МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тверской государственный технический университет»
(ТвГТУ)
УТВЕРЖДАЮ
Проректор по учебновоспитательной работе
_А.В. Твардовский « _ » 20 _ г.
ПРОГРАММА
дисциплины базовой части профессионального цикла Б.3 « ЭЛЕКТРОТЕХНИКА»Направление подготовки бакалавров 230100 Информатика и вычислительная техника Машиностроительный факультет Кафедра электроснабжения и электротехники Тверь
ОГЛАВЛЕНИЕ
Лист согласования …………………………………………………………….. 1. Цели и задачи дисциплины……………………………………………….. 2. Место дисциплины в структуре ООП…………………………………… 3. Требования к уровню освоения дисциплины……………………………. 3.1. Перечень формируемых компетенций в соответствии с ФГОС ВПО ………………………………………………… 3.2. Перечень компетенций, формируемых в предметной области дисциплины дополнительно ………………………………………………….. 3.3. Проектируемые результаты освоения дисциплины ……………………. 4. Карта компетенций дисциплины………………………………………….. 5. Трудоемкость дисциплины………………………………………………... 6. Структура и содержание дисциплины…………………………................. Структура дисциплины….…………………………………… ………….… Содержание учебно-образовательных модулей…………………………… Лабораторный практикум…………………………………….. ………….... 7. Самостоятельная работа студента………………………………………… 8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины……………………………………………………… 9. Материально-техническое обеспечение………………………… ….…..... 10. Оценка, диагностика и квалиметрия результатов обучения………………………………………………………..... 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины……………………………………….. Программа дисциплины соответствует ФГОС ВПО в части требований к результатам освоения основной образовательной программы в предметной области дисциплины подготовки бакалавров по направлению 230100 Информатика и вычислительная техника учитывает рекомендации примерной программы дисциплины «Электротехника»разработчиков ФГОС ВПО и соответствует учебному плану.
Разработчик программы к.т.н., доцент Т.И. Узикова Программа рассмотрена и одобрена на заседании кафедры электроснабжения и электротехники «» 201г., протокол №.
Заведующий кафедрой А.Н. Макаров Согласовано Начальник учебно-методического отдела УМУ Д.А. Барчуков Начальник отдела комплектования зональной научной библиотеки Е.К. Егорова Заведующий выпускающей кафедрой электронно-вычислительных машин В.А. Григорьев 1. Цели и задачи дисциплины.
Предметная область дисциплины включает изучение электромагнитных явлений и процессов применительно к техническим устройствам вычислительных машин, комплексов и систем.
Объектами изучения в дисциплине являются электрические и магнитные цепи оборудования и устройств вычислительных систем.
Основной целью образования по дисциплине - изучение в наиболее общей форме качественных и количественных соотношений для электромагнитных явлений и процессов в электрических устройствах и цепях и применение полученных знаний для решения задач практического использования законов электромагнитных явлений в профессиональной деятельности.
Основными обобщенными задачами дисциплины являются:
- приобретение понимания природы процессов, происходящих в электрических устройствах и цепях;
- овладение приемами анализа электрических и магнитных цепей и электрических измерений;
- формирование: способностей безопасной работы с электрическими устройствами, электроизмерительной аппаратурой и электрическими цепями; готовности применения полученных знаний при изучении специальных дисциплин и в сфере профессиональной деятельности; мотивации и способностей для самостоятельного повышения уровня электротехнических знаний.
В результате изучения курса "Электротехника" студент должен:
-законы теории и методы анализа линейных и нелинейных цепей в стационарных и переходных режимах, - физические основы электрических измерений;
владеть:
- методами расчета переходных и установившихся процессов в линейных и нелинейных электрических цепях, - навыками работы с электротехнической аппаратурой;
- навыками обработки экспериментальных данных и оценки точности испытаний;
- выполнять и читать принципиальные электрические схемы и другую техническую документацию, разрабатывать принципиальные электрические схемы на основе типовых электрических устройств, - применять контрольно-измерительную технику, использовать законы и методы электротехники при изучении специальных дисциплин;
2. Место дисциплины в структуре ООП.
Дисциплина относится к базовой части профессионального цикла Б.3. Теоретической основой курса являются физика, математика и информатика.
Математика: разделы: “Векторный анализ ”. "Теория функций комплексного переменного", "Дифференциальное и интегральное исчисление", "Интегральные преобразования Фурье и Лапласа";
Физика: раздел "Электричество и магнетизм";
Информатика: разделы: "Вычислительные методы решения: систем линейных уравнений с вещественными и комплексными коэффициентами; дифференциальных уравнений 1-го и 2-го порядков"; операций с матрицами; простейшие навыки работы на компьютере и в сети Интернет.
