Алгоритмизация чтения электронных схем студентами

З М І С Т

 

 

 

 

    В С Т У  П

                                                            

1. О с н о в н а  ч а с т и н а

 

     1.1 Основні поняття   інновації 

 

     1.2 Символіка інноваційної  технології

 

     1.3 Засади складання  алгоритмів

                                                      

     1.4 Приклад     складання    алгоритму     роботи електричної схеми

 

2. В и с  н о в к и 

 

 

3. П е р  е л і к   п о с и  л а н ь

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВСТУП

 

Суть  проблеми

В підготовці молодших спеціалістів з обслуговування гірничо-електромеханічного обладнання та автоматичних пристроїв основні труднощі виникають при навчанні студентів правилам читання принципових електричних схем. Навчити студентів легко й швидко орієнтуватися в складних електричних схемах – це найголовніша мета, що стоїть перед викладачем.   

        В існуючих підручниках  з правил читання електричних схем в основному приділяється увага  поясненню призначення окремих  електричних елементів, їх умовним зображенням та прикладам з принципу дії. За такою методикою навчитися читати схеми можна, але відсутність в ній  самої технології подання  матеріалу, правил читання  та конспектування принципу дії схем робить цей процес малопродуктивним і в багатьох випадках загадковим не тільки для студентів, а і  для спеціалістів експлуатаційників.

       Заводські  інструкції, в яких пояснюється  принцип дії апаратів, в методичному  плані часто дуже далекі від   навчальних проблем тому, що не  мають чіткої послідовності подання  змісту роботи схеми і, взагалі,  розраховані  на підготовлених вже спеціалістів, а не  на студентську аудиторію. Підручники з електрообладнання та автоматизації виробничих процесів дуже часто копіюють такі методично не оброблені  матеріали.

 

Мета  розв’язання  проблеми

 

Досвід роботи викладачем гірничої електротехніки протягом тривалого часу свідчить про те, що викладач має бути   постійно у творчому  пошуку методів та прийомів подання такого абстрактного матеріалу, як принцип дії електричної схеми.

 Наявність в схемах  електричних апаратів жорсткої  логіки роботи їх складових елементів наштовхує на пошук такого алгоритму, який би був настільки наочним і практичним у використанні, що міг би замінити студентам традиційний конспект. Слова в такому конспекті мають бути замінені на дуже прості і не чисельні графічні символи, які б легко можна було запам’ятати і легко відображати людям з будь якими художніми навичками та здібностями.

                  Вибравши шлях пошуку нових  інноваційних технологій у заданому  напрямку, було перебрано багато  прийомів подачі нового матеріалу і паралельно з цим відображення на дошці та в конспекті абстрактних подій, що відбуваються в електричних схемах під час їхньої роботи в усіх стандартних і аварійних режимах.

                  Як один із шляхів, що полегшує розв’язування цієї проблеми, був обраний шлях активного вивчення принципу дії  електричних схем рудникових апаратів починаючи з лекційного заняття.

 

 

Ключове  завдання   інновації.

 

При викладанні принципу дії електричної схеми будь якого  апарата викладачеві доцільно спочатку познайомити студентів із технологією роботи машини або пристрою, а потім вже переходити до пояснення вихідного стану, тобто стану, що виникає одразу після увімкнення напруги живлення, але до подачі команд керування. Наступне викладання принципу дії схеми ведеться згідно з протіканням технологічного процесу.

                 Аналізуючи процес засвоєння  студентами нового матеріалу,  можна дійти висновку, що досягти  успіху при цьому можна тільки  після 3-4 разового прослуховування  принципу дії схеми на всіх  етапах роботи та ще й зробити необхідні записи в конспекті. Конспектувати та слідкувати одночасно за поясненнями викладача можуть далеко не всі студенти. Обмежитися простим прослуховуванням нового матеріалу без ведення записів у конспекті не можна, тому що ефективність пасивного процесу навчання дуже низька.

                  Слухаючи пояснення викладача,  студент залучає до дії тільки  зорову та слухову пам’яті,  а між іншим відомо, що той,  хто пише, той - читає двічі.  З цієї причини доцільно після  двох – триразового пояснення нового матеріалу скласти на дошці алгоритм роботи схеми, який студенти мають не просто пасивно переписати собі в конспект, а й активно доопрацювати – доповнити де треба  колами живлення окремих елементів.

