Zastosowanie komputerów w nauczaniu elektrycznych

Zespół Szkół Mechanicznych Elektrycznych i Elektronicznych
mgr inŜ. Michał Strom
Zastosowanie komputerów w nauczaniu elektrycznych
przedmiotów zawodowych
Komputer doskonale nadaje się do wspomagania pracy nauczyciela nie zaleŜnie od przedmiotu, którego naucza. W nauczaniu przedmiotów zawodowych zastosowanie
komputera jest szczególnie uŜyteczne. Umiejętność posługiwania się komputerem stała
się obecnie koniecznością a coraz szerszy dostęp do róŜnorodnego oprogramowania (poprzez Internet czy programy typu freeware oraz shareware) stwarza moŜliwość łatwego i
skutecznego wyboru najwłaściwszych narzędzi do realizacji zadań postawionych przed
nauczycielem przedmiotów zawodowych. Nie oznacza to oczywiście, Ŝe komputer powinien wyprzeć inne środki dydaktyczne. Wprost przeciwnie, stosowanie komputerów powinno być staranne wywaŜone. Ich stosowanie powinno się ograniczać do tych zajęć,
gdzie naprawdę jest to konieczne i przynosić będzie zamierzony efekt. Innymi słowy komputer powinien uzupełniać takie środki dydaktyczne jak działające urządzenia, ich modele,
plansze itp. Sprzęt komputerowy nadaje się do opracowywania pewnych typów lekcji i zajęć pozalekcyjnych.
Zastosowanie i umiejętne wykorzystanie komputerów w procesie nauczania
przedmiotów zawodowych daje następujące korzyści:
• UmoŜliwia symulację zjawisk trudnych lub niemoŜliwych do zaobserwowania;
• Daje moŜliwość szybkiego otrzymania wyników obliczeń (często bardzo prostych, ale
pracochłonnych ze względu na konieczność wykonywania duŜej ilości prostych działań);
• Stwarza moŜliwość zaobserwowania efektów doświadczeń, które przeprowadzone
na rzeczywistym obiekcie prowadziłyby do jego zniszczenia lub stanowiłyby zagroŜenie dla wykonującego;
• Zachęca do samodzielnej pracy i eksperymentowania przez coraz większą ilość
uczniów posiadających komputery;
• Pozwala na efektywne wykorzystanie czasu lekcji;
• Daje moŜliwość indywidualizowania zadań dla uczniów w zaleŜności od ich uzdolnień;
• Kształtuje prawidłowe umiejętności i nawyki rozwiązywania zadań technicznych przy
pomocy komputera.
Elektrotechnika jest dziedziną, która szczególnie łatwo pozwala wprowadzić
sprzęt komputerowy, do jej nauczania. Na podstawie swoich doświadczeń w pracy z komputerem mogę stwierdzić, Ŝe lekcje elektrotechniki z wykorzystaniem komputera są lepiej
odbierane przez uczniów. Komputer stosowany do prowadzenia lekcji lepiej angaŜuje
uczniów do pracy. Dzięki temu ich aktywność w wyciąganiu wniosków jest o wiele większa. Prowadzi to w efekcie do lepszego zrozumienia zjawisk dotyczących elektrotechniki
oraz do lepszego zapamiętania istotnych faktów.
Stosowanie nowoczesnych środków przekazu takich jak telewizja czy komputer
ma równieŜ swoją "ciemną stronę". OtóŜ jak twierdzi prasa przeciętny uczeń powyŜej 16
roku Ŝycia spędza średnio przed szklanym ekranem około 3 godzin 45 minut, co daje tygodniowo około 26 godzin. Rekordziści natomiast potrafią się wpatrywać nawet i 50 godzin
tygodniowo. ZagroŜenia, jakie z tego wynikają są między innymi takie:
mgr inŜ. Michał Strom - Zastosowanie komputerów w nauczaniu elektrycznych przedmiotów zawodowych
2
•
Nasycenie informacją płynącą z ekranu powoduje niechęć lub niemoŜliwość przyjmowania informacji z innych źródeł zwłaszcza, jeśli nie są one konkurencyjne (wymagające wysiłku, myślenia lub przypominania sobie pewnych faktów) ;
• Wpatrywanie się w ekran pozbawia uczestnictwa w tworzeniu programu;
• Ograniczenie kontaktu z otoczeniem, rówieśnikami, brak manipulacji przedmiotami
zmniejszają bardzo znacznie zakres psychicznych spostrzeŜeń, co z kolei prowadzi
do braku umiejętności formułowania pojęć;
• Narastająca apatia wynikająca z monotonii bodźców płynących z ekranu i z faktu
przebywania zbyt długo w jednym pomieszczeniu.
