Модернизация раздела учебно-методического пособия 'Сборник тестовых задач по теории автоматического управления'
Введение
При изучении курса «Теория автоматического управления» целью для преподавателя является формирование у обучающихся знаний, умений и приобретение ими опыта применения методов общей теории линейных и нелинейных систем автоматического управления при анализе и синтезе систем автоматического управления реальными технологическими процессами.
В начале XX века теория автоматического управления, вышедшая из рамок прикладной механики, формируется как общетехническая дисциплина. Исключительно интенсивным и многогранным было развитие теории автоматического управления в послевоенный период. Это обусловлено в первую очередь развитием военной и космической техники, бурным прогрессом вычислительной техники и электроники. В настоящее время буквально все окружающие нас технические устройства содержат в своем составе то или иное число автоматических регуляторов.
Именно поэтому теория автоматического управления является одной из центральных дисциплин для таких направлений обучения, как «Управление в технических системах», «Автоматизация и управление» и «Мехатроника и робототехника». И с каждым годом все острее ставится вопрос о пересмотре и оптимизации содержания этой дисциплины с учетом современных тенденций: новые формы представления учебных материалов, новые педагогические подходы и способы обучения, учет и развитие индивидуальных особенностей студентов во всех формах взаимодействия в процессе обучения, поиск инновационных форм оценочного инструментария итоговой и промежуточной аттестации с позиций личностного развития субъектов образования, сопоставимость критериев и методологии обеспечения качества образования в единой европейской системе. Постоянно происходит изменение программ, совершенствуются теория и методика преподавания теории управления на основе новых информационных технологий обучения, активизирующих учебную деятельность студентов. В этих условиях большое значение имеет определение того, какие из новых методов обучения дают наибольший эффект при преподавании теории управления. Именно эти методы требуется применять в учебном процессе. А для этого необходимо применять наиболее современные и научно-обоснованные методы контроля текущих и итоговых знаний.
Одним из таких методов является тестирование, этот метод имеет ряд преимуществ перед традиционными устными и письменными экзаменами. На основе информации, получаемой с помощью тестов на различных этапах деятельности студентов, преподаватель может не только корректировать учебный процесс, но и управлять им согласно поставленным целям.
Однако тестирование требует серьезной подготовки со стороны тех, кто намерен всерьез заняться созданием и использованием педагогических тестов. Прежде всего, необходимо глубокое овладение строгими правилами и математическим аппаратом, применяемыми в области педагогических измерений. Некорректно разработанные, не прошедшие апробации тесты способны давать лишь ошибочные результаты, поэтому их использование станет шагом назад, а не вперед.
Разумеется, тестирование не заменяет и не отменяет традиционных форм педагогического контроля, основанных на непосредственном общении преподавателя со студентом. Такой контроль выполняет важные обучающие функции, он вооружает педагогов информацией об уровне знаний студентов, о пробелах в их подготовке и даже об эмоционально-психологическом состоянии студенческой группы. Но традиционные формы педагогического контроля носят во многом субъективный характер и не позволяют получить сопоставимые данные, столь необходимые для управления процессом образования.
1. Анализ нормативных документов
Для анализа рассмотрены такие нормативные документы, как Федеральный государственный образовательный стандарт Высшего профессионального образования, учебный план направления подготовки «Управление в технических системах» и рабочая программа дисциплины «Математические основы теории систем».
.1 Анализ ФГОС
Анализ федерального государственного образовательного стандарта (ФГОС) высшего профессионального образования (ВПО) направления подготовки 220400 «Управление в технических системах», уровень подготовки - бакалавр.
Настоящий ФГОС ВПО представляет собой совокупность требований, обязательных при реализации основных образовательных программ бакалавриата по направлению подготовки 220400 Управление в технических системах образовательными учреждениями высшего профессионального образования (высшими учебными заведениями, вузами) на территории Российской Федерации, имеющими государственную аккредитацию.
1.1.1 Структура ФГОС
ФГОС включает в себя следующие главы.
I. Область применения.
I.Используемые сокращения.
II.Характеристика направления подготовки..Характеристика профессиональной деятельности бакалавров.Требования к результатам освоения основных образовательных программ бакалавриата..Требования к структуре основных образовательных программ бакалавриата..Требования к условиям реализации основных образовательных программ бакалавриата..Оценка качества освоения основных образовательных программ бакалавриата.
.1.2 Характеристики выпускника, задаваемые в разделе «Общая характеристика направления подготовки», и формы задаваемых требований
Область профессиональной деятельности бакалавров, объекты профессиональной деятельности бакалавров, виды профессиональной деятельности, профессиональные задачи в соответствии с видами профессиональной деятельности, общекультурные компетенции (ОК), профессиональные компетенции (ПК).
1.1.3 Основные требования к условиям реализации основной образовательной программы. Основная образовательная программа (ООП), фонд оценочных средств (ФОС)
Образовательные учреждения самостоятельно разрабатывают и утверждают ООП бакалавриата.
ВУЗ обязан создать социокультурную среду.
Удельный вес занятий, проводимых в интерактивных формах должны составлять не менее 20 % аудиторных занятий. Занятия лекционного типа для соответствующих групп студентов не могут составлять более 40 % аудиторных занятий.
ООП должна содержать дисциплины по выбору.
Вуз обязан обеспечить обучающимся реальную возможность участвовать в формировании своей программы обучения, включая возможную разработку индивидуальных образовательных программ.
ОПП бакалавриата вуза должна включать:
-лабораторные практикумы по дисциплинам (модулям) базовой части;
-практические занятия по дисциплинам (модулям) базовой части;
-лабораторные практикумы и/или практические занятия по дисциплинам (модулям) вариативной части;
Не менее 60 % преподавателей (в приведенных к целочисленным значениям ставок), обеспечивающих учебный процесс по профессиональному циклу, должны иметь ученые степени или ученые звания.
Должна быть обеспечена возможность осуществления одновременного индивидуального доступа к такой системе не менее чем для 25 % обучающихся.
Фонд оценочных средств - совокупность материалов для подготовки и организации оценочных мероприятий.
1.1.4 Права и обязанности студентов
Обучающиеся имеют следующие права и обязанности:
−обучающиеся имеют право в пределах объема учебного времени, отведенного на освоение дисциплин (модулей) по выбору, предусмотренных ООП, выбирать конкретные дисциплины (модули);
−при формировании своей индивидуальной образовательной программы обучающиеся имеют право получить консультацию в вузе по выбору дисциплин (модулей) и их влиянию на будущий профиль подготовки (специализацию);
−обучающиеся при переводе из другого высшего учебного заведения при наличии соответствующих документов имеют право на перезачет освоенных ранее дисциплин (модулей) на основании аттестации;
−обучающиеся обязаны выполнять в установленные сроки все задания, предусмотренные ООП вуза.
1.1.5 Требования к ООП подготовки по направлению «Управление в технических системах» к уровню подготовки бакалавров
-Профиль.
-Описание социокультурной среды.
-Вариативный блок дисциплин, факультативы (не превышает 10 зачетных единиц).
-Четкая формулировка конечных результатов по ООП и модулям.
-Лабораторные практикумы и/или практические занятия по дисциплинам.
-Раздел основной образовательной программы бакалавриата «Учебная и производственная практика».
-ВУЗ должен быть обеспечен необходимым комплектом лицензионного программного обеспечения.
1.1.6 Соотношение базовых и вариативных частей по каждому учебному циклу
Б.1. Гуманитарный, социальный и экономический цикл (соотношение базовой и вариативной части 1:1 (30:15)).
Б.2. Математический и естественнонаучный цикл (соотношение базовой и вариативной части 1,5:1 (65:32)).