Знания, полученные в соответствующих разделах, в курсе "Электротехника" расширяются и развиваются в направлении разработки методов анализа” расчета и экспериментального исследования явлений и процессов, протекающих в электрических и магнитных цепях. Это позволяет при изучении специальных дисциплин обеспечить ясное понимание физической сущности электротехнических процессов и явлений в реальных приборных устройствах, научить самостоятельно решать электротехнические задачи при анализе работы и проектировании устройств в рамках будущей специальности студента.
3. Требования к уровню освоения дисциплины.
3.1 Перечень формируемых компетенций в соответствии с ФГОС ВПО.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций:
а) владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения (ОК-1);
б) использует основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применяет методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10);
Перечень компетенций, формируемых в предметной области дисциплины дополнительно.
Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующей компетенции:
а) способностью владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик электрических цепей (КД-1);
3.3. Проектируемые результаты освоения дисциплины.
В результате освоения дисциплины студент должен:
знать: законы, физико-математические модели и методы анализа линейных и нелинейных цепей в стационарных и динамических режимах, основные требования и методики проведения измерений в электрических цепях (ОК-1, ОК-10, КД-1);
уметь: проводить расчет электрических цепей, используя методы расчета цепей постоянного тока, символический метод, методы анализа динамических режимов, использовать физические законы и математические модели при анализе и синтезе электрических цепей, использовать методы электротехники при изучении специальных дисциплин и в сфере профессиональной деятельности, уметь проводить измерения основных характеристик электрических цепей (ОК-10, КД-1);
владеть: методами расчета переходных и установившихся процессов в линейных и нелинейных электрических цепях, навыками решения задач и проведения лабораторных экспериментов по анализу и синтезу электрических цепей при изучении специальных дисциплин и в дальнейшей профессиональной деятельности, навыками проведения измерений электрических характеристик (ОК-10, КД-1) 4. Карта компетенций дисциплины.
4.1 Компетенция ОК-1:
- владением культурой мышления, способностью к обобщению, анализу, восприятию информации, постановке цели и выбору путей ее достижения Содержание компетенции:
Знать: методы, процедуры, процессы мыследеятельности; основные термины, правила, принципы, факты, параметры и критерии в предметной области дисциплины; способы создания суждений, основанных на внутренних свойствах или внешних критериях; методы критического анализа данных.
Уметь: использовать эмпирические знания в предметной области; использовать изученный материал в различных ситуациях; разделять материал на части (анализ) для выявления структуры и взаимосвязи между частями; комбинировать части в структуру (синтез) с новыми свойствами; конструировать качественные и количественные суждения, основанные на стандартах, точных критериях, теоретических предпосылках, обобщениях;
выявлять ошибки в суждениях.
Владеть: осмысленным пониманием изученного; интеграцией и экстраполяцией материала; способностью различения между фактами и следствием; синтезом гипотез, предсказаний, заключений; методами, процедурами, технологиями целепологания.
Технологии формирования: Лекции, выполнение расчетно-графических и лабораторных работ.
Формы оценочных средств:
Защита отчетов по лабораторным работам, защита расчетно-графической работы, экзамен.
4.2. Компетенция ОК-10:
-способность профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования.
Содержание компетенции:
Знать: теорию электромагнитных процессов применительно к электрическим и магнитны цепям, физические законы электрических цепей постоянного и переменного тока, закон сохранения энергии в электрических цепях, методы дифференциального и интегрального исчисления, методы работы с комплексными переменными.
Уметь: использовать физические и математические законы, методы и модели при анализе стационарных и динамических режимов электрических цепей, устанавливать основные факторы достоверности экспериментальной информации при работе электрических устройств Владеть: основными методами расчета цепей постоянного тока, комплексным методом и методами решения систем дифференциальных уравнений применительно к электрическим цепям, методами графического интегрирования при анализе нелинейных электрических и магнитных цепей.
Технологии формирования: Лекции, самостоятельная работа, лабораторные занятия, расчетно-графическая работа.
Формы оценочных средств:
Рубежный контроль, защита отчетов по лабораторным работам, экзамен.
4.3 Компетенция КД-1:
- способность владеть методами решения задач анализа и расчета характеристик электрических цепей.
