Работа со схемами аналоговой и цифровой электроники устройств приборостроения требует реализации цели обучения по дисциплине в общих терминах, таких как освоение процедур их анализа и, частично, синтеза.
Анализ аналоговых схем электроники предполагает:
- процедуру узнавания и понимания работы схем;
- рассмотрение режима покоя;
- нахождение динамических параметров и характеристик;
- определение устойчивости (или неустойчивости) и пр.
Для цифровых схем пользователь обычно стремится при анализе понять работу схемы с составлением временных диаграмм во всех точках, позволяющих адекватно отобразить работу схемы.
Синтез аналоговых и цифровых схем предполагает соединение элементов (компонентов) электроники в принципиальную схему. соответствующую исходным требованиям.
Дальнейшая композиция целей, как ожидаемых результатов, дает возможность сформулировать более конкретные планируемые и измеряемые подцели. Эти подцели и задачи, вытекающие для их реализации, и должны отображаться в рабочей программе учебной дисциплины.
Для реализации положительной мотивации студента на обучение, постановке и организации творческого процесса самообразования обучаемого предполагается внедрить элементы проблемно-поисковой и творчески репродуктивной технологии обучения, когда студенты обязаны:
- узнавать схему с целью определения того, какие характеристики и параметры ее необходимо анализировать;
- демонстрировать действия алгоритмов анализа и синтеза различных объектов электроники по изложенным на занятиях алгоритмам и приведенным примерам и т.п.
Указанная технология, когда студенту не приходится воспроизводить то, что он слышал на занятиях или видел в книгах, принципиально ведет к его самообразованию и воспитанию творческой личности, так как на всех видах контроля студенту придется демонстрировать стандартные профессиональные действия за счет самостоятельного добывания необходимых знаний, умений и навыков для конкретного объекта аналоговой и цифровой электроники.
Потому что, только действуя, мы самостоятельно мыслим и решаем задачи. При этом подходе инициатива постепенно начинает исходить со стороны студента, а преподаватель уже не выступает в своей традиционной роли, а становится консультантом и соучастником творчества. Студенты пользуются знаниями своих учителей. Те, в свою очередь, поддерживают их стремления и при необходимости указывают правильное направление.
С учетом выше указанных положений, раздел «Цели и задачи» рабочей программы дисциплины «Электроника, МПТ» выглядит следующим образом.
Цели и задачи учебной дисциплины
Дисциплина "Электроника и микропроцессорная техника" относится к общим профессиональным дисциплинам.
Целью преподавания дисциплины является теоретическая и практическая подготовка студентов в области электронной техники, формирование первоначальных знаний и умений при анализе схем, используемых в приборостроении, а также выработки у студентов положительной мотивации к самостоятельной работе и самообразованию.
Дисциплина «ЭиМПТ» использует результаты обучения студентов по циклу естественно-научных дисциплин, а также ОПД.Ф.04.1 «Общая электротехника».
В свою очередь дисциплина является базовой для дисциплин: СД.Ф.03.2 «Схемотехника измерительных устройств», СД.Ф.03.1 «Аналоговые измерительные устройства», СД.Ф.04.1 «Цифровые измерительные устройства», ОПД.Р.13.3 «Микропроцессоры и цифровые системы в приборостроении» и др., а также при выполнении выпускных и квалификационных работ в ходе итоговой аттестации.
понимать:
- научно-техническую лексику (терминологию),
- междисциплинарный характер дисциплины, достижения которой оказывают большое влияние на общий уровень развития средств измерения, контроля и диагностики,
- значимость самостоятельной деятельности как единственного гаранта обучения;
владеть:
- справочной литературой для выбора электронной и микроэлектронной базы,
- навыками применения электронных и микроэлектронных узлов и блоков и расчета их функций,
- умениями лабораторного испытания схем для решения классических задач электроники,
- начальными навыками использования прикладных программ для моделирования и расчета электронных цепей.
Навыки, полученные при изучении дисциплины, будут составной частью профессиональных знаний и умений, выдвигаемых ГОС к бакалавру и инженеру.
