Введение
Современное строительство характеризуется широким применением электротехнического оборудования и систем автоматизации, обеспечивающих здания и сооружения энергоэффективными системами освещения и кондиционирования, интеллектуальными системами управления умными технологиями. Для комфортного жилья с «умным светом» и его автоматизированным управлением создаются разнообразные электротехнические комплексы, позволяющие дистанционно регулировать режим работы систем жизнеобеспечения в помещении [1]. Внедрение интеллектуальных приборов и систем учета электроэнергии является актуальным направлением для мониторинга энергопотребления в системах электроснабжения жилых и промышленных объектов [2]. Поэтому электротехнические дисциплины являются обязательными и профессионально-значимыми в системе подготовки будущего инженера-строителя в высших учебных заведениях.
Проблемой преподавания электротехнических дисциплин занимались многие ученые, которые внесли значительный вклад в развитие инженерного образования. Однако до настоящего времени не выявлены типовые профессиональные задачи инженера-строителя, выполняемые с применением электротехнических знаний, не разработаны методы их решения и необходимые дидактические средства для их формирования у обучаемых. Недостаточная разработанность проблемы явилась основанием формулировки цели исследования.
Цель исследования – состоит в выявлении профессиональных задач будущего инженера-строителя, выполняемых на основе электротехнических дисциплин и разработке стратегии формирования у студентов методов их решения при изучении курса «Электротехника и электроснабжение».
Материалы и методы исследования
Методологической основой исследования является применение закономерностей деятельностного подхода к процессу обучения будущих инженеров-строителей. Основа данной методологии состоит в том, что в программу подготовки специалиста должны быть включены типовые профессиональные задачи и виды деятельности, диктуемые требованиями профессии, специальности [3; 4]. Установление системы типовых профессиональных задач позволит разработать систему типовых умений специалиста данного профиля [5]. Педагогический принцип практической направленности обучения учащихся и разработанная концепция его реализации при изучении физики в школе и вузе также стали ориентиром для выявления типовых профессиональных задач инженера-строителя, решаемых с применением знаний электротехнических дисциплин и разработки профессионально ориентированных дидактических средств для обучения студентов [6, с. 29; 7, с. 26].
Для установления числа учебных часов, планируемых на изучение рассматриваемой дисциплины, были проанализированы учебные планы 10 российских вузов, осуществляющих подготовку инженеров-строителей за последние 15 лет (с 2009 по 2024 год).
Анализ проводился на основе изучения учебных планов, размещенных на официальных сайтах вузов. Данные собирались с учетом доступности архивных версий учебных планов. В большинстве вузов (НИУ МГСУ (Москва), КГАСУ (Казань), АГАСУ (Астрахань), ННГАСУ (Нижний Новгород), УрФУ (Екатеринбург), ТГАСУ (Томск), ДГТУ (Ростов-на-Дону), СибГУТИ (Новосибирск), СФУ (Красноярск)) объем часов, отводимых на изучение дисциплины «Электротехника и электроснабжение», в целом оставался стабильным. Диапазоны значений количества часов в пределах вуза не сильно менялись. Наиболее распространены диапазоны 108-144 и 144-180 часов.
Дидактические принципы единства теоретического и эмпирического знания, практической направленности подготовки студентов к профессиональной деятельности являются актуальными. Обновление методики преподавания электротехнических дисциплин начинается с 80-годов XX века. Появляются машинное и безмашинное программированное обучение. Комплектование лабораторных работ предлагается проводить по типу конструктора с обобщенными предписаниями алгоритмического типа по проведению эксперимента. Внедряются новые методики преподавания, основанные на применении компьютерных технологий, в которых, кроме программ моделирования электронных схем (Electronics Workbench, Multisim, Circuit Maker и др.), предлагается использовать компьютерный осциллограф PCS 100 и функциональный генератор PCG 10 совместно с программой Pc_Lab 2000 и набором сменных плат, содержащих реальные электрорадиоэлементы [8].