Б.3. Профессиональный цикл (соотношение базовой и вариативной части 2:1 (105:52)).
Б.4. Физическая культура.
Б.5. Учебная и производственная практики.
Б.6. Итоговая государственная аттестация, включая подготовку выпускной квалификационной работы.
.1.7 Форма задаваемых требований по минимуму содержания ООП
Основная образовательная программа бакалавриата предусматривает изучение следующих учебных циклов:
-гуманитарный, социальный и экономический циклы;
-естественнонаучный цикл;
-профессиональный цикл.
И разделов:
-физическая культура;
-учебная и производственная практики и/или научно-исследовательская работа;
-итоговая государственная аттестация.
Каждый учебный цикл имеет базовую (обязательную) часть и вариативную (профильную), устанавливаемую вузом. Вариативная (профильная) часть дает возможность расширения и (или) углубления знаний, умений и навыков, определяемых содержанием базовых (обязательных) дисциплин (модулей), позволяет студенту получить углубленные знания и навыки для успешной профессиональной деятельности и (или) для продолжения профессионального образования в магистратуре.
Базовая (обязательная) часть цикла "Гуманитарный, социальный и экономический цикл" должна предусматривать изучение следующих обязательных дисциплин: "История", "Философия", "Иностранный язык".
Базовая (обязательная) часть профессионального цикла должна предусматривать изучение дисциплины "Безопасность жизнедеятельности".
1.1.8 Сроки и формы освоения ООП
Нормативный срок, общая трудоемкость освоения основных образовательных программ (в зачетных единицах)* для очной формы обучения и соответствующая квалификация (степень) приведены в таблице 1.
Сроки освоения ООП бакалавриата по очно-заочной (вечерней) и заочной формам обучения, а также в случае сочетания различных форм обучения могут увеличиваться на один год относительно нормативного срока, указанного в таблице 1, на основании решения ученого совета высшего учебного заведения.
Таблица 1 - Сроки, трудоемкость освоения ООП и квалификация (степень) выпускников
* Трудоемкость основной образовательной программы по очной форме обучения за учебный год равна 60 зачетным единицам.
1.1.9 Требования к аттестации выпускников
Итоговая государственная аттестация включает защиту выпускной квалификационной работы (бакалаврской работы). Государственный экзамен вводится по усмотрению вуза.
Требования к содержанию, объему и структуре бакалаврской работы, а также требования к государственному экзамену (при наличии) определяются высшим учебным заведением.
1.2 Анализ учебного плана
Проанализирован учебный план направления 220400 «Управление в технических системах», уровень подготовки - бакалавр.
Учебный план - это документ, устанавливающий график учебного процесса по неделям на весь период обучения, перечень учебных дисциплин и их распределение по курсам, семестрам, видам занятий и общему числу часов в неделю. Анализ учебного плана представлен в таблице 2.
Таблица 2 - Анализ учебного плана
Наименование анализируемых параметровНазвание, значениеСеместрОбщее количество дисциплин719283104115116127118Количество дисциплин по циклам--Количество учебных часов в неделю, в том числе: аудиторных занятий/самостоятельной работы27/27127/27227/27333/30424/34524/34624/34724/348Количество зачётов/экзаменов4/414/523/536/447/556/768/576/68Количество курсовых работ, проектов0112130415262718Перечень дисциплин, по которым выполняются курсовые проекты Инженерная и компьютерная графика (КР)2Компьютерная технология инженерного труда (КР)3Теория автоматического управления (КР)5Теория автоматического управления (КР)6Экономика предприятия (КР)6Локальные системы управления (КП)7Менеджмент (КР)7Автоматизированные информационно управляющие системы (КП)8Количество практик 011 (3 нед)20304051 (5 нед)60708Количество рабочих часов в неделю 541542543634585586587588Соотношение часов аудиторной и самостоятельной работы (в неделю) по курсам1 курс 50:50 2 курс 52:48 3 курс 40:60 4 курс 40:60Форма итоговой аттестации Выпускная квалификационная работа бакалавраМеждисциплинарный экзамен по направлению
.3 Анализ рабочей программы дисциплины на соответствие требованиям Стандарта ООП ТПУ
Анализ рабочей программы дисциплины «Математические основы теории систем» представлен в таблице 3. В таблице использованы следующие обозначения:
«++» - доработка не требуется;
«+» - возможны варианты доработки;
«-» - существует необходимость корректировки;
«--» - пункт отсутствует или полностью не удовлетворяет требованиям ООП.
Таблица 3 - Анализ рабочей программы
Разделы программыНеобходима корректировкаТитульный лист++1. Цели освоения модуля (дисциплины)Указываются цели (1…N) освоения модуля (дисциплины):− в области обучения, ++− воспитания и развития.++2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООПУказывается учебный цикл.++Дается описание взаимосвязей дисциплины с другими составляющими ООП. ++Формулируются требования к уровню подготовки к освоению модуля (дисциплины), в частности к «входным» знаниям, умениям, опыту и компетенциям, необходимым для его успешного освоения. +Указываются пререквизиты, и кореквизиты, постреквизиты. +3. Результаты освоения модуля (дисциплины)«В результате освоения дисциплины студент будет: − знать,++− уметь,++− владеть (методами, приёмами, опытом деятельности).++В процессе освоения дисциплины у студентов развиваются следующие компетенции:1.общекультурные - способность/готовность,++2. профессиональные - способность/готовность.++4. Структура и содержание модуля (дисциплины)4.1 Приводится аннотированное содержание разделов модуля (дисциплины).++4.2 Приводится структура модуля (дисциплины) по разделам и видам учебной деятельности (лекция, лабораторная работа, практическое занятие, семинар, коллоквиум, курсовой проект и др.) c указанием временного ресурса в часах.++4.3 Распределение составляющих компетенций по разделам дисциплины.++5. Образовательные технологииПриводится описание образовательных технологий, обеспечивающих достижение планируемых результатов освоения модуля (дисциплины). ++Специфика сочетания методов и форм организации обучения отражается в матрице. Перечень методов обучения и форм организации обучения может быть расширен.++6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной работы студентов, включая текущую и творческую/исследовательскую деятельность студентов: 6.1Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний студента, развитие практических умений.++6.2Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа (ТСР), ориентированная на развитие интеллектуальных умений, комплекса общекультурных и профессиональных компетенций, повышение творческого потенциала студентов. ++6.2.Содержание самостоятельной работы студентов по модулю (дисциплине)++В разделе приводится развёрнутая характеристика тематического содержания самостоятельной работы:1. перечень научных проблем и направлений научных исследований, --2. темы курсовых проектов/работ, --3. темы индивидуальных заданий,--4. темы работ в структуре междисциплинарных проектов, ++5. темы, выносимые на самостоятельную проработку. --6.3Контроль самостоятельной работы. Оценка результатов самостоятельной работы организуется как единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения модуля (дисциплины) Указываются средства (ФОС) оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации студентов по итогам освоения модуля (дисциплины), в том числе перечень вопросов, ответы на которые дают возможность студенту продемонстрировать, а преподавателю оценить степень усвоения теоретических и фактических знаний на уровне знакомства; заданий, позволяющих оценить приобретенные студентами практические умения на репродуктивном уровне; задач для оценки приобретенных студентами когнитивных умений на продуктивном уровне; проблем, позволяющих оценить профессиональные и универсальные (общекультурные) компетенции студентов.++8. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля (дисциплины)− основная литература,++− дополнительная литература,++− программное обеспечение и Internet-ресурсы,--− электронные учебники, компьютерные модели, --− учебные и методические пособия, ++− справочники, +− задачники и др.--9. Материально-техническое обеспечение модуля Указывается материально-техническое обеспечение модуля: технические средства, лабораторное оборудование и др.++
.4 Результаты освоения дисциплины и компетенции
Компетентностный подход - это совокупность общих принципов определения целей образования, организации образовательного процесса, отбора содержания образования и оценки образовательных результатов. К этим принципам относятся:
−смысл образования заключается в развитии у обучающихся способности самостоятельно решать проблемы в различных сферах и видах деятельности на основе социального опыта, элементом которого является также собственный опыт обучающихся.
