периода) на выходе мы получаем специалиста в своей области. В связи с этим, актуальным является активное применение принципа междисциплинарности [5, 6, 8], который в последнее время является распространенным приемом в педагогике и позволяет на должном уровне решать проблему нехватки аудиторных часов и компактности представляемого материала. Поэтому необходимо построить учебный процесс таким образом, чтобы каждая дисциплина в учебном плане являлась фундаментом последующей, а связующим элементом была бы именно математика. Такие рассуждения не являются случайными, потому что ежегодные срезы остаточных знаний у студентов разных курсов показывают, что студенты владеют пройденным материалом в среднем: отлично 10 %, хорошо 40 %, удовлетворительно 40 %, неудовлетворительно 10 % [9].

Методы математического моделирования (МММ) используются при проектировании и расчете энергетических и электромеханических систем, выполнении индивидуальных заданий; решении задач, связанных с исследованием режимов работы систем и анализом протекающих при этом процессов; синтезе систем с требуемыми показателями качества и решении задач оптимизации и формировании законов управления системами [2, 3, 4]. Освоение МММ в настоящее время является необходимым элементом технической культуры и востребованности специалистов на рынке труда, важной частью их профессиональной подготовки и переподготовки. Современное использование МММ базируется на мощной вычислительной базе в виде ЭВМ и программного обеспечения, реализующей алгоритмы численного решения и является вычислительным экспериментом, рассматриваемым как новый теоретический способ исследования различных явлений и процессов.

Известно, что процесс обучения – есть системное изложение знаний, умений и навыков от преподавателя к ученику. А система подразумевает под собой строгую иерархию, четкую последовательность изложения и усвоения знаний. Оптимальным способом передачи знаний является опыт самого студента, который он накопил за всё время обучения в стенах вуза, а оптимальным решением – использование МММ при изложении технических дисциплин.

Изложение таких дисциплин, как системы управления электроприводами, электрооборудование промышленных предприятий, следящий электропривод и многих других, имеет ряд особенностей, не принять которые во внимание, значит, потерять изюминку. А современные КТ, привлеченные в учебный процесс, позволяют сохранить её, при условии, что их изложение будет построено на принципе междисциплинарности.

КТ в учебном процессе применяются для проведения лекций, лабораторных работ, практических занятий, но они основаны на традиционных принципах дидактики [7]. Для того чтобы определить уровень их использования, был проведен анализ публикаций о данных технологиях с точки зрения их назначения при изложении технических дисциплин с 2014 по 2015 год (рис. 1).

Как видно из диаграммы (рис. 1), наибольший объем публикаций касается математического и имитационного моделирования (до 38 %) [2, 10]. С одной стороны, это как нельзя лучше показывает, что данные методы широко применяются при исследовании различных технических объектов и процессов, но с другой стороны, разработанные универсальные прикладные пакеты типа MathCad, MathLab, Evrica, MicroCap, pSpice и других выполняют только роль инструмента. На второе место можно отнести публикации, посвященные электронным учебно-методическим комплексам по техническим дисциплинам, которые составляют 22 % [7]. На третьем – контролирующие и тестирующие программы (15 %) [1, 7], которые существенно разгружают преподавателей от части рутинной работы. Тренажерные программные средства упоминаются не так часто – всего 7 % [7]. Серверные и информационные технологии применяются сравнительно редко, объем публикаций по этому направлению не превышает 10 % [7]. Данные системы способны хранить большие объемы разнообразного материала и обеспечивать к ним быстрый доступ.

Рис. 1. Анализ публикаций за 2014–2015 гг.: Прикл. Прогр. Моделирования – прикладные программы для математического и имитационного моделирования, Конт. Мат. – контролирующие и тестирующие программы, Тренажёры – тренажерные программные средства, Серв. Инф. Технол. – серверные и информационные технологии, ЭУ – электронные учебники, ЭУМК – электронные учебно-методические комплексы, ЭОС – экспертные обучающие системы, ИОС – интеллектуальные обучающие системы

В 2015 году на различных кафедрах Энергетического института (ЭНИН) при Национальном исследовательском Томском политехническом университете (НИТПУ) был проведен опрос ППС, который состоял из двух анкет: № 1 «Уровень использования электронных образовательных ресурсов (ЭОР) в учебном процессе» и № 2 «Использование метода математического моделирования при изучении технических дисциплин и подготовке учебного материала».