Nie są to jedyne zagroŜenia wynikające z uŜywania komputera, ale opracowanie to ma na celu wskazanie moŜliwości uzyskane z jego zastosowania, więc nie będę tu
się nimi zajmował. Stawiając korzyści przeciw zagroŜeniom wynikającym z uŜytkowania
komputera moŜna dojść do wniosku, Ŝe umiejętne jego wykorzystanie prowadzi na pewno
do sporo szybszego i łatwiejszego osiągnięcia celu stawianego nauczycielowi, jakim jest
skuteczne nauczanie.
Jednym ze sposobów aktywizacji ucznia jest zainteresowanie jego moŜliwością
samodzielnej pracy z komputerem. Jest to zadanie dość trudne z uwagi na to, Ŝe obecnie
większość młodych ludzi uwaŜa, Ŝe komputer i informatyka to tylko gry, chat i jeszcze kilka
innych zastosowań znajdujących się po "ciemnej" stronie informatyki. Na pewno jest to
mgr inŜ. Michał Strom - Zastosowanie komputerów w nauczaniu elektrycznych przedmiotów zawodowych
3
droga łatwiejsza, ale nie jedyna. Osobiście uwaŜam, Ŝe jest to dla ludzi, ale trzeba stosować z umiarem.
Twórcza praca z komputerem niewątpliwie naleŜy do "jasnej" strony informatyki.
Tutaj droga jest na pewno trudniejsza. Wymaga pewnych umiejętności przede wszystkim
myślenia. Poza tym trzeba mieć pewne motywacje i cel do osiągnięcia. Takim celem moŜe
być szybsze, łatwiejsze i efektywniejsze uczenie się, innych niŜ informatyka, przedmiotów.
Korzystanie z Internetu w celu wyszukiwania informacji typu katalogowego, mimo Ŝe równieŜ przydatne, nie w pełni rozwiązuje problem.
Przedmioty zawodowe takie jak między innymi maszyny elektryczne, elektroenergetyka są dziedzinami wiedzy, dla których niestety jest mało gotowych programów
umoŜliwiających wykorzystanie komputera na lekcjach. JeŜeli juŜ jakiś program się znajdzie, to często okazuje się, Ŝe jest to produkt niezbyt nadający się do wykorzystania na
zajęciach, chociaŜby ze względu na nadmierne rozbudowanie lub zbyt wąską specjalizację. Często próbę uŜycia takiego programu moŜna porównać do strzelania z armaty do
wróbla.
Do wykorzystania na lekcjach najlepiej nadają się krótkie programy, nawet takie, które pozwalają rozwiązać jedno zadanie.
W tym opracowaniu chciałbym zaprezentować kilka programów komputerowych. Te prezentowane programy i kilka innych uŜywałem w czasie lekcji jako pomoce
dydaktyczne. Są to bardzo róŜne programy od napisanych przeze mnie po programy napi-
mgr inŜ. Michał Strom - Zastosowanie komputerów w nauczaniu elektrycznych przedmiotów zawodowych
4
sane przez uczniów jako prace z przygotowania zawodowego. Te programy, to między innymi: "Silniki prądu stałego", "Pole magnetyczne wirujące", "Transformatory", "Generatory
synchroniczne", "Harmoniczne", "Układy trójfazowe" i "Prawa elektrotechniki". Ich uniwersalność jest z załoŜenia ograniczona do zastosowania przy realizacji kilku tematów dotyczących poszczególnych tematów z maszyn elektrycznych i elektrotechniki. WaŜną zaletą
jest to, Ŝe są to programy stosunkowo nieduŜe (mieszczą się często na jednej dyskietce),
nie wymagają instalacji i nie mają praktycznie Ŝadnych wymagań sprzętowych. Trzecia
grupa programów to programy bardzo proste słuŜące do przeprowadzenia jednej lekcji.