Содержание компетенции:
Знать: методы анализа и синтеза электрических и магнитных цепей, применяемых в вычислительных системах, условно-графические обозначения в электрических схемах, правила работы и проведения измерений в электрических цепях.
Уметь: проводить расчеты линейных и нелинейных электрических цепей постоянного и переменного тока, символическим и графическим методами, проводить моделирование электрических цепей, применяемых в системах управления, в стационарных и динамических режимах при синусоидальных, и несинусоидальных воздействиях.
Владеть: технологией выбора оптимальных методов анализа и расчета электрических и магнитных цепей, основными методами физико-метаматематического моделирования электрических цепей при синусоидальных, несинусоидальных и динамических воздействиях, навыками решения задач и проведения измерений основных характеристик электрических и магнитных цепей применительно к специальным дисциплинам и в дальнейшей профессиональной деятельности Технологии формирования: Лекции, лабораторные работы, выполнение расчетнографических работ, самостоятельная работа.
Формы оценочных средств: Защита лабораторных и расчетно-графических работ, рубежный контроль, экзамен.
5. Трудоемкость дисциплины и виды учебной работы.
Таблица 1. Распределение трудоемкости дисциплины по видам учебной работы.
В том числе:
Самостоятельная работа (всего) В том числе:
лабораторным работам) рейтинговый, экзамен) 6. Структура и содержание дисциплины.
Структура и содержание дисциплины построены по модульно-блочному принципу. Под модулем (разделом, темой) дисциплины понимается укрупненная логико-понятийная тема, характеризующаяся общностью использованного понятийно-терминологического аппарата.
6.1 Структура дисциплины.
Таблица 2. Модули (разделы) дисциплины, трудоемкость в часах и виды учебной работы.
Методы преобразования и анализа переменного тока Анализ нелинейных электрических и магнитных цепей 6.2 Содержание учебно-образовательных модулей.
МОДУЛЬ 1 Методы преобразования и анализа электрических цепей постоянного и переменного тока ( ОК-1, ОК-10, КД-1) Введение. Предмет, содержание и особенности курса. Структура курса, его связь с другими дисциплинами и место в подготовке бакалавров. Значение электротехнического образования в современных условиях.
Основные понятия и законы электромагнитного поля и теории электрических цепей:
схема и модель электрической цепи, элементы электрической цепи (резистивный, индуктивный, емкостной) электрический ток, напряжение, э.д.с., мощность. Классификация электрических цепей. Схемы замещения пассивных и активных элементов электрической цепи. Закон Ома, законы Кирхгофа. Баланс мощности.
Основные структурные преобразования электрических цепей. Метод свертывания сопротивлений. Анализ разветвленных цепей с несколькими источниками. Метод уравнений Кирхгофа и матричная форма записи. Метод контурных токов и матричная форма реализации метода. Метод узловых потенциалов и матричная форма его реализации. Метод двух узлов.
Принцип и метод наложения. Терема об эквивалентном источнике и метод эквивалентного генератора.
Линейные цепи при гармоническом воздействии. Метод комплексных амплитуд.
Комплексное сопротивление и комплексная проводимость. Законы Ома и Кирхгофа в комплексной форме записи. Анализ цепей с индуктивно-связанными элементами.
синусоидального тока. Резонансные частотные режимы работы двухполюсников.
Резонансные характеристики Трехфазные цепи. Типы соединения фаз генератора и нагрузки. Анализ трехфазных цепей при симметричной и несимметричной нагрузке. Мощность в трехфазной цепи.
Методы измерения мощности.
многополюсников.
МОДУЛЬ 2 Динамические процессы в электрических цепях во временной области.
Анализ нелинейных электрических и магнитных цепей (ОК-1, ОК-10, КД-1) несинусоидальных сигналов. Энергетические характеристики несинусоидальных сигналов.
Анализ переходных процессов во временной области. Условия возникновения переходных режимов. Законы коммутации. Классический метод анализа переходных процессов. Переходные процессы в цепях первого порядка. Переходные процессы в цепях второго порядка Динамические режимы в линейных цепях при воздействии сигналов сложной формы и импульсных сигналах. Использование переходной и импульсной характеристики цепи для анализа цепей.
Анализ электрических цепей в частотной области. Операторный метод анализа.
Преобразование Лапласа и его применение для анализа динамических режимов. Законы Ома характеристики цепи и их определение.
Нелинейные резистивные цепи. Методы анализа (графические, аналитические, графоаналитические).
