Актуальные вопросы разработки и использования электронных изданий и ресурсов в обучении электротехнике и электронике в вузе

А. Л. Марченко 

 
 
 

АКТУАЛЬНЫЕ

 

ВОПРОСЫ

 

РАЗРАБОТКИ И
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ ИЗДАНИЙ И
РЕСУРСОВ В ОБУЧЕНИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ И
ЭЛЕКТРОНИКЕ

 

В

 

ВУЗЕ

 

МОНОГРАФИЯ

Москва 2023 

Издание рекомендовано в качестве учебного пособия 
для студентов технических вузов

2-е издание, электронное

УДК 621.375.132
ББК 32.846. 6
М32

Р е ц е н з е н т: 
доктор технических наук, профессор А. Е. Краснопольский (МИСиС)

М32
Марченко, Алексей Лукич.

Актуальные вопросы разработки и использования электронных изданий 
и ресурсов в обучении электротехнике и электронике в вузе : монография / 
А. Л. Марченко. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 273 с. — Москва : ДМК Пресс, 
2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; 
экран 10". — Текст : электронный.

ISBN 978-5-89818-466-7
В монографии проанализированы тенденции использования информационно-коммуникационных технологий в образовании и требования к созданию электронных изданий 
и ресурсов. Особое внимание уделено компьютерному моделированию объектов и процессов в обучении электротехнике и электронике по программам неэлектротехнических 
профилей подготовки бакалавров и инженеров. Технология компьютерного моделирования рассматривается как системный метод создания, исследования и использования компьютерных моделей в обучении, в то время как технология компьютерного тестирования — как один из способов оценки уровня учебных достижений студентов.
Приведено описание учебно-методического комплекса по электротехнике, разработанного автором совместно со студентами в рамках проектной деятельности и используемого в учебном процессе «МАТИ» — РГТУ имени К. Э. Циолковского.
Файлы, содержащие учебно-методический комплекс по электротехнике, можно найти на сайте издательства.
Для преподавателей, научных работников, программистов, студентов, занимающихся 
разработкой и использованием средств информационных технологий в образовании.

УДК 621.375.132 
ББК 32.846. 6

Электронное издание на основе печатного издания: Актуальные вопросы разработки и использования электронных изданий и ресурсов в обучении электротехнике и электронике в вузе : монография / А. Л. Марченко. — Москва : ДМК Пресс, 2010. — 272 с. — ISBN 978-5-94074-453-5. — Текст : 
непосредственный.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами защиты 
авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

ISBN 978-5-89818-466-7
© Марченко А. Л., 2010
©  Оформление, ДМК Пресс, 2010 
Представлено в авторской редакции

 
СОДЕРЖАНИЕ 

Введение  …………………………………………….………………………  5 

Глава 1. СОВРЕМЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СРЕДА                    
В ОБЛАСТИ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ  ………………..  9 
1.1. Введение в действие новых образовательных стандартов                 
в России ...............................................................................................  9  
1.2. Стандарты и технологии в электронном образовании  .………..  27  
1.3. Проблемы разработки систем управления электронным                
образованием  …………………………………………….………..  32 
1.4. Некоторые особенности применения технологии  электронного 
обучения …………………………… ……………………………...  36 
1.5. Платформы для построения системы управления                         
электронным образованием  …………………………….…….….  45  
1.6. Содержание электронных изданий и ресурсов  ………..….……  52 
1.7. Технологии контроля качества образования и учебных 
достижений студентов  …………………………………………… 57 
       Выводы по главе 1 ..……………………………………………..… 81 

Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ В ОБУЧЕНИИ ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ     
И ЭЛЕКТРОНИКЕ КАК СРЕДСТВО РАЗВИТИЯ                  
ОБРАЗНОГО МЫШЛЕНИЯ  ….…………………...….………  84 
2.1. Применение Web-технологий в обучении электротехнике                       
и электронике в вузах  .…………………………..………….........   84 
2.2. Компьютерное моделирование как метод решения задачи            
анализа электрических цепей …………………..……….……......  91 
2.3. Проектное обучение как личностно-развивающее обучение ...  117    
       Выводы по главе 2  ………………………………….…………… 126 

Глава 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РЕАЛИЗАЦИЯ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ... 128  
3.1. Структура учебно-методического комплекса по 
 электротехнике  ……………………………………………….… 128 
3.2. Компоненты учебного процесса, включенные в УМК  
по электротехнике  …………………………………….…..….…. 132 
3.3. Лабораторные работы  …………………………………...….…..  145 
3.4. Курсовые работы …………………………………………....…… 169 
3.5. Тесты (тестовая система УТИС) …………………………....…... 219 
3.6. Апробация и внедрение в учебный процесс   