Исследователи предлагают различные способы совершенствования методики преподавания данных дисциплин: внедрение межпредметных связей через создание интегрированных электронных учебных комплексов курсов физики и электротехники [9]; применение цифровых технологий, основанных на моделировании, симуляции электрических процессов, происходящих в электротехнических системах [10]. Некоторые авторы в качестве эффективного инструмента, позволяющего изучать процессы, которые не могут быть воспроизведены в реальных экспериментах (например, короткое замыкание, пробои изоляции), используют метод моделирования [11]. Развитие метода моделирования приводит к идее «образовательной проектности» будущих инженеров, которая заключается в обучении студентов автоматизированному проектированию и виртуальному прототипированию инженерных систем [12]. Мультимедийные технологии в преподавании данной дисциплины позволяют объединять различные формы представления информации (графики, видео, 3D-модели) в единую цифровую среду для успешного взаимодействия с контентом [13].
Таким образом, поиск путей реформирования инженерного образования направлен на реализацию учебного процесса, обеспечивающего преобладание практической направленности обучения электротехническим дисциплинам, связанным с решением задач профессиональной деятельности [14].
Проведенный анализ существующих подходов к обучению электротехнике и электроснабжению позволяет констатировать отсутствие исследований по выявлению профессиональных задач инженера-строителя, решаемых с применением электротехнических знаний и методов их решения.
Результаты исследования и их обсуждение
Для выделения типовых профессиональных задач будущего инженера-строителя, решаемых с применением знаний электротехнических дисциплин, был осуществлен анализ 10 общепрофессиональных компетенций (ОПК) и 9 профессиональных компетенций (ПК) ФГОС ВО направления подготовки 08.03.01 Строительство, профиль «Инженерные системы жизнеобеспечения в строительстве». Освоение данных компетенций представлено индикаторами, разработанными государственными архитектурно-строительным и техническим университетами г. Астрахани (АГАСУ и АГТУ). Индикаторы включают знания, умения и навыки, которыми должны овладеть будущие инженеры-строители в период обучения в университете. Было проанализировано 140 индикаторов. Далее рассматривались Профессиональные стандарты, в которых описаны трудовые функции и квалификационные требования к специалистам.
В результате был получен перечень 42 профессиональных задач (видов деятельности), связанных с инженерными системами жизнеобеспечения зданий и сооружений. Приведем некоторые из них: 1) расчет характеристик процессов распределения, преобразования и использования электрической энергии в электрических цепях; 2) выбор ресурсов и технологий, содержащих данные об объекте профессиональной деятельности; 3) выявление несоответствия характеристик оборудования проектируемым; 4) разработка и оформление технической документации; 5) расчет основных параметров инженерных систем здания; 6) выбор оборудования с необходимыми значениями параметров; 7) планирование работ по проектированию инженерных систем жизнеобеспечения; 8) выбор материалов для конструкций, инженерных сетей; 9) определение базовых параметров теплового, светового режимов здания; 10) выполнение расчетного обоснования режима работы инженерной системы здания и многие другие.
Сравнивая конечные результаты решения полученных задач, можно выделить типовую профессиональную задачу, связанную с расчетом параметров систем жизнеобеспечения строительных объектов (задачи 1, 5, 9, 10 и другие). Аналогично можно выделить профессиональные задачи таких типов: «Планирование действий по правильной эксплуатации инженерных систем жизнеобеспечения» и «Выбор материалов, оборудования, конструкций для проектирования инженерных систем жизнеобеспечения в строительстве». Конкретизация этих формулировок с учетом применения электротехнических знаний для их решения позволила получить следующие типовые профессиональные задачи:
1. Расчет параметров электротехнических цепей, материалов, оборудования.
2. Выявление неисправностей в работе электротехнических цепей и планирование действий по их устранению.
3. Выбор электротехнического оборудования в соответствии с необходимыми параметрами.