На рис. 2–4 представлены трехмерные гистограммы по результатам анкетирования ППС, которые отображают: уровень использования прикладных программ, программных продуктов, электронных образовательных ресурсов и применение МММ для изложения технических дисциплин, а также подготовке компетентных специалистов по направлению «Электроэнергетика и электротехника».

Анализ результатов анкетирования ППС ЭНИН (таблица) показал, что абсолютно все (100 %) доктора технических наук поддержали идею выявления междисциплинарных связей с помощью МММ при изложении технических дисциплин и подготовке высококвалифицированных специалистов технического вуза.

Выявлена особенность применения МММ при изложении технических дисциплин, а именно: кандидаты технических наук имеют наименьший уровень их использования (15,4 %), а наибольший – доктора технических наук (33,3 %), объясняется данный факт только тем, что сегодня в высших учебных заведениях наблюдается тенденция омоложения профессорского состава.

Среди электронных обучающих технологий наиболее востребованными стали прикладные программы 100 % среди ассистентов и 66,3 % – докторов технических наук, ЭУ и ЭУМК применяются наравне с тренажерными программами в среднем около 30 % по всем группам опрошенных респондентов.

Рис. 2. Применение прикладных программ и программных продуктов для изучения технических систем

Рис. 3. Электронные образовательные ресурсы, применяемые в преподавательской деятельности

Рис. 4. Использование методов математического моделирования при подготовке учебного материала

Анализ результатов анкетирования ППС ЭНИН ТПУ за 2015 г.

Часто используемым оказался прикладной программный продукт Matlab с приложением Simulink до 66,7 % (доктора технических наук), а наименее востребованным – ELCUT, всего 5 %. Это не умаляет достоинств программы ELCUT, просто, задачи, которые он решает, имеют более высокий порядок сложности (полевые задачи, многомерные задачи и т.д.), а лидер опроса – более доступен и прост в решении технических задач.

Все ППС, принявшие участие в анкетировании, отмечают важность применения МММ для анализа и синтеза новых знаний от 25 % (ассистенты) до 66,66 % (доктора технических наук), общая тенденция отражает следующее с увеличением опыта в данном вопросе необходимость применения такого подхода увеличивается.

Выявлен высокий процент респондентов (от 75 %) согласившихся с возможностью подготовки высококвалифицированных бакалавров по направлению «Электроэнергетика и электротехника» на основе выявления междисциплинарных связей и усиленной математической и естественно-научной подготовки с сохранением индивидуальных особенностей студента.

Рис. 5. Модель подготовки к профессиональной деятельности бакалавров по направлению «Электроэнергетика и электротехника»

На основе вышеизложенного была предложена модель (рис. 5) личностно-ориентированной подготовки бакалавров по направлению «Электроэнергетика и электротехника» ЭНИН ТПУ, которая позволяет учесть особенности личности при её формировании как специалиста технического профиля, способного решать и ставить задачи различной степени сложности.

Данная модель (рис. 5) отражает путь формирования высококвалифицированного бакалавра технической направленности, с применением МММ и компьютерных технологий. Она включает в себя следующие основные элементы: цель подготовки, задачи, педагогические условия реализации, подходы и формы обучения, а также устанавливает связь между дисциплинами в учебном плане, формируя в итоге специалиста, готового к выполнению различных технических задач.

Проведенный анализ полученных данных позволяет сделать следующие выводы:

1. При большом количестве публикаций, посвященных вопросам моделирования, не отражено использование методов математического моделирования в процессе обучения техническим дисциплинам. Поэтому необходимо при наличии современных компьютерных технологий и методов математического моделирования улучшить процесс преподавания технических дисциплин.

2. Несмотря на широкое применение профессорско-преподавательским составом прикладных программных продуктов при подготовке материалов для технических дисциплин, редко используют межпредметные связи, в связи с тем, что не имеют представление, как именно это сделать.

3. Необходимо повышать компьютерную грамотность как студентов, так и преподавателей, но при этом не забывать о фундаментальности изложения технических дисциплин.

4. Необходимо внедрять методы математического моделирования как способ выявления межпредметных связей при изложении технической дисциплины, взятый за основу при подготовке компетентных специалистов в техническом вузе.

5. При разработке методических материалов необходимо учитывать, что подготовка бакалавров ведется на основе комплексно-компетентностного, деятельностного и личностно-ориентированных подходов.

Библиографическая ссылка