        УМК по электротехнике  ………………...……...………….…...  233 
      Выводы по главе 3  ………………………..……………………..  236  

Содержание 

 

4

Заключение  …………….………..……………………….………….…..   237 
Приложение 1. Глоссарий (электротехника)  .…………………………   240 
Приложение 2. Глоссарий (электроника)   ..……………………………  255 
Список литературы   ………….…...……………………………….……  263 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
Интенсификация образования как одна из современных тенденций 
развития образовательной системы предполагает совершенствование обучения на основе компетентностного подхода, при котором студент не вообще получает образование, а достигает некоторого уровня общепрофессиональных и общекультурных компетентностей в определенной сфере деятельности, отвечающих потребностям рынка труда и запросам потребителя. Эффективность процесса интенсификации образования определяется 
оптимальным сочетанием традиционных и новых форм и средств обучения. При этом новые информационные технологии, несомненно, становятся эффективным инструментом получения, закрепления и применения 
знаний, позволяют достичь высокого качества обучения. 
В связи с присоединением России к Болонскому процессу, основной 
целью которого является формирование в Европе единого образовательного пространства, во многих технических вузах, сохраняя все известные 
дидактические принципы обучения, опробуются новые подходы к преподаванию электротехники и электроники, внедряются новые формы и методы обучения и организации учебного процесса, создаются вузовские интегрированные информационные среды [5, 68, 76] и ведётся подготовка к 
широкому внедрению модульных технологий построения образовательных 
программ и модульной организации учебного процесса на основе предметных учебно-методических комплексов (предметных УМК).  
Идея использования предметных УМК в учебном процессе была выдвинута в конце 80-х − начале 90-х годов ХХ века в работах В. П. Беспалько, В. М. Монахова, Ю. Г. Татура, В. Л. Шатуновского и других исследователей. На основе компьютерных технологий приверженцы информационного обеспечения учебного процесса Ю. Е. Бабичев [10], Л. Х. Зайнутдинова [70], Э. В. Кузнецов [169], А. В. Кузин [168], В. Л. Шатуновский [62] 
и ряд других исследователей разработали образовательные электронные 
ресурсы по отдельным разделам и видам занятий по общепрофессиональной дисциплине "Электротехника и электроника".  
На рынке и в информационных системах Минобрнауки РФ [75, 93, 
172-175] имеется немало мультимедийных электронных продуктов (учебных пособий, тренажёров, лабораторных практикумов, пакетов тестовых 
заданий и т. п.), которые при надлежащем использовании могут стать хорошим подспорьем в преподавании электротехнических дисциплин.  
Особый интерес вызывает новый подход в обучении – вовлечение 
студентов в разработку электронных изданий и ресурсов [80, 123, 146], целью которого является конкретизация полученных знаний, развитие учебно-исследовательской деятельности студентов в смежных предметных областях и мотивации к познавательной деятельности. Такое взаимодействие 

Введение 
 
66 

студентов и преподавателей является одной из форм реализации основных 
направлений информатизации образования: переход от репродуктивных 
форм учебной деятельности к самостоятельным, поиско-исследовательским видам работ, переноса акцента на аналитический компонент учебной 
деятельности, развитие умений работы с различными видами информации 
и её источниками.  
Известно, что исследование − это универсальный метод познания действительности, который способствует развитию личности в современном 
динамически изменяющемся информационном обществе, переходящем в 
инновационную фазу своего развития, в мире, в котором сильно ускоряется процесс появления новых знаний, постоянно возникает потребность в 
новых профессиях, в непрерывном повышении квалификации. Использование компьютера и программных сред моделирования электронных устройств как инструментов учебной деятельности даёт возможность переосмыслить традиционный подход к изучению электротехнических дисциплин, усилить экспериментальный и исследовательский компоненты деятельности студентов, приблизить процесс обучения к реальному процессу 
познания, основанному на технологии моделирования. 
Компьютерное моделирование является действенным методом формирования и развития пространственного воображения и продуктивного мышления будущего специалиста (бакалавра, инженера, магистра). Под моделью в широком смысле будем понимать мысленно или практически созданную структуру, воспроизводящую часть действительности в упрощенной и наглядной форме. Модель выступает как некоторая идеализация действительности, хотя характер и степень упрощения, вносимые моделью, 
могут изменяться со временем.  
Моделями в курсе "Электротехника и электроника" являются эквивалентные схемы замещения электрической цепи и её элементы: генераторы, 
индуктивные катушки, конденсаторы, трансформаторы, электрические машины, электронные приборы и устройства. 
Под компьютерной моделью будем понимать: 
• условный образ объекта (системы объектов), описанный компьютерными средствами и отображающий структуру элементов объекта и взаимосвязи между ними; 
• программу, позволяющую с помощью последовательности вычислений получать промежуточные и конечные результаты электромагнитных 
процессов, протекающих в электротехнических и электронных устройствах и представленных в виде чисел, таблиц, диаграмм или графиков;  
• программный комплекс, позволяющий с помощью последовательности вычислений воспроизводить процессы функционирования объекта при 
изменении параметров элементов его внутренней структуры и при воздействии различных внешних факторов. 
В свете изложенного, компьютерное моделирование есть ни что иное, 
как метод решения задачи анализа или синтеза сложной схемы электриче