UŜyteczność tych programów jest mimo to bardzo duŜa ze względu na to, Ŝe zawierają
materiał, który jest zgodny z programem nauczania, są łatwo dostępne i nie mają praktycznie Ŝadnych wymagań sprzętowych. Dodatkową zaletą tych programów jest to, Ŝe piszący je uczniowie niejednokrotnie po raz pierwszy zetknęli się z programowaniem, dzięki
czemu wzrosło ich zainteresowanie informatyką. Poza tym zgłębili swą wiedzę dotyczącą
dziedziny wiedzy, której dotyczą te programy, czyli odpowiednie działy elektrotechniki.
Programy tworzone przez uczniów
Pierwsza grupa programów to krótkie programy pisane przez uczniów na podstawie zadań rozwiązywanych w klasie na zajęciach z poszczególnych przedmiotów. Do
ich napisania wystarcza nawet kilkanaście minut, pod warunkiem, Ŝe pisze go uczeń znający odpowiedni język programowania i w co najmniej dobrym stopniu opanował przerabiany na lekcjach materiał dotyczący opracowanego zagadnienia. Te programy najczęściej
są pisane w PASCAL - u, C++, rzadziej w Quick BASIC - u.
Pierwszy z programów to program obliczający parametry schematu zastępczego transformatora. Pozwala on na szybkie obliczanie i porównanie tych parametrów dla
róŜnych transformatorów. Oczywiście jedno zadanie na ten temat musi być rozwiązane na
tablicy i musi być dokładnie omówione. Kolejny program to obliczanie napięć i prądów
transformatora. W tym przypadku naleŜy podać do obliczeń takie dane jak parametry
schematu zastępczego transformatora oraz napięcie zasilania. W wyniku otrzymujemy poszczególne prądy transformatora jak: prąd pierwotny, wtórny i jałowy oraz napięcie na odbiorniku.
Po dopisaniu kilku linii kodu moŜna obliczyć równieŜ inne parametry jak: spadki
napięć, straty mocy, współczynnik mocy i inne. WaŜną cechą powyŜszych programów jest
to, Ŝe moŜna szybko powtórzyć obliczenia dla innych danych, podczas gdy liczenie na tablicy lub w zeszycie byłoby dość pracochłonne, mimo, Ŝe same obliczenia są proste. W
tym przypadku uzyskane wyniki moŜna gromadzić np. w tabeli narysowanej na tablicy i na
ich podstawie narysować charakterystyki. Celowo tutaj nie uŜyto trybu graficznego, który
pozwoliłby uczynić to na ekranie komputera, ze względu na efekt edukacyjny. KaŜdy z
mgr inŜ. Michał Strom - Zastosowanie komputerów w nauczaniu elektrycznych przedmiotów zawodowych
5
uczniów w tym przypadku powinien sam narysować w zeszycie odpowiedni wykres na
podstawie zgromadzonych danych.
Trzeci program z grupy prostych programów pisanych przez uczniów to "Prawa
elektrotechniki". Został on napisany w środowisku programistycznym DELPHI. Program
ten w bardzo prosty sposób pozwala na sprawdzenie takich praw jak Prawo Ohma, Prawa
Kirchhoffa itp. Podstawową zaletą tego programu jest to, Ŝe moŜna tu szybko i sprawnie
nauczyć i sprawdzić te prawa bez uŜycia rzeczywistych obiektów, (więc w sposób bezpieczny). Tą metodę prezentacji praw elektrotechniki moŜna zastosować na zajęciach poprzedzających ćwiczenia praktyczne na pracowni. W najbliŜszym czasie zamierzam rozszerzyć moŜliwości tego programu poprzez dodanie większej ilości układów elektrycznych.