−Содержание образования представляет собой дидактически адаптированный социальный опыт решения познавательных, мировоззренческих, нравственных, политических и иных проблем.
−Смысл организации образовательного процесса заключается в создании условий для формирования у обучаемых опыта самостоятельного решения познавательных, организационных, коммуникативных, нравственных и других проблем, составляющих содержание образования.
−Оценка образовательных результатов основывается на анализе уровней освоения материала, достигнутых обучающимися на определённом этапе обучения [4].
Внедрение компетентностного подхода в систему высшего профессионального образования направлено на улучшение взаимодействия с рынком труда, повышение конкурентоспособности специалистов, обновление содержания, методологии и соответствующей среды обучения.
Рассмотрим результаты изучения дисциплины «Теория автоматического управления». В результате изучения дисциплины студенты должны:
. Знать:
−основные положения теории управления,
−принципы и методы построения, преобразования моделей систем управления,
−методы расчёта систем управления по линейным и нелинейным непрерывным и дискретным моделям при детерминированных и случайных воздействиях.
. Уметь:
−применять принципы и методы построения моделей,
−использовать методы анализа и синтеза при создании и исследовании систем и средств управления.
. Владеть: принципами и методами анализа и синтеза систем и средств автоматизации и управления.
В процессе освоения дисциплины «Теория автоматического управления» у студентов развиваются следующие компетенции (выбраны в рамках рассматриваемой тематики):
−способность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
−способность владеть основными методами, способами и средствами получения, хранения, переработки информации, иметь навыки работы с компьютером как средством управления информацией (ОК-12);
−способность работать с информацией в глобальных компьютерных сетях (ОК-13);
−проводить исследование и анализ математических моделей робототехнических и мехатронных систем с использованием методов теории автоматического управления, средств вычислительной техники и современных программных средств (ПК-2);
−способность выполнять работы по проектированию информационных, электромеханических, электрогидравлических, электронных и микро-процессорных модулей мехатронных и робототехнических систем (ПК-8), в том числе:
−составить функциональную схему системы, провести энергетический расчет и выбор исполнительных элементов,
−провести анализ кинематики механизмов и необходимые прочностные расчеты конструкций и узлов,
−выполнить исследование устойчивости, точности и качества процессов управления,
−разработать алгоритмы управления и их программно-аппаратное обеспечение;
−способность производить расчёты и проектирование отдельных блоков и устройств систем автоматизации и управления и выбирать стандартные средства автоматики, измерительной и вычислительной техники для проектирования систем автоматизации и управления в соответствии с техническим заданием (ПК-10).
В рамках изучения дисциплины «Теория автоматического управления» предусмотрены следующие виды учебной работы (256 часов):
−лекции (64 часа),
−практические занятия (32 часа),
−лабораторные работы (32 часа),
−курсовые работы.
Изучение дисциплины заканчивается экзаменом.
Также нужно отметить, что на самостоятельную работу студента отводится 128 часов, что составляет половину времени, отведенного на изучение дисциплины «Теория автоматического управления».
Самостоятельная работа студентов - вид деятельности, при котором в условиях систематического уменьшения прямого контакта с преподавателем студентами выполняются учебные задания. К таким заданиям относятся контрольные и курсовые работы, рефераты, эссе, доклады и т.д.
Цель самостоятельной работы студентов - овладение методами получения новых знаний, приобретение навыков самостоятельного анализа социальных явлений и процессов, усиление научных основ практической деятельности.
Таким образом, самостоятельная работа студентов занимает большую долю времени изучения курса и подготовки курсовых, рефератов и контрольных работ. Однако участие преподавателя необходимо для закрепления полученных знаний и проведения контроля для оценки знаний и выполненных работ по темам курса. Главная задача самостоятельной работы студентов - это развитие умения приобретения научных знаний путем личного поиска информации, формирования активного интереса к творческому подходу в учебной работе и при выполнении курсовых работ, рефератов и в заключении обучения - дипломной работы [6].
.5 Проектирование учебных изданий нового поколения
В рассматриваемом учебном пособии «Сборник тестовых задач по теории автоматического управления» авторов А.М. Малышенко и О.С. Вадутова предлагаются тестовые задания, которые рассчитаны на репродуктивный уровень знаний (первые уровни по таксономии Блума - знание, понимание). Нужно отметить, что при написании квалификационной работы для модернизации были использованы не все разделы пособия, а только первые десять глав (за исключением второй и седьмой глав), так как именно они охватывают тематику линейных систем управления, тематику, в которой разрабатывались задания в тестовой форме в рамках дипломной работы. В данной выпускной квалификационной работе предложены задания в тестовой форме, отличающиеся по форме, а некоторые и по содержанию от заданий, предложенных в учебном пособии. Кроме того, в процессе работы были разработаны задания более сложные, которые могут быть успешно применены для самостоятельной работы студентов, а также в качестве индивидуальных домашних заданий. Особенно важно это отметить при условии, что на основании подготовленных заданий в тестовой форме был разработан блог, в который включены не только сами задания, но и генезис знания по теме, ссылки на дополнительные и пояснительные материалы, а также материалы для углубленного изучения предмета.
1.5.1 Электронные образовательные ресурсы
Электронные образовательные ресурсы (ЭОР) - это учебные материалы, для воспроизведения которых используются различные электронные устройства. ЭОР удобно классифицировать по степени отличия от традиционных полиграфических учебников.
Самые простые ЭОР - это текстографические. Они отличаются от книг тем, что материал представляется на экранекомпьютера, а не на бумаге. Но в то же время его легко перенести на бумагу.
ЭОР второй группы тоже текстографические, но существенное отличие заключается в навигации по тексту.
Страницы книги мы читаем последовательно, при этом осуществляя так называемую линейную навигацию. В то же время достаточно часто в учебном тексте встречаются термины или ссылки на другой раздел того же текста. В таких случаях книга не вполне удобна: появляется необходимость разыскивать пояснения, пролистывая множество страниц.
В ЭОР такую навигацию можно сделать гораздо комфортнее, например, можно указать на незнакомый термин и тут же получить его определение в дополнительном окне.
В данном случае навигация по тексту является нелинейной, то есть фрагменты текста просматриваются в произвольном порядке.
Очевидно, что ожидать от информатизации повышения качества образования можно лишь при условии, что новые продукты будут обладать определенными инновационными качествами.
К таким качествам ЭОР можно отнести следующее.
. Обеспечение всех компонентов образовательного процесса:
−получение информации;
−практические занятия;
−аттестация (контроль учебных достижений).
2. Интерактивность, обеспечивающая расширение возможностей самостоятельной учебной работы.
. Возможность более полноценного обучения вне аудитории.
Полноценность в данном случае подразумевает реализацию на персональном компьютере таких видов учебной деятельности, которые раньше можно было выполнить только в стенах университета. Например, изучение нового материала на предметной основе, лабораторный эксперимент, текущий контроль знаний с оценкой, коллективная учебная работа удаленных пользователей [7].