Магнитные цепи постоянного и переменного тока. Основные понятия и законы магнитных цепей. Прямая и обратная задача магнитных цепей постоянного тока. Дроссель в цепи переменного тока.
6.3 Лабораторный практикум.
Таблица 3. Лабораторный практикум и его трудоемкость.
2 Цель: Знакомство с стенда и измерительной аппаратуры средствами измерений в характеристики реального источника Приобретение неразветвленной цепи однофазного практических навыков синусоидального тока с пассивными профессиональной синусоидального тока с пассивными деятельности элементами при постоянной частоте методами анализа несинусоидальном воздействии многополюсных цепей воздействии, переходных процессов в простейшей динамическими линейной цепи первого порядка режимами работы цепи во временной области.
Приобретение навыков электрическими цепями процессов в простейшей линейной цепи в динамическом режиме второго порядка и при несинусоидальном воздействии.
7. Самостоятельная работа студента.
Цели самостоятельной работы Формирование способностей к самостоятельному познанию и обучению, поиску литературы, обобщению, оформлению и представлению полученных результатов, их критическому анализу, поиску новых и неординарных решений, аргументированному отстаиванию своих предложений, умений подготовки выступлений и ведения дискуссий.
Организация самостоятельной работы Самостоятельная работа заключается в изучении отдельных тем курса по заданию преподавателя по рекомендуемой им учебной литературе, в подготовке к лабораторному практикуму, к рубежным контролям, экзамену и выполнению расчетно-графических работ.
После вводных лекций, в которых обозначается содержание дисциплины, ее проблематика и практическая значимость, студентам выдаются варианты расчетно-графических работ.
Качество расчетно-графической работы (ее структура, полнота, правильность расчетов, самостоятельность при его написании, полнота обобщений и выводов обобщений и выводов, соответствие оформления требованиям государственных стандартов) учитываются в системе балльно-рейтингового контроля и экзаменационной оценке по дисциплине.
Содержание самостоятельной работы Тематика самостоятельной работы имеет профессионально-ориентированный характер и непосредственную связь рассматриваемых вопросов с будущей профессиональной деятельности выпускника, т.е. системно-деятельностную направленность. Возможная тематическая направленность расчетно-графической работы для каждого учебнообразовательного модуля и области профессиональных знаний представлена в таблице 4.
Таблица 4. Тематика расчетно-графических работ п/п образовательный 8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины.
а) Основная литература 1. Бессонов, Л.А.Теоретические основы электротехники. Электрические цепи [Текст]:
электромеханика и электротехнологии", "Электроэнергетика", "Приборостроение" М.: Гардарики, 2006. - 701 с. - (66377-1) и предыдущие издания б) дополнительная литература 1. Иванов, И.И. Электротехника [Текст]: учебное пособие / Иванов, И.И., Соловьв, Г.И. – СПб. [и др.]: Лань, 2009. – 496 с. ( 84112-12) 2. Касаткин, А.С. Электротехника [Текст]: учеб. для неэлектротехн. спец. / Касаткин, А.С., Немцов, М.В. – М.: Академия, 2008. – 539 с.(73078-15) и предыдущие издания 3. Прянишников, В.А.Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах: практ. пособие / Прянишников, В.А., Петров, Е.А., Осипов, Ю.М. ; под общ. ред. В.А. Прянишникова СПб.: Корона принт, 2001. - 334 с. - (7666-61) 4. Узикова, Т.И. Учебно-методический комплекс [Электронный ресурс] / Тверской гос.
техн. ун-т, Каф. ЭСиЭ - Тверь: ТГТУ, 2005. - Носитель №43. - Сервер;CD. - (68297-1) 5. Электротехника: журнал 6. Энергетика: журнал в) программное и коммуникационное обеспечение Операционные системы Windows, стандартные офисные программы Операционные системы Windows, стандартные офисные программы.
Компьютерные пакеты программ для математических вычислений (MathCAD), для моделирования и исследования электрических цепей и устройств при проведении практических и лабораторных занятий и (Electronics Workbench или MathLab).
Электронно-библиотечная система издательства «Лань». - Режим доступа:
http://e.lanbook.com/register.php 4.Информационная система "Технорматив" (российские стандарты). – Режим доступа:
http://www.technormativ.ru http://www.electrolibrary.info http://fn.bmstu.ru/electro/newsite/lectures/lec%201/konspect.htm 7.Правовые системы:
Консультант Плюс". - Режим доступа: (http://www.consultant.tver.ru) Система ГАРАНТ. - Режим доступа: (http://www.garant.tver.ru) 9. Материально-техническое обеспечение.
