Элементы современной методики преподавания специальных дисциплин

Элементы современной методики преподавания специальных
дисциплин
Автор: Жанабекова Ж.Ы. преподаватель спецдисциплин Талдыкорганского
колледжа промышленной индустрии и новых технологии
Современные условия интенсивно развивающегося общества выдвигают
повышенные требования к качеству подготовки специалистов в высших учебных
заведениях. Она, на наш взгляд, определяется тремя составляющими, а именно,
накопленным объемом знаний, выработанными профессиональными навыками и,
наконец, способностью системно излагать, имеющиеся в литературе разрозненные
сведения. В этих трех взаимосвязанных направлениях может осуществляться
совершенствование учебного процесса. Рассмотрим их последовательно
применительно к преподаванию светотехнических дисциплин, подкрепляя
отдельными примерами.
Представление числовых данных. Технические дисциплины отличаются тем, что
при их изложении приходится обращаться к терминологическому и
иллюстративному материалу различного уровня, начиная от формул, схем, рисунков
до графиков и баз данных.
При формировании знаний важное значение имеет корректное и системное,
междисциплинарное доведение необходимых данных до студента. Например, на
занятиях обычно нередко приводят числовые данные с достаточно высокой
точностью, представляя их с большим числом значащих цифр, особенно, после
запятой, однако такой подход ведет к усложнению восприятия и анализа этих
числовых данных.
Продемонстрируем это на примере статистической обработки экспериментальных
данных. Следует отметить, что результаты статической обработки
экспериментальных данных в учебной и научной литературе, к которой приходится
обращаться студентам технических специальностей, приводятся с различной
точностью, которая нередко коррелируют с абсолютными значениями
среднеарифметического числа.
Значения ошибки средней и стандартного отклонения обычно приводят с
количеством значащих цифр от 1 до 5. Причем такое ошибочное их представление
имеет место не только в процессе преподавания, но и в ведущих журналах, в трудах
ведущих ВУЗов страны. Это встречается даже в примерах, приводимых авторами
учебников по статистике и метрологии, которые, казалось бы, должны быть
образцовыми с точки зрения представления результатов вычисления.
Представление стандартного отклонения средне-арифметического значения с одной
стороны только с одной значащей цифрой ведет к ошибке определения
достоверности различия между результатами двух выборок, а с тремя значащими
цифрами является избыточным, так как точность его определения в этом случае
оказывается ниже точности его представления за счет собственной погрешности
статистического метода, определяемой объемом выборки.
По этой причине даже при объеме выборки или кратности анализа, равном 50,
вполне можно ограничиться представлением стандартного отклонения или ошибки
средней двумя значащими цифрами, в том числе при сотых или тысячных значениях
а, например в виде 0,013; 0,13; 1,3; 13.
При представлении средних значений в учебном процессе вполне достаточно
приводить первые три значащие цифры, заменяя последующие цифры (при их
наличии) значащими нулями. Это необходимо осуществлять исходя из допускаемой
погрешности определения показателя, поскольку в противном случае при
вычислении студенты зачастую нацеливаются на сам процесс арифметических
действий, что отвлекает их от понимания самого физического процесса изучаемых
явлений.
Согласно вычислениям, проведенным в, световой поток получен равным 55255,8 лм.
Данное значение в соответствии с метрологическим требованием следовало
представить не более 5 значащими цифрами. Поскольку погрешность методики
вычисления составляет не менее 1%, то вполне правомерно величину светового
потока в учебных и даже научных целях дополнительно округлить и представить ее
значение в виде Ф = 55300 лм.
Как правило, при представлении о или ошибки средней авторы очень многих работ
или лекторы последний значащий нуль в числах после запятой (0,3; 0,01) не
приводят. Это является типовой ошибкой представления результатов
статистической обработки.
Анализ литературы показывает, что отсутствие дисциплины «Методы
математической статистики» при подготовке технических специалистов и
недостаточная подготовка по процедуре представления данных в процессе обучения
в ВУЗе сказывается в последующем на протяжении всего периода деятельности
инженеров, исследователей и даже редакторов научных журналов.
Характер представления формул.
При изложении учебного материала нередко приводиться сложные формулы, в
которых целый ряд показателей представляют с подиндексами. Показатели обычно
состоят из одного буквенного обозначения и одного подиндекса, за счет чего
невозможно сразу понять их физический смысл. В силу этого студент зачастую
производит вычисления по формулам без осмысления проводимых действий, что
является существенным препятствием освоению учебного материала. Во избежание
этого представляется целесообразным обозначать параметры, входящие в формулу,
таким образом, чтобы вносилась ясность и в смысловое назначение используемых
обозначений.
Продемонстрируем это на примере формулы для определения светового потока
светильника.
Представление данных в таблицах. В таблицах статистически обработанные данные
должны быть представлены таким образом, чтобы студент без дополнительных
вычислений мог оперативно получить обстоятельную информацию о результатах
проведенных исследований. Для этих целей в таблицах следует средние
арифметические ошибки или стандартные отклонения приводить в относительных
величинах, записывая данные в виде М ± /Cv, %.
Кроме того, при сравнении средних значений контрольных и опытных выборок
целесообразно приводить разницу между средними значениями, выражая ее в
процентах. Следует избегать представления данных с необеспеченной точностью,
когда точность представления на 2-4 порядка выше точности измерения.
Разночтение терминов и показателей. В процессе ознакомления со светотехнической
литературой выявляется много терминов, воспринимаемых неоднозначно. Обратим
внимание лишь на некоторые.
1. Прежде всего, остановимся на понятии «КПД светильника». В соответствии с
физическим представлением многие завершенные изделия, аппараты и системы
характеризуются коэффициентом полезного действия. Внутри системы применять
понятие КПД для отдельных узлов, как это принято в светотехнике,
нецелесообразно. Особенно недопустимо коэффициент полезного действия
оптической системы приписывать всей системе, что осуществляется в светотехнике
по отношению к светильникам на протяжении более полувека как в отечественной,
так и зарубежной литературе.
На сегодня предложены два способа определения КПД светильника. Первый способ
заключается в умножении двух коэффициентов - коэффициента передачи светового
потока источника и коэффициента передачи активной мощности в светильник .
Второй, не апробированный способ основан на дополнительном учете третьего
коэффициента - коэффициента преобразования электрической энергии в световую .
Автор второго способа без его апробации предлагает выражать КПД светильника ни
как произведение четырех коэффициентов передачи энергий, а как произведение
значений КПД четырех систем. Данный способ физически правомерен лишь с
позиции учета трех коэффициентов, однако в [4] заведомо он не предложен,
поскольку учет третьего коэффициента ведет к снижению информативности КПД и
разночтению его значений.
Ранее принятая в литературе и каталогах терминология была бы допустимой, если
бы в рассматриваемый показатель приводили в виде записи «световой КПД
светильника». Однако подобный термин нам встретился лишь единственный раз в
учебном пособии проф. В.В.Трембача (1972).
2. В начале второй половины XX века был введен термин «световые приборы»
фактически взамен термина «осветительные установки», что нашло отражение в
ГОСТ 16703-79. Несмотря на это, последний термин продолжает широко
применяться в литературе.
В связи с этим в работе проведены методические разработки и предложена
приближенная классификация осветительных устройств.
3. Ранее В.В. Мешковым (1972) было введено понятие качественных и
количественных признаков для характеристики света. Такая специфическая
классификация в светотехнике, вопреки существующим классическим понятиям,
ведет к ошибочной интерпретации излагаемой в литературе информации, поскольку
так называемые «качественные» характеристики являются в общепринятом
представлении - количественными.
Некоторые рекомендации лекторам
1. Числовые данные и результаты вычислений следует приводить с учетом
погрешности измерений.
2. Для повышения скорости усвоения лекционного и практического материала
необходимо в формулах подиндексы представлять с небольшим раскрытием
смыслового их содержания.
3. В учебном процессе следует избегать применения терминов и выражений,
являющихся потенциальными источниками разночтения.
4. Данные в таблицах следует приводить с дополнительной их предварительной
обработкой.
Использованная литература
1. Тукшаитов Р.Х. Основы динамической метрологии и анализа результатов
статистической обработки. Казань: Мастер Лайн, 2001. 278 с.
2. Тукшаитов Р.Х. Основы представления результатов статистической обработки на
графиках, диаграммах и в таблицах. Казань: КГЭУ, 2006. 227 с.
3. Козловская В.Б. Электрическое освещение: справочник/ В.Б.Козловская,
В.Н.Радкевич, В.Н.Сацукевич. 2-е изд. Минск: Техноперспектива, 2008. 271 с.
4. Тукшаитов Р.Х. Разработка новой методики определения КПД осветительных
приборов // Р.Х.Тукшаитов, Р.Р.Шириев, В.Р.Сайфутдинова, Н.В.Писклова.
Проблемы энергетики. 2009. № 11-12. С. 104-109.
5. Трофимов Ю. Как занять место под светодиодным солнцем? Постулаты развития
светодиодной техники // Современная светотехника, 2010. № 1. С. 14-17.
6. Нуруллин Р.Г. Системный подход к преподаванию дисциплины «Вопросы
экологии и безопасности в светотехнике» II Вестник Казанского государственного
энергетического университета, 2010. № 2(5). С.156-161.