ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ УЧЕБНЫХ ВИДЕОФИЛЬМОВ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ТОЭ

Навчальні анімаційні відеофільми, розроблені на основі Мathcad-програм, дозволяють наглядно продемонструвати деякі складні у вивченні процеси, що протікають у часі і просторі. В теоретичній електротехніці це, перш за все, явища поширення сигналу в лінії, перехідні процеси, стоячі хвилі і т. п. Навчальні відеофільми, як доповнення до лекційних чи практичних занять, сприяють кращому розуміню цих явищ і більш швидкому їх вивченню.

Современный уровень программного обеспечения позволяет получить наглядные пособия, способные наглядно демонстрировать процессы, меняющиеся и во времени, и в пространстве. Решение этой задачи заключается в использовании учебных анимационных видеофильмов. На кафедре ТОЭ ДонНТУ разработано около 20 учебных видеофильмов, применяемых при изучении наиболее трудоемких в понимании и изучении процессов и явлений.

В качестве первого примера рассмотрим кадр видеофильма Переходные процессы в цепи r – L – C. Эта цепь в ТОЭ является классическим звеном. Ее механическими аналогами являются пружинный маятник, механическая система измерительного прибора, амортизатор, противооткатное устройство орудия и т. д. Сценарием фильма предусмотрено изучение динамических свойств этой цепи при изменении ее сопротивления r. Каждый кадр фильма (рис. 1) соответствует конкретному значению r. Он содержит кривые трех напряжений цепи в переходном режиме; комплексную плоскость с изображением корневых годографов и текущим положением корней, текущие числовые значения исходных данных, значений корней и показателей переходного процесса (практическая длительность, период свободных колебаний и др.)

По мере смены кадров увеличивается активное сопротивление цепи, в соответствии с чем корни характеристического уравнения перемещаются по своим годографам на комплексной плоскости. Одновременно меняется характер кривых переходного процесса и показатели числовых табло. Таким образом, видеофильм позволяет получить наглядное представление о корневых годографах, о тесной связи между расположением корней на комплексной плоскости и характером переходного процесса, т. е. его длительностью, интенсивностью затухания, периоде свободных колебаний и т. п., а также о физическом смысле критического сопротивления.

Кадр из второго фильма Многократное отражение прямоугольного импульса в длинных линиях приведен на рис. 2. Поскольку распространение сигнала в длинной линии зависит и от времени и от координаты, этот процесс трудно отобразить на двумерном графике. Однако видеофильм, благодаря смене кадров с двумерными графиками, позволяет этот процесс оживить и наглядно показать движение сигнала и во времени, и в пространстве.

На застывшем кадре (№ 30) показаны эпюры напряжения и тока для момента времени, когда фронт импульса уже отразился от активной нагрузки, и пройдя мимо своего среза, движется к началу линии. В правой части эпюры (u = 1.778, i = 0.222) наблюдаем наложение прямой и отраженной частей импульса, а левее (u = 0.778, i = –0.222) только его отраженную часть.

Для рационального использования времени (и памяти) в видеофильме подробно (с малым шагом времени) показаны процессы отражения импульса от нагрузки и от источника, когда его амплитуда уменьшается, а его прохождение вдоль линии выполняется всего за несколько прыжков, благодаря чему делается акцент на наиболее интересных явлениях.

Одним из самых сложных для понимания (с точки зрения многих студентов) являются процессы в линиях при наличии реактивных элементов. По этой теме разработано несколько фильмов и в частности, один из кадров которого приведен на рис. 3.

Таким образом, учебные видеофильмы, являясь серьезным подспорьем при изучении сложного теоретического материала, могут с пользой применяться в качестве удобного наглядного пособия, как на аудиторных занятиях, так и при самостоятельной работе. Более того, студенты отмечают пользу такого вида обучения, а повсеместное распространение компьютерной техники этому способствует.