Кафедра «Электроснабжения и электротехники» имеет 2 лаборатории для реализации лабораторного практикума по дисциплине; специализированный учебный класс для «Электротехника», оснащенный современной компьютерной и офисной техникой, законодательно-правовой поисковой системой, имеющий безлимитный выход в глобальную сеть; специализированную аудиторию для проведения практикумов по электротехнике. В таблице 5 представлен перечень материально-технического обеспечения лабораторного и компьютерного практикума по дисциплине.
Таблица 5. Материально-техническое обеспечение дисциплины п/п Стенд для лабораторных работ по переменному и постоянному току (3 шт., Ц-412) Стенд для лабораторных работ по переменному току, нелинейным элементам (3 шт., Стенд для лабораторной работы по анализу цепей несинусоидальных токов (3 шт., Стенд лабораторный по анализу переходных процессов в линейных электрических Вольтметры с пределами измерения 15, 50, 150, 300 Вольт Амперметры с пределом измерения 1, 2, 3, 5 А Ваттметр многопредельный Измеритель угла сдвига фазового угла (коэффициента мощности) Компьютерный класс, оснащенный электронной законодательно-правовой базой (Консультант или Гарант), электронными учебно-методическими пособиями, компьютерным практикумом по безопасности жизнедеятельности.
10. Оценка, диагностика и квалиметрия результатов обучения.
Содержание программы дисциплины позволяет проводить оценку результатов обучения в рамках традиционной системы. Для промежуточной аттестации используется комплексное оценивание в виде экзамена. Для контроля текущей успеваемости используется система балльно-рейтинговой оценки степени освоения студентом отдельных учебнообразовательных модулей и других видов учебной работы.
В процессе обучения студент должен полностью выполнить учебный план, предусмотренный рабочей программой дисциплины, по всем видам учебных занятий.
Рекомендуемая структура вопросов экзаменационного билета:
- первый вопрос – теоретический вопрос, оценивающий уровень знаний;
- второй вопрос – расчетная задача, позволяющая оценить уровень умений по 1 модулю;
- третий вопрос - расчетная задача, позволяющая оценить уровень умений по 2 модулю;
Рекомендуемые критерии оценки способностей студента к самостоятельной работе в области электротехники:
1.Лабораторные работы - подготовка к выполнению, проведению и защите: понимание целей и задач работы, порядок сборки и функционирования схемы работы;
- представление материала отчета: правильность расчетов, качество оформления;
-степень владения материалом: понимание теоретического материала, использование специальной терминологии, умение вести дискуссию, правильные ответы на вопросы.
2. Расчетно-графическая работа - представление материала работы: правильность расчетов, качество оформления, соответствие графических обозначений государственным стандартам;
-степень владения материалом: понимание теоретического материала, использование специальной терминологии, правильные ответы на вопросы при защите расчетнографической работы 11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины.
Программа предусматривает возможность обучения в рамках традиционной поточногрупповой системы обучения. При поточно-групповой системе обучения последовательность изучения учебно-образовательных модулей определяется его номером. При этом обучение для бакалавров рекомендуется в 3 семестре.
Для организации и контроля обучения следует применять балльно-рейтинговую систему оценки знаний студентов. В качестве текущего контроля используется оценка знаний при проведении лабораторных занятий и выполнении расчетно-графической работы.
В качестве текущего контроля рекомендуется контрольная работа, проводимая в потоке.
Заключительный контроль представляет собой письменный экзамен. Итоговая оценка знаний на экзамене должна включать экзаменационную оценку, а так же оценку текущей работы студентов. Студенты перед началом изучения дисциплины должны быть ознакомлены с системами кредитных единиц и балльно-рейтинговой оценки, которые должны быть опубликованы и размещены на сайте вуза или кафедры.
При изучении дисциплины следует указывать на связь е с конкретными специальными дисциплинами. В качестве примеров следует рассматривать схемы замещения реальных устройств, используемых в системах автоматики, вычислительной техники, электроники (операционных усилителей, транзисторов и т.д.).
Лекции должны побуждать студентов к самостоятельной работе, в том числе с анализировать его. На лабораторных занятиях следует уделять внимание индивидуальным особенностям студентов, что необходимо для приобретения и развития навыков самостоятельной работы.
При выполнении расчетно-графических работ используются вычислительная техника и стандартные программы решения систем алгебраических и дифференциальных уравнений, а также специальные программы анализа электрических цепей однофазного и трехфазного тока.