1.5.2 «Бессмертность» бумажного учебника
В течение всего XX века предпринимались неоднократные попытки революционизировать технологию создания учебников, заменяя привычный бумажный учебник различными новациями: слайдоучебником, киноучебником, рабочей книгой, учебником - газетой, наконец, компьютерным учебником. Ни одна из этих попыток не увенчалась успехом: бумажный учебник оставался главным источником знаний в учебном процессе. И в этом стихийно проявилась основная особенность человеческого восприятия информации, подмеченная и возведённая в принцип гештальт психологами: это целостность восприятия информации человеком. Казалось бы, в пустяковом факте, заключающемся в том, что человек может держать в руках и обозревать в целом всю книгу и каждую страницу в отдельности, отражаются особенности его восприятия и потребность оценивать подлежащий изучению предмет в целом. По-видимому, это формирует у человека установку на деятельность и позволяет ему отслеживать свое продвижение в материале. Ни один другой носитель учебной информации не даёт ученику такой возможности, поэтому, прогнозируя будущее бумажного учебника, можно предположить, что он постоянно будет входить одним из компонентов в любые комбинированные системы будущего, как это происходит в настоящее время [8].
2. Модернизация раздела учебного пособия
Модернизация учебного пособия в рамках данной выпускной квалификационной работы заключается не только в разработке блока тестовых заданий по различным темам, но и в поиске дополнительных элементов дидактического аппарата рассмотренных глав и создании блога на основании этих материалов.
.1 Анализ учебного пособия
В процессе комплексного анализа учебного пособия «Сборник тестовых задач по теории автоматического управления» авторов А.М. Малышенко и О.С. Вадутова выполнены оценка жанровой и формальной рубрикации пособия, анализ дидактического аппарата главы, проведен анализ основной части главы, а также оценена полнота издательского аппарата.
.1.1 Анализ структуры учебного пособия «Сборник тестовых задач по теории автоматического управления»
Структура произведения определяется жанровой и формальной рубрикацией.
Необходимые составляющие жанровой рубрикации произведения учебного издания: введение, основная часть, заключение.
Формальная рубрикация произведения определяется делением его на модули: части, разделы, главы, параграфы. Анализ особенностей формальной рубрикации предполагает выявление соответствия между названиями и объёмом разделов и подразделов.
Результаты оценки особенности жанровой и формальной рубрикации учебника представлены в таблицах 4 и 5.
Таблица 4 - Жанровая рубрикация пособия
Составляющие «Произведения»Объём стр.ПримечанияВведение 2Основная часть 346Заключение-
Таблица 5 - Формальная рубрикация пособия
Элементы рубрикацииКоличествоПримечанияРаздел-Глава14ПараграфОт 3 до 7Абзац-
Композиция учебного пособия не отвечает типовой структуре, так как в нем отсутствует заключение. Заключение требует доработки в соответствии с рекомендуемой схемой:
-обобщение информации, основные выводы;
-рекомендации по углубленному изучению дисциплины;
-заключение или резюме.
Информация в пособии равномерно распределена по главам. Главы включают от 3 до 7 параграфов.
.1.2 Анализ дидактического аппарата учебного пособия
Анализ дидактического аппарата учебного пособия включает следующие пункты:
-анализ структуры и содержания «Введения»;
-анализ структуры и содержание «Заключения»;
-оценку особенностей дидактического аппарата глав учебника.
Анализ в этой части будет состоять только из первого и последнего пунктов, так как заключение в рассматриваемом учебном пособии отсутствует.
В таблице 6 приведен краткий анализ введения.
Таблица 6 - Анализ введения
Составные части введенияПримечаниеТеоретическая и предметная характеристики. -Историческая характеристика-Методическая составляющая+Условные обозначения и сокращения+Концовка, резюме-
Введение в данном учебном пособии выполняет свою роль частично, поэтому требует доработки. Во введении не представлена общая установка на изучение курса, а также его структура, кроме того, не показана связь с предшествующими знаниями и последующим материалом в курсе обучения. Также во введении нет концовки или резюме.
Анализ и оценка дидактического аппарата третьей главы представлена в таблице 7.
Таблица 7 - Дидактический аппарат главы
Основные блокиПримечание1. Блок ориентировки и актуализации.-− Цель;-− результаты усвоения модуля;-− план/аннотация;-− краткое резюме о содержании предыдущих глав;-− контрольные вопросы по ранее пройденному материал;-− глоссарий/ словарь базовых понятий; -− условные обозначения; -− сокращения.-2. Блок основной информации.См. таблицу 83. Дополнительная информация.-4. Пояснительные тексты.-5. Блок систематизации информации:− формулы,+− схемы,+− графики,+− диаграммы,-− таблицы,+− фотографии.-6. Элементы организации познавательной деятельности:− сигнальные значки,-− символы определений,-− символы ключевых моментов,-− советы, консультации,-− рекомендации, подсказки,-− примеры наиболее распространённых ошибок,-− адреса тематических сайтов.-7. Характер заданий: − рецептивные____________________; − репродуктивные_________________; − продуктивные __________________. Задания ориентированы на уровни усвоения: − знание________________________; − понимание_____________________; − применение____________________; − анализ________________________; − синтез________________________; − оценка.________________________.-8. Блок закрепления и самоконтроля.-Формы учебных заданий: − вопросы, − примеры, − упражнения, − задания в тестовой форме.
В таблице 8 представлен анализ основной части третьей главы исследуемого учебного пособия.
Таблица 8 - Анализ основной части главы
Анализируемые параметры, критерииПрим1. Научность: − достоверность и точность приводимых научных фактов (НФ), − целесообразность включения НФ, истинность связей и взаимоотношений между ними, − точность приводимых сведений и их качество.-2. Системность изложения (логическая последовательность, аргументированность выводов, доказательность приводимых положений).+3. Доступность изложения: соответствие формы изложения, языка, стиля возможностям восприятия и усвоения информации студентами. +4. Целостность структуры произведения:− соответствие содержания разделов их названиям,+− взаимосвязь разделов между собой.+5. Полнота изложения: материал, изложенный в учебном издании, соответствует содержанию программы учебного курса.+6. Структура текста включает:− основной,-− пояснительный,-− дополнительный текст.-7. Основной текст содержит классификации (законы, закономерности, правила, нормы, инструкции…) -8. Пояснительные тексты содержат: − исторические справки, − краткие биографии учёных, их портреты, − примеры использования или внедрения научных идей.-9. Дополнительные тексты связаны с основным ссылками, включают: приложения, документы, справочные данные.-10. Терминологический фонд: − термины раскрывают профессиональную основу дисциплины, − термины и понятия раскрываются и объясняются по ходу развития темы, − терминологический состав обучающего издания оптимален, − каждый термин подразумевает только одно понятие.-11. Иллюстрации.− Характер иллюстраций: предметные, абстрактные, образные.+− Вид иллюстраций: схемы, графики, рисунки, таблицы, др.+− Качество иллюстраций.+− Соответствие иллюстраций фрагментам текста (по содержанию).+− Правильность размещения иллюстраций.+− Иллюстрации обеспечивают:-Наглядность объектов, процессов, связей и отношений, Комментирование, разъяснение, углубление смысла текста, Помощь в запоминании и усвоении знаний.
Блок ориентировки главы требует доработки. Глоссарий, условные обозначения и сокращения в главе не представлены и также требуют доработки. Блок систематизации информации представлен формулами, схемами, графиками и таблицами.
Проведем анализ части произведения. Основная часть включает следующие разделы:
.1 Передаточные функции и передаточные матрицы.
.2 Типовые временные характеристики.
.3 Частотные характеристики.
.4 Типовые динамические звенья линейных непрерывных систем и их характеристики.