Выделенные задачи и методы их решения должны стать целями обучения студентов при освоении электротехнических дисциплин. Образовательный процесс, обеспечивающий подготовку инженеров-строителей, включает изучение курсов физики, электротехники и электроснабжения, прикладных дисциплин по обеспечению строительных объектов жизненно важными коммуникациями, призванных подготовить обучающихся к решению реальных практических задач [15].
Критерии оценивания решения задач
|
Задачи первого типа |
Критерии оценивания |
Баллы |
|
Полнота и обоснованность исходных данных |
20 |
|
|
Обоснование допущений и физических ограничений |
20 |
|
|
Выбор расчётной модели и метода |
20 |
|
|
Выполнение расчетных действий с применением физических и электротехнических законов |
20 |
|
|
Построение эквивалентных схем и векторных диаграмм |
20 |
|
|
Максимальный балл |
100 |
|
|
Задачи второго типа |
Выявление визуальных признаков сбоя работы сети |
20 |
|
Установление возможной причины неисправностей |
40 |
|
|
Составление системы действий по устранению выявленных причин неисправностей |
40 |
|
|
Максимальный балл |
100 |
|
Источник: составлено авторами в ходе исследования.
Для проверки уровня сформированности умений решать практически значимые задачи был проведен педагогический эксперимент, в котором приняли участие 70 студентов 2 курса направления подготовки 08.03.01 Строительство, направленность (профиль) «Промышленное гражданское строительство», «Инженерные системы жизнеобеспечения», «Экспертиза управления недвижимостью», двух вузов г. Астрахани (Астраханский государственный технический университет, Астраханский государственный архитектурно-строительный университет). Дисциплина «Электротехника и электроснабжение» изучалась в четвертом семестре. После ее завершения студентам были предложены задания двух типов. На выполнение заданий отводилось два академических часа.
В заданиях первого типа предлагалось рассчитать конкретные электротехнические параметры цепей. В заданиях второго типа предлагалось указать систему действий по выявлению причин неисправностей и их устранения в конкретных реальных ситуациях. Приведем примеры заданий первого и второго типов.
Задания первого типа.
1. Розетки потребителей расположены на расстоянии 30 метров от ввода в квартиру. Напряжение на входе 220 В. Рассчитать сечение проводов, при котором подключение нагрузки 2 кВт не вызовет заметного изменения яркости свечения лампы накаливания (если напряжение упадёт на 20 В, то есть на 10%, то приблизительно на 20% упадёт яркость свечения лампы).
2. К однофазной цепи синусоидального тока напряжением Uном=220 В подключены потребители: однофазный трансформатор ОСМ-0,16, cos φ=0,8; однофазный асинхронный двигатель ДГ-2-0,14, Рном=140Вт, η=66%, cos φ=0,65; светильники 60 Вт, 2 штуки. Найти значение емкости конденсатора, необходимого для компенсации реактивной мощности. Нарисовать эквивалентную схему замещения.
3. Имеется трехфазная электрическая цепь со следующими параметрами: Uл =380 В; Ra =8 Ом; Rb =15 Ом; Rc =4 Ом; Хb =20 Ом; Хc = 3 Ом (схема).
Найти значения фазных и линейных токов, мощности каждой фазы и цепи в целом. Построить векторную диаграмму токов и напряжений. Соединение цепи по схеме звезда. Параметры схемы: Uл =380 В; Ra =8 Ом; Rb =15 Ом; Rc =4 Ом; Хb =20 Ом; Хc = 3 Ом.
Задания второго типа
В заданных ситуациях укажите возможные причины возникновения неисправностей и предложите систему действий по их устранению:
1. В жилом доме при включении мощной электрической плиты в кухне начинают мигать лампы освещения, а в некоторых розетках падает напряжение. Бытовая техника работает нестабильно, и некоторые приборы периодически выключаются.
2. В небольшом офисе при одновременной работе компьютеров и кондиционера наблюдается частое срабатывание автоматического выключателя в распределительном щите. При этом часть оборудования отключается, и сотрудники теряют доступ к важным устройствам.