 

 

1.  О С Н  О В Н А   Ч А С Т  И Н А

 

1.1  О с н  о в н і  п о н я  т т я   і н н о в  а ц і ї  

 

При розробці метода активного  вивчення електричних схем було взято  за основу те, що вони реалізовані за допомогою релейно-контактних та безконтактних  елементів, які можуть знаходитися  в одному з двох стійких положень: «увімкнено», або «вимкнено».

 

«Увімкнено» - це такий стан роботи елемента схеми, коли через нього проходить струм, який достатній для спрацьовування. Для реле – це струм  достатній для притягування якоря, а для напівпровідників – це струм достатній для відкривання p-n переходів.

 

«Вимкнено» - це протилежний стан роботи елемента, тобто, коли через нього струм не тече зовсім, або величина  його не достатня  для утримання якоря реле в притягнутому  стані, а для напівпровідника, коли  p-n перехід- закритий.

 

Однак, оперування тільки такими двома поняттями не є достатнім  для того, щоб пояснити принцип  дії будь якої принципової електричної  схеми. Бувають випадки, коли перед  вмиканням елемента відбуваються підготовчі операції і в решті-решт утворюється замкнене коло живлення, або поступово одне за одним зникає і елемент схеми вимикається.

 

З цієї причини до двох попередніх понять слід добавити ще два  підготовчі поняття - одне для вмикання, а друге для вимикання, тобто   «підготовка   до вмикання»  та  «підготовка  до  вимикання».  

 

 

1.2  Символіка  інноваційної технології

 

Виділивши, таким чином два поняття  для крайніх ситуацій в роботі елементів схеми та два проміжних, виникає потреба у виборі для  них  графічних умовних позначень  – символів, яки б викликали певні асоціації   у свідомості студентів.

            Процес вмикання елемента схеми  асоціюється з дією, що спрямована  на початок роботи. Найпростішим  зображенням стану вмикання може  служити символ у вигляді суцільної  стрілки.

 

Підготовка до вмикання елемента схеми може асоціюватися не з однією, а із  сукупністю дій, що спрямовані на вмикання. Додержуючись обраної стрілочної символіки для стану підготовки до вмикання, можна рекомендувати як символ  подвійну стрілку із загальним вістрям. Таким чином буде підкреслено єдність мети, всіх дій спрямованих на вмикання.

Процес вимикання має  асоціюватися з розривом електричного кола. Цій дії цілком підходить  символ у вигляді переривчастої  стрілки.

               Для процесу підготовки до  вимикання по аналогії з попередніми символами підходить подвійна переривчаста стрілка із загальним вістрям.

Підбиваючи підсумок по вибору стрілочної символіки для  різних функцій або дій  елементів  електричних схем, студентам можна  рекомендувати здійснювати складання алгоритму за допомогою двох основних і не менше двох похідних стрілочних символів та відповідних стандартних позначень елементів схеми у вигляді букв латинського алфавіту:

 

 

Графічні позначення дій-функцій елемента електричної  схеми	Зміст дій-функцій, які виконує елемент електричної схеми.
	Вмикання
	Підготовка до роботи
	Вимикання елемента
	Підготовка до вимикання  елемента
	Заборона на вмикання
	Заборона на вимикання
	Самоблокування (самопідхват)

 

 

 

1.3  Засади  складання  алгоритмів

 

Складання алгоритму  роботи будь-якого електричного апарата  за інноваційною технологією, що пропонується, передбачає створення на дошці  паралельно з усним поясненням принципу дії  схеми графічного конспекту за допомогою  стрілочної символіки та буквених позначень електричних елементів. Поруч із буквеними позначеннями елементів схеми наносяться шляхи струмів - кола живлення кожного з них.

Для виділення елемента, що розглядається, його підкреслюють товстою  лінією, а з її початку опускають  вниз вертикальну лінію, до якої приєднують умовні графічні позначення всіх дій-функцій, що їх цей елемент виконує.

 

Поруч із буквеним позначенням  елемента схеми в дужках можна  записувати його коло спрацьовування . Саме цей етап  і доручається  студентам для активного самостійного доопрацьовування  алгоритму роботи схеми.