Текст исследуемой главы трудно поддается типовой оценке, так как представляет собой собрание тестовых заданий по теме «Типовые характеристики динамических свойств линейных непрерывных объектов и систем автоматического управления». Однако можно утверждать, что текст характеризует высокая степень научности, системности и доступности изложения. Терминологический состав учебного материала оптимален для проверки уровня знаний терминологии у студента. Иллюстрации представлены рисунками, таблицами и графиками, обеспечивающими наглядность заданий.
.1.3 Оценка полноты издательского аппарата
«Гипертекстность» традиционной учебной книги увеличивается при наличии развитого аппарата издания. Он позволяет обеспечить необходимое многообразие входов в содержание.
В таблице 9 представлена краткая характеристика издательского аппарата пособия «Сборник тестовых задач по теории автоматического управления».
Таблица 9 - Оценка аппарата издания
Составляющие издательского аппаратаПримечаниеТитульные листы с выходными сведениями* +Прикнижная (издательская) аннотация*+Предисловие +Оглавление *+Библиографические списки *-Списки условных обозначений и сокращений *-Вспомогательные указатели *-Колонтитулы+Эпиграфы-Посвящение-Абреже-*Необходимые составляющие аппарата
Нужно отметить, что аппарат издания не содержит таких необходимых составляющих, как библиографические списки, списки условных сокращений и вспомогательных указателей. Кроме указанных пунктов, в пособии также отсутствуют эпиграфы, посвящение и абреже.
.1.4 Практическое занятие
В рамках педагогической практики на кафедре интегрированных компьютерных систем управления было проведено практическое занятие с использованием материалов шестой главы «Устойчивость линейных непрерывных систем автоматического управления» учебного пособия «Сборник тестовых задач по теории автоматического управления» авторов А.М. Малышенко и О.С. Вадутова. Анализ проведенного занятия в Приложении А.
Нужно отметить, что в ходе проведения занятия была отмечена низкая активность студентов и невысокая заинтересованность темой, несмотря на то, что она является ключевой в рамках курса. В связи с этим возникает потребность привлечения студентов к самостоятельной работе, чему может способствовать создание современных электронных образовательных ресурсов, позволяющих студенту не только выполнять задания «на бумаге», но и дающих возможность работать с различными аудио- и видеоматериалами, интерактивными ссылками и разнообразными формами заданий. В рамках выпускной квалификационной работы эта задача решена посредством создания авторского блога.
2.2 Модернизация дидактического аппарата главы
В процессе разработки блоков ориентировки и мотивации сформулированы цель и результаты обучения, кроме того, разработан глоссарий для рассматриваемой главы.
.2.1 Цель и мотивация
Целевой установкой для студента при работе с третьей главой учебного пособия «Сборник тестовых задач по теории автоматического управления» может служить профессиональная компетенция в области научно-исследовательской деятельности: способность формировать математические модели элементов мехатронных и робототехнических систем (информационных, электромеханических, электрогидравлических, электронных элементов, в том числе, элементов вычислительной техники), а также математические модели мехатронных и робототехнических систем (ПК-1).
.2.2 Результаты обучения
Студент в результате работы с третьей главой представленного учебного пособия будет знать:
З1. понятие «передаточная функция системы».
З2. вид графика статической характеристики звеньев (инерционного, интегрирующего, дифференцирующего) линеаризованной системы.
З3. понятие «передаточная матрица».
З4. понятие «единичной ступенчатой функции».
З5. понятие «функции веса».
З6. понятие «дельта-функции».
З7. понятие «частотная передаточная функция».
З8. понятие «амплитудно-фазовая частотная характеристика».
З9. понятие «амплитудно-частотная характеристика».
З10. понятие «фазо-частотная характеристика».
З11. типовые динамические звенья.
Студент в результате работы с учебным пособием будет уметь:
У1. находить передаточную функцию звена по дифференциальному уравнению.
У2. устанавливать связь между переходной функцией и функцией веса.
У3. вычислять частотную передаточную функцию.
У4. строить график АФЧХ.
.2.3 Глоссарий
Амплитудно-фазовая частотная характеристика - геометрическое место концов векторов (годограф), соответствующих частотной передаточной функции при изменении частоты от нуля до бесконечности.
Амплитудно-частотная характеристика показывает, как пропускает звено сигнал различной частоты.
Дельта-функция - производная от единичной ступенчатой функции.
Динамическое звено - устройство любой физической природы и конструктивного оформления, но описываемое определенным дифференциальным уравнением.
Единичная ступенчатая функция - скачкообразное воздействие при величине скачка, равной единице.
Переходная функция - график, описывающий переходный процесс на выходе звена, возникающий при подаче на его вход единичного скачкообразного воздействия.
Фазо-частотная характеристика показывает фазовые сдвиги, вносимые звеном на различных частотах.
Функция веса - реакция звена на единичную импульсную функцию, поданную на его вход.
Частотная передаточная функция - комплексное число, модуль которого равен отношения амплитуды выходной величины к амплитуде входной, а аргумент - сдвигу фаз выходной величины по отношению к входной.
.2.4 Разработка банка дополнительных материалов
В ходе работы над блоком дополнительных материалов был выполнен анализ информации, полученной из Интернет-ресурсов. Также нужно отметить, что сведения из банка дополнительных материалов не следует относить к какой-либо конкретной главе учебного пособия. Но предложенные материалы могут представлять отдельную главу, имеющую осведомительный характер, так как информация, представленная в них, не является необходимой составляющей сборника задач, каковым является «Сборник тестовых задач по теории автоматического управления» авторов А.М. Малышенко и О.С. Вадутова.
Генезис знания
Пьер-Симо́н, маркиз де Лапла́с (23 марта 1749 - 5 марта 1827) - французский математик, механик, физикиастроном; известен работами в областинебесной механики, дифференциальных уравнений, один из создателейтеории вероятностей. Заслуги Лапласа в области чистой и прикладной математики и особенно в астрономии громадны: он усовершенствовал почти все разделы этих наук.
Более подробную информацию о жизни и трудах, а также научные труды Лапласа можно найти в [9].
Гарри Найквист.Nyquist(néFebruary 7, 1889 - April 4, 1976) was an important contributor tocommunication theory.
Более подробную информацию о жизни и работах Гарри Найквиста можно найти в [10] (на английском языке).
Бори́с Никола́евич Петро́в (26 февраля [11марта] 1913, Смоленск - 23 августа 1980, Москва) - советский учёный в области автоматического управления, академик АН СССР (1960; член-корреспондент 1953), Герой Социалистического Труда(1969).
Основные труды по теории автоматического регулирования, теории инвариантности систем автоматического управления, самонастраивающимся системам, информационным проблемам теории управления, системам автоматического управления движущимися объектами. Результаты, полученные Петровым в теории автоматического управления сложными объектами, нашли широкое применение в ракетно-космической технике. Кроме того, более подробную информацию о жизни и трудах Бориса Николаевича можно найти в [11].
Авенир Аркадьевич Воронов (28.11.1910 - 17.10.1992).
Воронов Авенир Аркадьевич, советский учёный в области теории автоматического управления, академик АН СССР (1970). Член КПСС с 1943. В 1938 окончил Ленинградский политехнический институт и работал инженером на ГРЭС в г. Балахна Горьковской области. С 1946 преподаватель МВТУ им. Баумана, с 1948 сотрудник института автоматики и телемеханики (ныне институт проблем управления), в 1955-64 заместитель директора института электромеханики АН СССР, в 1964-70 заместитель директора института проблем управления, с 1970 директор института автоматики и процессов управления Дальневосточного научного центра АН СССР. В 1958-64 преподавал в Ленинградском политехническом институте и с 1966 в Московском институте радиотехники, электроники и автоматики. Предложил новые методы исследования динамических процессов в линейных и нелинейных системах; разработал методы синтеза цифровых вычислительных устройств для программного управления; совместно с учениками разработал частотные методы моделирования, позволяющие осуществить оптимальный выбор систем обработки информации. Награждён орденом Красного Знамени и медалями.