Задачами изложения и изучения дисциплины являются:
- разработка и детализация содержания и технологии образовательного процесса, обеспечивающего знания и умения по следующим вопросам:
- аналоговой электроники:
1) понимание и расчет режима покоя электронных схем, указание токов и напряжений в узлах, обеспечивающих выбранные режимы работы электронных компонентов;
2) определение видов обратных связей, введенных в рассматриваемую схему, и прогнозирование изменений параметров и характеристик усилителя за счет этих связей, осуществлять расчет коэффициента обратной связи;
3) составление расчетных моделей (эквивалентных схем) рассматриваемой схемы в заданной системе ограничений (в области частот или времени, моделей усилительных элементов и т.д.);
4) расчет заданных параметров и характеристик схемы в указанной системе ограничений;
5) анализ вносимых линейных искажений из-за наличия в схеме указанного элемента;
6) расчет энергетических соотношений в схеме;
7) составление временных диаграмм, поясняющих работу схем, обеспечивающих нелинейное преобразование входного сигнала, а также расчет соотношений, гарантирующих такое преобразование;
8) определение условий возникновения гармонических колебаний в конкретной схеме автогенератора, а также принципов, обеспечивающих в этой схеме стабилизацию амплитуды, частоты колебаний, возможную их модуляцию и демодуляцию;
- по цифровой и импульсной электронике:
1) анализ комбинационных и последовательностных схем путем построения временных диаграмм их работы;
2) понимание процессов во вторичных источниках питания.
Кроме того, осуществляется:
- организация учебного процесса, обеспечивающего активацию деятельности студентов за счет выполнения небольших заданий, реализующих требования предыдущих пунктов;
- реализация входного, текущего и итогового контролей, а также семестровых испытаний по перечисленным выше знаниям и умениям в области электроники.
Учитывая вышесказанное, контролирующие материалы (вопросы, тесты и т.п.) должны относиться к сравнительно простым принципиальным схемам аналоговой и цифровой электроники при их анализе и несложным задачам синтеза подобных устройств.
Решив вопросы целеполагания, которые определили оптимальное с точки зрения преподавателя отображение целей и задач дисциплины в содержание контролирующих материалов, необходимо перейти к конкретной деятельности по их конструированию и дальнейшей обработке.
Диагностика требований при подготовке к дисциплине «Электроника, МПТ» для направления «Приборостроение» позволила конкретизировать компетенции выпускника, которые должны быть оценены контролирующими материалами[21].
Входной контроль обеспечивается 30-ю вопросами по математике и электротехнике - дисциплин, навыки по которым наиболее сильно влияют на усвоение дисциплины.
Текущий контроль в своей непрерывной части происходит всвязи с отсутствием практических занятий в основном при использовании контролирующих вопросов по лабораторному циклу[22], а также микрозаданий, выдаваемых на лекциях.
В своей рубежной части на двух из трех контрольных точках разработаны 108 различных тестов[23], отражающих все темы. Реализующие поставленные целевые установки на дисциплину. Контролирующие материалы для второй части курса – по цифровой электронике – находятся в стадии разработки.
Семестровый контроль (зачет - 4 сем., экзамен – 5 сем.) осуществляется на тех же образцах банка контролирующих материалов, какие использовались ранее для рубежного текущего контроля.
Итоговый контроль (ранее на МДЭ, сейчас на госэкзаменах) представлен рядом вопросов блоков структурированного ответа выпускника-бакалавра. Эти вопросы определены концепцией[24] выпускающей кафедры.
Например, структура ответа выпускника (на кафедре информационно-измерительной техники ЭФФ) по одному из 36 контрольных заданий состоит из пяти блоков.
БЛОК 1 - отражает физические основы измерений и содержит:
1. Определение физической величины, значение которой измеряется в рассматриваемой системе.
2. Описание физических эффектов и явлений, отражающее их качественные и количественные характеристики.
3. Перечисление и пояснение физических факторов, которые как внешние, воздействуя, оказывают паразитное влияние на результат измерения.
Блок 1 завершается мотивированным заключением по использованию при решении поставленной задачи выбранного физического явления или эффекта.
БЛОК 2 - содержит информацию по первичным преобразователям и включает в себя:
1. Предложение по видам первичных преобразователей, использование которых целесообразно для решения задачи.
2. Возможные конструктивные исполнения преобразователя.
3. Примеры включения преобразователей в электрическую цепь.
БЛОК 3 - направлен на составление структурной (или функциональной) схемы и содержит:
1. Виды и методы измерения, которые могут быть использованы с данным типом первичного преобразователя.