Як вже було зазначено  вище, докладне пояснення принципу дії схеми декілька разів має  здійснити викладач і накреслити на дошці структуру опорного конспекту  – алгоритм роботи схеми. Доповнення алгоритму студенти мають вести самостійно. При цьому особлива увага приділяється наочності. Крім загальної наочності ( плакати, слайди, тощо) у кожного студента має бути індивідуальна наочність у вигляді ксерокопії загальної.

 

Вивчення нового матеріалу більш  ефективним є тоді, коли викладач підводить студентів до самостійного, евристичного пошуку  відповідей на поставлені питання. Наприклад, після вивчення стандартних режимів роботи схеми, викладач створює конкретну виробничу ситуацію, вказує тільки  на початкові та кінцеві відомості про роботу схеми, а далі пропонує студентам знайти вірний алгоритм роботи самостійно.

 

Попервах, коли студенти тільки починають  опановувати методику активного  конспектування принципу дії електричних  схем, ефективною може бути наочність, в якій кола вмикання окремих елементів розфарбовані в різні кольори.

 

 

 

 

1.4  Приклад складання алгоритму роботи електричної схеми

Технологію побудови алгоритму роботи електричної схеми  та особливості подачі навчального  матеріалу викладачем доцільно пояснити на конкретному прикладі.

Візьмемо як приклад  схему автоматизації водовідливної  установки, що наведена на рис.1.

 

 

                     Рис.1  Схема автоматизації   водовідливної установки

Спочатку  пояснюємо призначення елементів  цієї принципової електричної схеми:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спочатку пояснюємо  призначення елементів цієї принципової  електричної схеми:

Si- автоматичний вимикач, який виконує функції роз'єднувача та автоматично вимикає електричну

схему, коли в ній виникають  струми короткого замикання. Ті - знижувальний трансформатор, який перетворює напругу змінного струму 660В в напругу 36В;

VD1-VD4 - мостовий випрямляч змінного струму в двохнапівперіодний випрямлений струм;

Сі - конденсатор, який здійснює попереднє поліпшення двохнапівперїодного випрямлення струму

( зменшує його пульсації);

 

 Ri та VD5 - разом в двох виконують функцію параметричного стабілізатора напруги постійного струму;

VD6 - транзистор прямої провідності. Він в схемі виконує функції підсилювача малого струму, який протікає через воду і землю, до струму, що достатній для спрацьовування електромагнітного реле;

R2 та R3 - разом в двох виконують функцію подільника напруги, необхідної для роботи підсилювача; Кі - електромагнітне реле постійного струму нейтрального типу;

Ві та В2 - електродні датчики верхнього та нижнього рівнів води відповідно;

К2 - електромагнітний пускач для вмикання та вимикання трифазного двигуна; Ні - сигнальна лампа;

Мі - асинхронний двигун з короткозамкненим ротором;

Кі - відцентровий насос для відкачування води з водозбірника.

Всі контакти реле Кі та магнітного пускача К2 в схемі накреслені в тому положенні, коли ці перемикальні пристрої знаходилися на складі.

Після пояснення призначення  кожного елемента схеми та технології роботи насосної установки взагалі  можна переходити до пояснення роботи схеми у вихідному стані.

Вихідним називають  такий стан роботи схеми, коли вона живлення одержує, а будь-які команди керування ще відсутні. Для переведення схеми у вихідний стан необхідно увімкнути вручну автоматичний вимикач. При цьому лінійна напруга Ubc буде подана на знижувальний трансформатор Ті, який в свою чергу подасть напругу живлення на стабілізатор /Сі, Ri, VD5/ і підсилювач на транзисторі VD6 буде готовий до роботи.

Для запису цього режиму роботи в конспекті у вигляді  алгоритму необхідно у верхньому  кутку класної дошки написати Si, підкреслити товстою лінією та опустити від її початку вертикальну лінію, від якої провести горизонтально суцільну стрілку, яка вказує на вмикання трансформатора Ті.

Трансформатор Ті виконує тільки одну функцію - живить \вмикає\ випрямляч VD1-VD4. З цієї причини з ним треба вчинити так само як і з автоматичним вимикачем, тобто підкреслити, опустити вертикальну лінію, від якої провести горизонтально суцільну стрілку, що вказує на подачу напруги живлення на випрямляч VD1-VD4, тобто таким чином відображують його вмикання.