Гермоген Сергеевич Поспелов. (25.05.1914 - 24.11.1998).
Широко известный деятель в области теории автоматического управления - Гермоген Сергеевич Поспелов. Подробную информацию о его биографии и трудах можно найти в [12].
Материалы для углубленного изучения
. «Современная теория управления» - учебник на английском языке для более углубленного изучения предмета.
Modern control theory William L. Brogan.
2. Типовые и нетиповые задачи (особенно в области химических процессов) для закрепления полученных знаний [13].
. Вебинар профессора Московского технологического института Никульчева Евгения Витальевича в двух частях. Вебинар посвящен основным понятиям теории управления. Является хорошим подспорьем для тех, кто уже знаком с основами теории управления.
. Лабораторные работы не только по типовым звеньям, но и по другим темам, связанным с ними. Лабораторные работы выполняются в пакетах VisSim и Jigrein [14].
Пояснительные материалы
. Динамичный сайт, где предложено описание основных характеристик типовых звеньев с интерактивным интерфейсом [15].
Это интересно
. Подборка более чем двухсот книг отечественных и зарубежных авторов по теории автоматического управления [16].
. Форум о физической реализации типовых звеньев [17].
.3 Разработка блога
В общем случае, блог (англ.blog, отweb log-интернет-журнал событий, интернет-дневник, онлайн-дневник) - веб-сайт, основное содержимое которого- регулярно добавляемые записи, содержащие текст, изображения илимультимедиа. Отличия блога от традиционногодневникаобусловливаются средой: блоги обычно публичны и предполагают сторонних читателей, которые могут вступить в публичную полемику с автором (в комментарии к блогозаписи или своих блогах).
Отметим некоторые функции блогов.
Самопрезентация. Существует целый класс блогов, предназначенных для публикации и обсуждения произведений автора: прозы, стихов, публицистики, фотографий, рисунков и других творческих результатов своей деятельности, с которыми авторы хотели бы поделиться с другими.
Саморазвитие и/или рефлексия. Эта функция связана с тем, что блог предоставляет возможность авторам создать образ иного Я, возможно, такого, к которому автор стремится. Некоторые авторы в опросах отмечают, что публичность блога вынуждает их более грамотно и логично структурировать свои мысли, что помогает им и самим лучше понять переживаемые события - при изложении своей проблемы или идеи в письменном виде становится легче анализировать ситуацию.
Функция мемуаров. Как и традиционный бумажный дневник, блог может осознаваться как место для записей, которые могут пригодиться в будущем.
Коммуникативная функция. Большинство блогеров говорят, что ведут или читают блоги ради общения с интересными им людьми. В первую очередь это возможность сказать что-то один раз так, чтобы это услышали многие. Как для «читателей», так и для «писателей» можно выделить два направления коммуникативной мотивации в использовании блогов - общение со знакомыми и расширение круга общения. В то время как одни люди заводят блог для удобства коммуникации с имеющимися знакомыми, другие заводят блог для того, чтобы познакомиться с новыми людьми, для расширения своей аудитории.
Функция развлечения. Многие люди предпочитают ведение блога, чтение блогов и дискуссии в комментариях в качестве развлекательного времяпрепровождения, особенно, если они по каким-либо причинам ограничены в других средствах развлечения [18].
Создадим авторский блог «Теория автоматического управления» с помощью сервиса Blogger.com, предоставляемого компанией Google. Скриншот главной страницы блога приведена на рисунке 1. Скриншоты других страниц блога представлены в Приложении Б.
Рисунок 1 - Главная страница блога
.4 Разработка заданий в тестовой форме
Педагогическое тестирование - это форма измерения знаний обучающихся, основанная на применении педагогических тестов. Включает в себя подготовку качественных тестов, собственно проведение тестирования и последующую обработку результатов, которая даёт оценку успеваемости тестируемых.
Педагогический тест- это инструмент оценивания обученности обучающихся, состоящий из системы тестовых заданий, стандартизованной процедуры проведения, обработки, а также анализа результатов.
Преимущества тестирования:
−такая форма контроля является более качественным и объективным способом оценивания, его объективность достигается путем стандартизации процедуры проведения;
−тестирование - более справедливый метод, оно ставит всех обучаемых в равные условия, как в процессе контроля, так и в процессе оценки, практически исключая субъективизм преподавателя;
−тесты - более объёмный инструмент, поскольку тестирование может включать в себя задания по всем темам курса, в то время как на устный экзамен, например, обычно выносится от двух до четырех тем.
−тест - более точный инструмент, так, например, шкала оценивания теста из 20 вопросов, состоит из 20 делений, в то время как обычная шкала оценки знаний - только из четырёх;
−тестирование более эффективно с экономической точки зрения. Основные затраты при тестировании приходятся на разработку качественного инструментария, то есть имеют разовый характер. Затраты времени также на проведение теста значительно ниже, чем при письменном или устном контроле;
−тестирование - более мягкий инструмент контроля, оно ставит всех обучающихся в равные условия, так как используется единая процедура и единые критерии оценки, что приводит к снижению предэкзаменационных нервных напряжений.
Недостатки тестирования:
−разработка качественного тестового инструментария- длительный, трудоемкий и дорогостоящий процесс. Стандартные тесты для большинства дисциплин ещё не разработаны, а разработанные часто имеют низкое качество;
−данные, получаемые преподавателем в результате тестирования, хотя и включают в себя информацию о пробелах в знаниях по конкретным разделам, но не позволяют судить о причинах этих пробелов;
−тестирование не позволяет проверять и оценивать высокие, продуктивные уровни знаний (вероятностные, абстрактные или методологические знания);
−часто обучаемы при тестировании, в отличие от устного или письменного экзамена, не имеет достаточно времени для сколько-нибудь глубокого анализа темы;
−обеспечение объективности и справедливости теста требует принятия специальных мер по обеспечению конфиденциальности тестовых заданий;
−в тестировании присутствует элемент случайности.
Тесты представляют собой особую совокупность заданий, которые позволяют дать объективную, сопоставимую, количественную оценку качества подготовки обучаемого в конкретной образовательной области. В свою очередь, объективность и возможность измерить качество образования открывают широкие возможности для управления учебным процессом - от корректировки содержания образовательных стандартов и программ до совершенствования методов преподавания и повышения эффективности самостоятельных занятий студентов.
Разработанные задания в тестовой форме, классифицированные по темам «Сборника тестовых задач по теории автоматического управления», представлены в Приложении В.
2.4.1 Разработка заданий с выбором правильного ответа
Задания с выбором одного правильного ответа, наиболее правильного и нескольких правильных ответов представлены в таблице 10.