Będzie to prawdopodobnie jeden z tematów prac dyplomowych. Wykorzystanie środowiska DELPHI podniosło znakomicie uŜyteczność programu i przyczyniło się do zwiększenia
jego atrakcyjności dzięki komponentom graficznym. Ostatni program w tej grupie to "Obliczanie parametrów pracy generatora synchronicznego". W tym wypadku równieŜ zrezygnowałem z moŜliwości rysowania charakterystyk na rzecz samodzielnego ich rysowania
przez uczniów na podstawie zanotowanych wyników.
Bardziej złoŜone programy
Ta grupa programów jest i była pisana przeze mnie i przez uczniów najstarszych klas jako prace dyplomowe. Programy te z załoŜenia są przeznaczone do wykorzystania na zajęciach z przedmiotów zawodowych. Uniwersalność ich jest zdecydowanie
większa niŜ programów z poprzedniej grupy, jednak w dalszym ciągu nie mają być programami profesjonalnymi. Wymagają one od piszącego o wiele większej wiedzy nie tylko
zawodowej, ale równieŜ informatycznej. ZłoŜoność tych programów jest tak wywaŜona,
aby nie dawać wszystkiego.
Tutaj jest równieŜ wymagane myślenie i wyciąganie wniosków. Tutaj chciałbym
zaprezentować: takie programy jak: "Silniki prądu stałego", "Pole magnetyczne wirujące",
"Transformatory", "Generatory synchroniczne", "Charakterystyki silników indukcyjnych",
"Harmoniczne" oraz "Układy trójfazowe". Programy prezentowane w tej grupie pozwalają
na wykonanie wszystkich obliczeń związanych z określoną grupą maszyn elektrycznych
oraz rysują ich charakterystyki i wykresy wskazowe. Ze względu na złoŜoność tych programów konieczne jest przeprowadzenie kilku lekcji wprowadzających do prezentowanych
przez te programy zagadnień. Na pewno nie moŜna ich wykorzystać ich na pierwszych
lekcjach. Potrzebna jest tu juŜ znajomość pewnych zagadnień i podstaw teoretycznych.
Programy te równieŜ naleŜą do grupy jedno-dyskietkowej. Dzięki temu moŜna je
bardzo łatwo przenosić na inne komputery w innych pracowniach. Wymagania ich są
oczywiście większe, wymagają one systemu operacyjnego WINDOWS 95 lub wyŜszy.
mgr inŜ. Michał Strom - Zastosowanie komputerów w nauczaniu elektrycznych przedmiotów zawodowych
6
Rozwój bazy komputerowej jest jednak na tyle wysoki, Ŝe nie stanowi to praktycznie Ŝadnego problemu.
Dzięki zastosowaniu środowiska programistycznego typu VISUAL, obsługa
wszystkich prezentowanych tutaj programów jest bardzo prosta i intuicyjna.
Polega ona na wpisywaniu do okienek edycyjnych prawidłowych wartości (np.
wartości znamionowe napięć, prądów itp.), wyborze niektórych wartości z kilku moŜliwych,
które są dostępne (np. liczba faz), wyborze jednej z kilku opcji przy pomocy komponentu
Check lub ustawieniu suwaka Scroll w odpowiedniej pozycji.
ZłoŜoność tych programów jest juŜ na tyle duŜa, Ŝe pozwala zabezpieczyć się
od wpisania w ogóle nierealnych wielkości (np. ujemna częstotliwość lub cosinus (fi) większy od 1)
Jedynym problemem jest tutaj odpowiedź na pytanie: po co to wszystko?. Odpowiedź na nie jest prosta: są to programy edukacyjne, dzięki którym na zajęciach zostają
lepiej omówione, wyjaśnione i poparte obliczeniami zagadnienia, których te programy dotyczą.
mgr inŜ. Michał Strom
nauczyciel przedmiotów zawodowych
w ZSMEiE w Toruniu