Scientific journal

Modern high technologies

ISSN 1812-7320

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,940

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.