3. В частном доме после установки нового насоса для водоснабжения жильцы заметили, что при его включении телевизор и холодильник начинают работать с перебоями, а лампы в доме мигают. При измерении напряжения выяснилось, что при запуске насоса напряжение в сети кратковременно падает до 180 В.
4. В многоэтажном жилом доме жители верхних этажей пожаловались на то, что циркуляционные насосы системы отопления часто выходят из строя, а температура батарей в квартирах заметно колеблется. Электрик при проверке обнаружил, что в момент включения насосов наблюдается просадка напряжения до 185 В, а в сети появились признаки перегрева кабелей, питающих распределительный щит теплового узла.
Критерии, по которым оценивались решения задач, представлены в таблице.
Анализ результатов первого задания показал, что семь студентов (10%) полностью решили предложенные задачи. 46 студентов (66%) получили до 80 баллов, так как не изобразили эквивалентные схемы и векторные диаграммы. Остальные студенты (17/24%) допустили ошибки, связанные с выполнением расчетов (рис. 1).
Проверка выполнения второго задания выявила две группы ответов студентов: первая – ответ отсутствует (13 студентов, или 19%), вторая группа (57 студентов, или 82%) установила возможные причины неисправностей, но не указала систему действий по их устранению (рис. 2).
Результаты проведенного эксперимента доказывают, что у студентов после изучения курса «Электротехника и электроснабжение» умения решать задачи с применением электротехнических знаний, необходимых для эксплуатации инженерных систем жизнеобеспечения, недостаточно сформированы.
Выделение типовых профессиональных задач, решаемых с применением электротехнических знаний – это лишь первый этап решения проблемы профессионально ориентированной подготовки будущих инженеров-строителей.
Рис. 1. Результаты выполнения первого задания Примечание: составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования
Рис. 2. Результаты выполнения студентами заданий Примечание: составлено авторами на основе полученных данных в ходе исследования
Заключение
В дальнейшем необходимо разработать методы решения этих задач в виде логической последовательности обобщенных действий, затем методику их формирования у студентов при изучении физики и электротехники. Дидактическими средствами методики обучения должны стать профессионально ориентированные задания с реальными электротехническими ситуациями, возникающими в практической деятельности строителей.
Проведенное исследование позволило выявить ряд важных аспектов, касающихся подготовки будущих инженеров-строителей. Полученные результаты показывают, что особое внимание необходимо уделять формированию у студентов умений решать профессиональные задачи, характерные именно для строительной сферы, используя знания в области электротехники. Конкретное выделение и детализированная постановка таких задач, а также формирование эффективной методики их решения играют ключевую роль в повышении уровня инженерной подготовки.
Данный подход подтвержден результатами проведенного педагогического эксперимента. Они свидетельствуют о том, что студенты, не прошедшие специально организованного обучения решению профессиональных задач, сталкиваются с существенными трудностями при выполнении практических заданий, связанных с расчётом электротехнических параметров и выявлением неисправностей оборудования. Этот факт подчеркивает необходимость включения в учебный процесс заданий, направленных на решение реальных проблемных ситуаций, возникающих в работе инженеров-строителей.
Дальнейшее совершенствование методики преподавания электротехнических дисциплин должно предусматривать разработку специальной системы задач и обобщенных методов их решения. Такая система будет способствовать глубокому усвоению студентами теории и предоставит возможность приобрести практические навыки, необходимые для уверенного применения полученных знаний в своей профессиональной деятельности.
Конфликт интересов
Финансирование
Библиографическая ссылка
Смирнов В. В., Стефанова Г. П., Тюлюпова С. С. ПРОБЛЕМА ПРОФЕССИОНАЛЬНО ОРИЕНТИРОВАННОЙ ПОДГОТОВКИ БУДУЩЕГО ИНЖЕНЕРА-СТРОИТЕЛЯ // Современные наукоемкие технологии. 2026. № 5. С. 255-261;URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=40802 (дата обращения: 01.06.2026).
DOI: https://doi.org/10.17513/snt.40802