Таблица 10 - Задания с выбором одного правильного ответа
Название принципаТекст заданияЭталон ответаЗадания с выбором одного правильного ответа Инструкция: обведите кружком номер правильного ответаПротивоположности1. Система с характеристическим уравнением 2s4+3s3+5s+1=0 1) устойчива 2) неустойчива1Противоречивости1. Связь между инерционностью системы и нулями передаточной функции 1) существует 2) отсутствует1Однородности1. Основное влияние на длительность переходного процесса в системе оказывает участок ЛАЧХ 1) низкочастотный 2) среднечастотный 3) высокочастотный 2Градуированности1. Если все корни характеристического уравнения нелинейной системы, соответствующего её линейной модели первого приближения находятся в левой полуплоскости, то невозмущенное движение этой системы «в большом» 1) устойчиво 2) на границе устойчивости 3) неустойчиво1Сочетания цепочкой1. В «расширенный объект управления» входят устройства 1) наблюдающие и сравнивающие 2) сравнивающие и исполнительные 3) исполнительные и измерительные 3Сочетания с добавлением1. По АФЧХ разомкнутой системы, используя критерий Найквиста, можно судить об устойчивости систем 1) замкнутых с отрицательной обратной связью 2) замкнутых с положительной обратной связью1Сочетания разных понятий1. К задачам регулирования относятся задачи 1) реконфигурации связей и стабилизации 2) слежения и финитного управления 3) переалгоритмизации и финитного управления2Кумуляции1. Свойства САР при замене в ней П-регулятора ПИ-регулятором изменятся следующим образом 1) снижается статическая ошибка 2) снижается статическая ошибка и ухудшается устойчивость 3) снижается статическая ошибка, ухудшается устойчивость и повышается быстродействие2Удвоенного противопоставления1. При замене в СР П-регулятора ПИД-регулятором могут быть достигнуты следующие эффекты 1) снижение статической ошибки и снижение быстродействия системы 2) повышение статической ошибки и снижение быстродействия системы 3) снижение статической ошибки и повышение быстродействия системы 4) повышение статической ошибки и повышение быстродействия системы3Фасетности1. При управлении{лифтом в жилом доме/ракетой класса «воздух-воздух»/манипулятором для установки заготовок в токарный станок} реализуются задачи 1) Программного управления 2) терминального управления 3) финитного управления 4) слежения1. 3,1,4Импликации1. Если система не удовлетворяет условию абсолютной устойчивости, то она «в малом» 1) может быть устойчива 2) не может быть устойчива1Задания (два) с выбором наиболее правильного ответа Инструкция: обвести кружком номер наиболее правильного ответа1. В дискретных системах 1) все переменные квантованы по уровню или по времени 2) минимум одна переменная квантована по уровню и по времени 3) минимум одна переменная квантована по уровню или по времени2.Передаточная функция линейной стационарной обыкновенной непрерывной системы с одним входом и одним выходом это 1) отношение выходного сигнала к входному 2) отношение выходного сигнала к входному при нулевых условиях 3) отношение изображения по Лапласу выходного сигнала к изображению по Лапласу входного сигнала 4) отношение изображения по Лапласу выходного сигнала к изображению по Лапласу входного сигнала при нулевых начальных условиях1. 3 2. 4Задания (два)с выбором нескольких правильных ответов Инструкция: обвести кружочком номера всех правильных ответов1 К задачам регулирования относятся 1) параметрическая перенастройка 2) переалгоритмизация 3) слежение 4) реконфигурация 5) программное управление 6) структурных связей 7) стабилизация 8) терминальное управление 9) финитное управление 10) экстремальное управление2 Типовые задачи регулирования это 1) программное управление 2) адаптивное управление 3) цифровое управление 4) стабилизация 5) терминальное управление 6) автоматическое управление 7) финитное управление 8) экстремальное управление1.3,5,8,9 2. 2,3,6
Система оценивания заданий с выбором представлена в таблице 11.
Таблица 11 - Система оценивания
Задания с выбором одного правильного ответа1. Правильный ответ - 1 балл, неправильный ответ - 0 баллов.Задания с выбором наиболее правильного ответа1. Правильный ответ - 1 балл, неправильный ответ - 0 баллов.Задания с выбором нескольких правильных ответов1. Правильный ответ - 3 балла, 1 ошибка - 2 балла, 2 ошибки - 1 балл, 3 и более ошибок - 0 баллов.
.4.2 Разработка заданий с дополнением
Рассмотрим задания с кратким ответом и задания со свободно конструируемым ответом.
Задания с кратким ответом
Примеры заданий с кратким ответом представлены в таблице 12.
Таблица 12 - Задания с кратким ответом
Название принципаТекст заданияЭталон ответаЗадания с кратким ответом. Инструкция: дополните предложения.Логическая определенность содержания заданияПередаточная функция - это отношение выходного сигнала к ________ сигналу.входномуВариативность (фасетность) содержания задания1. Система, в которой управление объектом реализуется с помощью {только технических устройств/технических устройств и человека/только человека}, называется _____________________.1. Автоматической/ Автоматизированной/ РучнойОбратимость содержания задания1. Декадой называется диапазон частот от какой-либо произвольной частоты до ее _________________ значения. Обратное утверждение: 2. Диапазон частот от какой-либо произвольной частоты до ее удесятеренного значения называется _____________.Импликации «Если ... то».1. Если звенья соединены последовательно, то после преобразования схемы передаточная функция равна _______________ этих звеньев.произведениюЗадания с кратким ответом (Текстовые задания) Инструкция: заполните все пропуски.1. ЛСОН-система - это: ________ (1) - система, описываемая линейной математической моделью; ________ (2) - все коэффициенты математической модели константы; ________ (3) - в математической модели присутствуют только обыкновенные производные по времени; ________ (4) - внутренние и выходные переменные не квантованы ни по уровню, ни по времени.2. Существуют алгебраические и частотные критерии устойчивости систем. Наиболее распространенными алгебраическими критериями являются критерий __________ (1) и критерий ___________ (2), а частотными - критерий _________ (3) и критерий _________ (4).1. линейная, стационарная, обыкновенная, непрерывная 2. Гурвица, Рауса, Найквиста, Михайлова
Система оценивания заданий с выбором представлена в таблице 13.
Таблица 13 - Система оценивания
Задания с кратким ответом1. Правильный ответ - 1 балл, неправильный ответ - 0 баллов.Текстовые задания1. Правильный ответ - 3 балл, 1 неправильный ответ - 2 балла, 2 неправильных ответа - 1 балл, 3 или 4 неправильных ответа - 0 баллов.
Задания со свободно конструируемым ответом
Задание 1. Инструкция: запишите все этапы решения.
Задание: определить устойчивость системы, имеющей в основной цепи звено с передаточной функцией , а в обратной связи - звено с передаточной функцией ? Обратная связь отрицательная.
Элементы ответа (допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла):
) Записана эквивалентная передаточная функция соединения с обратной связью.
) Приведено характеристическое уравнение системы.
) Записан критерий Гурвица для частного случая.
) Вывод об устойчивости системы.
Таблица 14 Система оценивания:
Указание к оцениваниюБаллРешение правильное и полное, включающее все приведенные выше элементы (рисунок не обязателен)3Решение включает 1-й, 3-й и 4-й из приведенных выше элементов2Решение неполное, включает 1-й и 2-й или 1-й и 4-й из приведенных выше элементов1Все элементы записаны неверно или записан правильно только один элемент (1-й, 3-й или 4-й)0Максимальный балл:3
Задание 2. Инструкция: дайте наиболее полный ответ по всем пунктам задания.
Задание: оцените качество переходного процесса, изображенного на рисунке. Укажите алгоритмы нахождения показателей качества.
Рисунок 2 - Переходный процесс
Элементы ответа:
1)Определить время переходного процесса tп.
2)Определить перерегулирование σ.
3)Вычислить период колебаний Т.
)Определить время первого согласования t.
)Вычислить декремент затухания d.
Система оценивания представлена в таблице 15.
Таблица 15 - Система оценивания
Минимальный ответ (0,6)Раскрытый ответ (0,8)Ответ, достойный образца (1)ОтметкаПолнота ответаУказан способ нахожденияУказано числовое значениеУказан и способ нахождения, и числовое значение
Таблица 16
Алгоритм оценивания:БаллыПравильно указаны все показатели качества3-5Не указан 1 показатель качества2,4-4Не указано 2 показателя качества1,8-3Не указано 3 показателя качества1,2-2Не указано 4 или 5 показателей качества0-1Максимальный балл:5
.4.3 Разработка заданий на установление правильной последовательности
Задание на установление соответствия(парное соответствие), диагностирующее знание наименований, имен смысла названий, выражений для бланочного тестирования.