Введение 
7

ской цепи или устройства на основе использования её компьютерной модели, а технология компьютерного моделирования − системный метод создания, исследования и использования компьютерных моделей в обучении. 
Компьютерное моделирование оказывает определяющее влияние на 
становление комплекса профессионально-личностных качеств будущего 
специалиста и выступает в роли мощного средства развития образного мышления при решении электротехнических задач. Ведь целью образования 
является именно образование от слова ″образ″, т. е. интегральное развитие 
способностей и личности путём освоения основ наук. Технология компьютерного моделирования, являющаяся одной из мощных продуктивных технологий научного познания, должна занять достойное место в системе 
электротехнической подготовки будущих специалистов. 
В традиционной системе обучения оценка уровня учебных достижений студентов основывается на анализе и преобразовании преподавателями ответов студентов на вопросы различной трудности [36, 77, 144], что 
не исключает субъективизма и ошибок при ограниченном числе вопросов 
и времени опроса. С целью повышения технологичности оценивания (систематичность, быстрота в получении оценочного результата в студенческих группах и др.) при наличии банка тестов, полноты охвата разделов 
дисциплины, а также устранения субъективизма дидактических измерений 
и повышения точности оценки, во многих вузах используются тестовые системы, включая сетевое репетиционное тестирование и Интернет-экзамены 
по дисциплинам учебных планов открытых в вузах профилей подготовки 
бакалавров, магистров и инженеров [85]. 
Основой для разработки тестовых заданий являются требования государственных образовательных стандартов к результатам освоения основных образовательных программ (ООП) бакалавриата, магистратуры и специалистуры, а по конкретной дисциплине – элементы дидактических единиц её модулей. В монографии приведен перечень контролируемых элементов содержания общепрофессиональной дисциплины "Электротехника 
и электроника" и глоссарий, отражающих, по мнению автора, современное 
представление об электротехнике и электронике в учебной дисциплине, 
изучаемой студентами неэлектротехнических профилей подготовки. 
Важнейшим вопросом в системе тестирования является разработка 
тестовых заданий по уровню сложности, по виду умственных операций и 
действий испытуемых и др. [81, 96, 116, 144]) и их представления в компьютерной форме, которая должна быть легко узнаваемой и не требовать 
дополнительных пояснений по способу выбора или ввода тестируемым  ответов. В книге приведена спецификация тестовых заданий и примеры форм 
компьютерного их представления в различных системах тестирования.    
В монографии проанализированы тенденции использования информационно-коммуникационных технологий в образовании и требования к созданию образовательных электронных изданий и ресурсов. Особое внима

Введение 
 
88 

ние уделено роли наглядно-образного представления учебной информации 
при интерактивном обучении электротехнике и электронике и последующем оценивании уровней учебных достижений студентов методом компьютерного тестирования, отмечена важность активного участия студентов в 
разработке и исследовании учебных моделей и тренажёров в этой предметной области. Дано описание разработанных компьютерных моделей 
электрических схем электротехнических и электронных устройств для анализа происходящих в них электромагнитных явлений и процессов, которые 
используются при проведении всех видов учебных занятий по дисциплине 
"Электротехника и электроника" в локальной образовательной сети кафедры "Электроника и информатика" ″МАТИ″ − РГТУ имени К. Э. Циолковского. 
Книга предназначена для преподавателей, научных работников, программистов, студентов, занимающихся разработкой и использованием 
средств информационных технологий в образовании.  

Автор считает своим долгом выразить глубокую благодарность рецензенту рукописи д. т. н., профессору А. Е. Краснопольскому (МИСиС) за 
полезные рекомендации и замечания, учтенные при окончательной подготовке рукописи к изданию.  
Считаю также своим долгом отметить бывших студентов МАТИ: Андрианова П. В., Варивода Д. П., Воробьёва С. С., Галкина А. В., Гришина 
А. Д., Жадан И. В., Змеева Д. Н., Иванова А. Г., Коваль М. М., Короткова 
Д. Ю., Косарева С. А., Кудряшова А. Н., Куракина А. С., Леницкого Д. С., 
Леонова С. В., Лесных А. А., Маркова А. В., Миронова С. И., Новикова      
К. В., Рыжкова В. М., Освальд С. В., Сусленкову С. Е., Титова Д. В., Федотову И. В, Чернова Д. Б. и многих других, принявших активное участие в 
программной разработке форм (шаблонов) упражнений, заданий, тренажёров, курсовых работ, лабораторного практикума, средств самоконтроля, и в 
тестировании созданных электронных изданий и ресурсов.  
 