Инструкция: установите соответствие.
Задание: установите соответствие между характеристиками системы и их обозначениями.
Таблица 17
ХарактеристикаОбозначениеА) Переходная функция1) w(t)Б) Весовая функция2) h(t)В) Передаточная функция3) x(t) 4) W(t) 5) 1(t)АБВ
Критерии оценивания:
правильный ответ - 2 балла,
ошибка - 1 балл,
или 3 ошибки - 0 баллов.
Задание на установление соответствия(одному элементу левого списка соответствует несколько элементов правого), диагностирующее причинно-следственные или классификационные знания, тетрадное тестирование.
Инструкция: установите соответствие. Каждому элементу из левого списка соответствует несколько элементов из правого списка.
Задание: установите соответствие между видами показателей качества и показателями качества.
Таблица 17
Виды показателей качестваПоказатели1) ПрямыеА) Степень устойчивости системы2) КосвенныеБ) ПеререгулированиеВ) Время переходного процессаГ) Степень колебательностиД) Декремент затуханияЕ) Период колебаний
Ответы: 1) 2)
Критерии оценивания:
правильны ответ - 4 балла,
ошибка - 3 балла,
ошибки - 2 балла,
ошибки - 1 балл,
и больше ошибок - 0 баллов.
Задание на установление соответствия матричного типа, диагностирующее ассоциативные знания, компьютерное тестирование.
Инструкция: установите соответствие. Каждому элементу первого списка соответствует один элемент второго списка, а каждому элементу из второго списка соответствует один элемент из третьего списка.
Задание: установите соответствие между видами показателей качества, показателями качества и их обозначениями.
Таблица 18
Виды показателей качестваПоказателиОбозначенияI) ПрямыеА) Степень устойчивости системы1) μ(t)II) КосвенныеБ) Перерегулирование2) tппВ) Время переходного процесса3) ТГ) Степень колебательности4) h(t)Д) Декремент затухания5) ηЕ) Период колебаний6) T1c7) d8) y(∞)9) σ
Ответ: I) II)
А) Б) В) Г) Д) Е)
Задание на установление правильной последовательности, диагностирующее алгоритмические или процессуальные знания.
Инструкция: установите правильную последовательность, пронумировав последовательно высказывания.
Задание: укажите последовательность действий при оценке устойчивости системы по критерию Михайлова.
−Построить на комплексной плоскости годограф Михайлова.
−Заменить s на jw.
−Получить характеристическое уравнение системы.
−Применить к годографу критерий Михайлова.
−Записать характеристический полином.
Критерии оценивания:
Правильный ответ - 2 балла,
неправильный ответ - 0 баллов.
Задание на установление правильной последовательности, проверяющее знание определений.
Инструкция: установите правильную последовательность слов в определении, пронумеровав слова в предложении.
Задание: дайте определение понятию «Передаточная функция».
Передаточная функция:
−Лапласово
−Выходной
−Изображение
−Нулевые
−Отношение
−Сигнал
−Изображение
−Лапласово
−Входной
−Начальные
−Сигнал
−Условия
Критерии оценивания:
правильный ответ - 1 балл,
неправильный ответ - 0 баллов.
2.4.4 Системы заданий в тестовой форме
Рассмотрим цепные задания, тематические задания, а также текстовые и ситуационные задания.
Цепные задания - это такая система заданий, в которых правильный ответ на последующее задание зависит от ответа на предыдущее. Основная причина возникновения такого свойства - зависимость заданий по содержанию.
Дописать или, где надо, обвести кружком номер правильного ответа.
Задание № 1. Тема «Алгебраические критерии устойчивости».
1.Способность системы возвращаться к состоянию установившегося равновесия после снятия возмущения, нарушившего это равновесие, называется __________.
.Одним из алгебраических критериев этого понятия является критерий
1) Найквиста
) Гурвица
) Михайлова
3.Указанный критерий применим для систем
1) разомкнутых
) замкнутых
) разомкнутых и замкнутых
4.Для указанных систем необходимо вычислить
1) характеристическое уравнение
) передаточную функцию
) весовую функцию
5.Если хотя бы один коэффициент в полученном выражении для системы второго порядка равен нулю, то система
1) устойчива
) на границе устойчивости
) неустойчива
Тематические задания - это совокупность заданий любой формы, созданная для контроля знаний по одной изученной теме.
Дописать или, где надо, обвести кружком номер правильного ответа.
Задание № 1. Тема «Устойчивость ЛСОН-систем».
1.Устойчивость системы рассматривается как устойчивость ее ___________ или устойчивость протекающих в ней ___________.
.Понятие устойчивости «в малом» было введено
1) А. Гурвиц4) Э. Дж. Раус
) Г. Найквист5) А. М. Ляпунов
) А. В. Михайлов6) В. А. Котельников
3.Если после снятия сколь угодно больших возмущений система возвращается к исходному состоянию, то считают, что она устойчива «_____________».
.Если все корни характеристического уравнения ЛСОН-системы имеют отрицательные вещественные корни, то система устойчива
1) «в малом»
) «в большом»
) «в целом»
5.Если после исчезновения возмущения система точно возвращается в начальное состояние, то она устойчива ___________.
Текстовые задания представляют собой совокупность заданий, созданных для контроля знаний конкретного учебного текста, обычно, при изучении иностранных языков. Ниже представлен пример текста и задания, составленные на его основе.
«Любой объект управления многорежимный. ОУ может быть неподвижным и подвижным (мобильным). Кроме того, ОУ может иметь параметры сосредоточенно расположенные и значительно распределенные в пространстве. Во втором случае следует это учитывать при решении вопросов управления. Распределенные объекты часто требуют для своего описания уравнений в частных производных. ОУ довольно часто относятся к классу объектов с так называемым чистым запаздыванием, которое тоже необходимо учитывать.»
Дописать или, где надо, обвести кружком номер правильного ответа.
Задание № 3. Тема «Описание ОУ».
1.Любой объект управления _________________.
.ОУ может быть _____________ и _____________ (мобильным).
.ОУ может иметь параметры ________________ расположенные и значительно _______________ в пространстве.
.Уравнений в частных производных требуют объекты
1) распределенные
) сосредоточенные
5.ОУ часто относятся к классу объектов с __________ запаздыванием
Ситуационные задания (кейс-измерители) - совокупность ситуационных моделей - включает проблемные задачи, предлагающие студенту осмыслить реальную жизненную ситуацию, описание которой не только отражает какую-либо практическую проблему, но и актуализирует определенный комплекс профессиональных знаний, необходимых для разрешения данной проблемы.
Инструкция: Вашему вниманию предлагаются задания для проверки навыков исследования ЛСОН-систем. Внимательно ознакомьтесь с описанием ситуации. В заданиях может оказаться несколько правильных ответов. Не забудьте обвести кружком номера всех правильных ответов. В остальных заданиях дополняйте пропущенное слово или знак, устанавливайте соответствие и правильную последовательность.
Задание № 1. ЛСОН система имеет следующую структуру. Масштабное звено с коэффициентом k1=2 соединено параллельно с устойчивым апериодическим звеном первого порядка (k2=1 и Т2=0,5). Далее в цепи расположено идеальное интегрирующее звено с отрицательной единичной местной обратной связью. Общая обратная связь также отрицательная, в нее включены последовательно устойчивое апериодическое звено второго порядка (k3=4 и Т3=0,05; Т4=0,4) и устойчивое колебательное звено второго порядка (k4=11 и Т5=0,2; d=2).
1.