Г Л А В А  1  

СОВРЕМЕННАЯ ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СРЕДА                           
В ОБЛАСТИ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ  

1.1. ВВЕДЕНИЕ В ДЕЙСТВИЕ НОВЫХ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ 
СТАНДАРТОВ  В РОССИИ  

Особенности образовательных стандартов нового поколения. Федеральные государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования третьего поколения (ФГОС ВПО-3) изначально 
рассматривались разработчиками как общественный договор, согласующий требования к образованию, предъявляемые семьёй, обществом и государством, и представляют собой совокупность трех систем требований – к 
структуре основных образовательных программ (ООП), к результатам их 
освоения и условиям реализации, которые обеспечивают необходимое 
личностное и профессиональное развитие студентов [12, 33, 87, 117, 138]. 
Основные образовательные программы бакалавриата предусматривают изучение следующих учебных циклов (рис. 1.1): 

• гуманитарный, социальный и экономический (ГСЭ) цикл; 
• математический и естественный (МЕ) цикл; 
• профессиональный (П) цикл; 
и разделов: 
• физическая культура; 
• учебная и производственная практики; 
• итоговая государственная аттестация. 

Требования ФГОС ВПО 

К структуре 
 ООП 
К условиям 
 реализации ООП 
К результатам 
освоения ООП 

Освоенные компетенции: 
      общекультурные;  
      профессиональные 

  Учебные циклы: ГСЭ; МЕ; П 
  Разделы: физическая культура; 
  практики; итоговая аттестация 

 Рис. 1.1. Требования ФГОС ВПО-3 к разделам основных образовательных программ

  • Общие требования
  • Требования: 
    к организации практик; 
    к кадровому обеспечению учебного процесса (УП); 
    к учебнометодическому и информационному обеспечению УП; 
    к финансовому обеспечению УП; 
    к материальнотехническому обеспечению УП 

    Глава 1. Современная образовательная среда в области техники и технологий 
10 

Каждый учебный цикл имеет базовую (обязательную) часть и вариативную (профильную), устанавливаемую вузом. 
В ФГОС ВПО-3 дан перечень требований к условиям реализации 
ООП и обязанности вузов по обеспечению гарантии качества подготовки 
студентов. 
Государственные стандарты образования вводятся в систему нормативного правового обеспечения развития образования на основе закона 
Российской Федерации ″Об образовании″ [71] и Федерального закона ″О 
высшем и послевузовском профессиональном образовании″ [72].  
В основе каждого стандарта образования лежит новый тип взаимоотношений между личностью, обществом и государством, который в наиболее полной мере реализует права человека и гражданина. Этот тип взаимоотношений подразумевает принятие всеми сторонами взаимных обязательств. В этом контексте стандарт − средство обеспечения стабильности 
планируемого уровня качества образования и его постоянного воспроизводства и развития.  
Принципиальным отличием Федеральных ФГОС ВПО-3 является 
усиление их ориентации на результаты образования как системообразующий компонент конструкции. При этом, стандарт трактует понятие 
"результат образования" с позиции деятельностного подхода, согласно 
которому психологические особенности человека, качества личности есть 
результат преобразования внешней предметной деятельности во внутреннюю – психическую. От того, какими понятиями, операциями наполнено 
содержание обучения, зависит, в конечном счёте, успешность формирования определённого типа мышления, способов восприятия окружающего 
мира, возможности самореализации личности обучаемого. 
Последовательная реализация деятельностного подхода в построении 
стандартов должна [12, 86, 88, 89]: 
• придать результатам образования социально и личностно значимый 
характер; 
• обеспечить более глубокое и прочное усвоение знаний студентами, 
возможность их дифференцированного обучения с сохранением единой 
структуры теоретических знаний и самостоятельного движения в изучаемой области;  
• существенно повысить мотивации и интерес студентов к учению на 
всех ступенях обучения; 
• обеспечить условия для общекультурного и личностного развития  
на основе формирования универсальных учебных действий, обеспечивающих не только успешное усвоение знаний, умений и навыков, но и формирование целостной картины мира и компетентностей в выбранной предметной области познания, освоение новых видов креативной деятельности. 
Сущность изменений в отечественном образовании с предстоящим 
вводом в действие ФГОС ВПО-3 интегрально сформулирована  Г. Л. Ильиным в статье [74]: