Жоғарғы оқу орнында зертханалық практикумды ұйымдастырудың оқу-әдістемелік мәселелері

Алматы энергетика және байланыс университеті, Алматы қаласы

Кілттік сөздер: оқу технологиялары, оқытудың электрондық түрлері, зертханалық практикум, эксперимент жүргізу реті, тәжірибелік машықтар, зертханалық сабақты ұйымдастыру.

Кәсіптік оқытудың білім беру, біліктілікті арттыру, машықты қалыптастыру процестерінің мағынасы студенттерге белгілі бір кәсіптік біліктілікті алуына мүмкіндік жасау, ықпал туғызумен тығыз байланысты. Білім берудің мағынасы әртүрлі оқу бағдарламаларында айқындайды. Жоғары білім берудің оқу бағдарламаларына бакалавриат және магистратура бағдарламалары жатады.

Білім беру туралы заң бойынша оқу бағдарламаларын жүзеге асыру барысында әртүрлі оқу технологияларын қолдануға рұқсат берілген. Соның ішінде дистанциялық оқу технологиялары және электрондық оқыту түрлері. Дистанциялық оқу технологиялары дегеніміз ақпараттық-телекоммуникациялық желілерді қолдана отырып, оқушы мен педагогикалық қызметкерлердің тікелей (алыстан) араласуы арқылы жүзеге асырылатын оқыту технологиясы. Бұл жаңалық көп мамандардың айтуынша, еліміздің инновациялық оқу технологияларын дамытуда алға жасалған маңызды қадамы. Электрондық оқыту түрлері оқушылардың оқу мүмкіндігін кеңейте түсетіні сөзсіз, олар білім беру жүйесін мобильді, заманауи етіп, еліміздің шалғай аймақтарында тұратын адамдардың қолы жететіндей дәрежеге дамыта түседі.

Бірақ қазіргі заманғы оқыту түрлері оқу бағдарламаларының көбінде келтірілген зертханалық практикумды толық қанды алмастыра алмайды. Зертханалық жұмыстарды орындаудың оқу процесіндегі маңызы зор. Нақты аспаптармен жұмыс жасап, эксперименттік мәндер алып, оларды статистикалық өңдеу барысында студенттер болашақ мамандықтарында кездесетін процестерді бағалау және сараптау әдістерін меңгереді. Зертханалық сабақтар кезінде студенттердің маңызды құраушы компетенциялары, яғни біліктілігі мен машықтары қалыптасады. Мысалы, «Жылуэнергетикасындағы метрология, стандарттау және сапаны басқару», «Жылутехникалық өлшеулер және бақылау» пәндері бойнша зертханалық жұмыстарды орындау барысында студенттер болашақ мамандықтары бойынша жұмыс істейтін кәсіпорындарда қолданылатын өлшеу-бақылау аспаптарын қолдарымен ұстап көріп, өлшеулер жүргізіп, метрологиялық сипаттамаларын анықтап, өлшеу қателіктері мен дәлдігін бағалап, тексеру сұлбаларымен және әдістерімен танысады. «Жылуэнергетикадағы жылутехнологиялық процестерді автоматты басқару теориясы және автоматты басқару жүйелері» пәнінің зертханалық сабағы кезінде студенттер автоматты басқару жүйелерінің қарапайым буындарын және автоматты реттегіштердің сұлбаларын өздері құрастырып, динамикасын зерттеп, графиктерін тұрғызып, теориялық қағидаларымен сәйкестендіріп, сараптама мен қорытынды жасап машықтанады.

Біз жоғары кәсіби білім алудағы дистанциялық және электрондық оқытудың ролін жоққа шығырып отырған жоқпыз. Бірақ біліктілік пен машықтану аспаптар мен қондырғыларды қолдана отырып, тек қана өз бетінше тәжірибе жасау барысында ғана қалыптасады.

Алматы энергетика және байланыс университетінің Өнеркәсіптік жылуэнергетикасы кафедрасында зертханалық жұмыстарды ұйымдастыру және жүргізу барысында барлық пәндер бойынша студент эксперименттік зерттеу жұмыстарын өз бетінше орындауына көп көңіл бөлінеді. Әр студенттің өз күнделігі, өз дәптері болуы, тәжірибелік жолмен алынған мәліметтерді өңдеу, сараптау, қорытындылауда өздігінен әрекеттер жасау талап етіледі. Өйткені, ертеден белгілі ұлы ғалым Конфуцийдің: «Маған айтып бер, мен ұмытамын. Көрсетіп бер, мен түсінемін. Өзім жасауға мүмкіндік бер, сонда мен үйренемін» деген нақыл сөзі бар ғой.

Зертханалық жұмыстарды орындаудың мақсаты техникалық және зертханалық өлшеу құралдары туралы студенттердің теориялық білімдерін тереңдете отырып, өлшеу құралдарын қолданып, жұмыс істеу, эксперименттік мәліметтер алу, оларды өңдеу машықтарын қалыптастыру болып табылады.

Зертханалық жұмыстарды орындау реті мен талаптары төмендегідей:

Әр топ практикумды өту кестесіне сәйкес жұмыс істейтін топшаларға бөлініп, зертханалық жұмыстарды орындайды. Кестеден шығып қалған студенттер мұғалімнің жетекшілігімен қосымша кесте бойынша жұмысты орындайды.

Төменде келтірілген үлгі бойынша зертханалық жұмыстардың орындалғаны жөнінде есеп жазылады. Оны әр студент жеке орындайды және келесі сабаққа кіру рұқсатын алу үшін мұғалімге көрсетеді.

Әр жұмысты орындап болған соң, алынған тәжірибелік мәндер бақылау хаттамасына енгізіледі, мұғалімнің немесе зертханадағы жауапты инженердің қолы қойылып, одан ары өңдеуге жіберіледі.

Келесі сабаққа кіру рұқсатын алу үшін әр студент жұмыстың теориялық негіздері бойынша дайындалып, жұмыстың орындалу ретін, эксперименттік өлшеулердің хаттамалары мен кестелерін жазып, даярлап келуі керек.

Дайындықсыз келген студент сабаққа жіберілмейді, жұмысты өтеу графигіне сай қосымша уақытта жеке тапсырмалар бойынша орындайды. Өлшеу хаттамасын мұғалім тексеріп, қол қойған кезде ғана жұмыс орындалды деп саналады.

Студент келесі жұмысты орындауға дайындық жасаумен қатар, алдынғы жұмысты орындағаны туралы түбегейлі есеп беруге дайын болуы керек: барлық есептеулерді жасап, кестелерді толтырып, графиктерді тұрғызып, өлшенген шамалардың қателіктерін бағалап, жазып келуі керек.

Келесі сабақтың басында мұғалім жұмысқа дайындықты ғана тексермейді, өткен сабақта жасалған жұмыстың есебін де тексереді. Есеп дұрыс жасалған болса, қол қойып, студентті сабаққа жібереді.

Жұмысты қорғауға дайындық барысында студент дәрістер жинағы мен ұсынылған әдебиеттер бойынша теориялық сұрақтарға жауап даярлап, алынған мәліметтерге сараптама жасайды. Жұмысты қорғау барысында студент орындалған жұмыстың теориялық негіздері бойынша білімдері мен тапсырмаларды орындауда алған тәжірибелік машықтарын таныта білуі керек.

Зертханада жұмыс орындау кезінде студент бірінші сабақта мұғалім таныстырған қауіпсіздік техникасы ережелерін қатаң сақтауға тиісті, зертханадағы аспаптар мен қондырғыларға сақтықпен, ұқыптылықпен қарауы керек.

Есеп беру үлгісі төмендегідей:

1) Титул парағы АЭжБУ-ң зертханалық жұмыстарды орындауға арналған стандарттары талаптарына сай жазылады;

2) Зертханалық жұмыстың номері және тақырыбы;

3) Зертханалық жұмыстың мақсаты және негізгі мазмұны;

4) Қондырғының сұлбасы және оның түсініктемесі;

5) Эксперименттік мәліметтерді алғашқы өңдеу алгоритмі және есептік формулалары;

6) Қателіктерді бағалаудың есептік формулалары;

7) Зертханалық жұмысты орындау реті;

8) Бақылау хаттамасы кесте түрінде келтіріледі;

9) Алынған тәуелділіктердің есептелулері және графиктері;

10) Зертханалық жұмыстың нәтижелерін сараптау және қорытынды шығару.

Бақылау хатамасын жазуға және өлшеу нәтижелерін өңдеуге нұсқаулар былай көрсетіледі. Зертханалық жұмыстарды орындау барысында қалыптасқан тәжірибелік машықтардың ең бастысы эксперименттік мәліметтермен сауатты жұмыс істей білу.

Өлшеу нәтижелерін алғашқы өңдеудің ең тиімді жазылуының бір түрі – өлшеу нәтижелерін графиктік өңдеу кезінде физикалық шаманының тікелей өлшенген және есептік жолмен алынған мәндерінің графиктерін тұрғызу мына мақсаттарды көздейді:

1) Алынған тәуелділіктерді көрнекі түрде келтіру және оларды теориялық заңдылықтармен немесе басқа зерттеулердің мәліметтерімен салыстыру;

2) Алынған тәуелділіктердің параметрлерін – еселеушілерді, көрсеткіштерді және басқа сандық тұрақтыларды графиктік-аналитикалық немесе жай графиктік жолмен анықтау мүмкіндігіне ие болу;

3) Екі жағдайда да график тұрғызу кезінде эксперименттік мәліметтердің дәлдігін және диаграммаларды қолдану ыңғайлылығын қамтамасыз ететін белгілі ережелерді сақтай отырып, жұмыс істеу қажет;

4) Ең алдымен тәуелділіктің сипаттына сәйкес келетін координаталық тордың түрін таңдап алу керек. Мұнда келтірілетін тәуелділік сызықтық тәуелділікке өте жақын болуы тиіс;

5) Координата осьтерінде масштаб таңдаған кезде барлық алынған эксперименттік нүктелер графикке түсуін ескерген абзал. Диаграммалардың жұмыстық өрісін толық пайдалану үшін координата басы ретінде графигі салынып жатқан шаманың ең кіші мәніне сәйкес келетін дөңгелек санды, ал шкала соңы ретінде шаманың максимал мәнін алған ыңғайлы болады;

6) Графикті интерполяциялау және одан шаманың мәндерін алу оңай болу үшін масштаб қарапайым болғаны дұрыс;

7) Координата осі бойындағы шкала жай сандардың дөңгелек мәндері қатарынан тұруы керек, мысалы: 0, 1, 2, 3, 4 …

0, 25, 50, 75, 100... т.с.с.

Диаграммалардың жұмыстық өрісін толық пайдалану үшін координата басы шаманың нолдік мәнімен сәйкес келмеуі мүмкін;

8) Координата осі бойындағы шкаланың ең кіші бөлігі шаманың осы оське түсірілетін сенімділік интервалының ұзындығымен сәйкес келуі керек. Егер қателік шкаланың ең кіші бөлігінен асып кетсе, таңдалған масштабта эксперименттік нүктелердің шашырауы заңдылық тәуелділікті тағайындау немесе шамаларды бір-бірімен корреляциялау мүмкіндігін тудырмайды. Ал сенімділік интервалының ұзындығы шкаланың ең кіші бөлігінен аз болса, тәуелділік жалпылама болып шығады да, кездейсоқ факторлардың эксперименттегі ықпалы байқалмай қалады;

9) Графикте өлшеніп жатқан шаманың белгіленулері және өлшем бірліктері келтірілуі керек. Әртүрлі шамаларға сәйкес келетін графиктер жинағы бір өрісте келтірілген болса, онда әр қисыққа тиесілі нүктелерді белгілеу үшін әртүрлі символдар қолдану керек. Графиктік өңдеу ыңғайлы болу үшін әр нүктенің сенімділік интервалын графиктегі мәннің кіретін өрісі ретінде келтіру ұсынылады;

10) Эксперименттік нүктелерді жалпыламалау арқылы алынған тәуелділіктің графиктік сипаттамасы үздіксіз қисық түрінде шығуы керек. Графиктегі мәндердің кіретін өрісінен ауытқып кетпеуі керек. Бұл мақсатта сынық қисықтарды алуға болмайды. Қандай да бір физикалық жағдайларда тәуелділіктің өзгеру сипаты қажет етсе, сынық қисықты қолдануға болады.

Зертханалық сабақты әдістемелік қамтамасыз ету үшін әр жұмысты орындау барысында экспериментті немесе тәжірибені жүргізу реті, яғни алгоритмі жасылуы керек. Мұндай әдістемелік нұсқаулар әрбір студентке оңай табылатындай және көз алдында болғаны жөн. Сондықтан әдістемелік нұсқаулардың қағаз түріндегі тасымалдаушыда келтірілгені зертханалық жұмысты орындау кезінде өте ыңғайлы. Себебі студент аспаптармен жұмыс істеп тұрғанда, компьютер түймесін басып, «тышқанмен» кусорды ауыстырып жатуға мүмкіндігі болмайды.

Ал, оқулықтар мен оқу құралдары кезкелген түрде, қағазға басылған түтінде де, электрондық түрінде де бола беруі мүмкін. Себебі теориялық материалды меңгеру кезінде тәжірибе жасап алаңдаудың қажеті жоқ.

Мысал ретінде тақырыбы «Техникалық термометрлерді тексеру және градирлеу» деген зертханалық жұмысты орындауға әдістемелік нұсқауларды назарларыңызға ұсынамыз.

Бұл жұмысты орындау кезіндегі студенттің міндеттері

1) Техникалық термометрлердің әртүрлі конструкцияларымен және типтерімен, олардың негізгі қасиеттерімен танысу;

2) Техникалық термопараларды градуирлеу және тексеру әдістерімен танысу;

3) Термопараларды градуирлеу үшін кажетті аспараттар мен жабдықтарды зерттеу;

4) Сандық вольтметр және потенциометр көмегімен термопарада өндірілген электр қозғаушы күшін (ТЭҚК-ін) есептеу тәжрибесін меңгеру.

Жұмысқа әдістемелік нұсқаулармен, дәрістер конспектісімен, ұсынылған әдебиетермен және тараулармен танысқаннан кейін кірісу керек.

Қондырғының сипаттамасы. Техникалық термометрлерді градиурлеу қондырғысының сүлбесі 1-суретте келтірілген. Қондырғы электрлік нихромды қыздырғышы бар құбыр тәріздес пештен тұрады. Шығындарды азайту үшін қыздырғышы бар фарфор түтікше, жылудан оқшауланған қабыққа орналастыралады. Қорғаушы қаптамалардан босатылған үлгілік және тексеріліп жатқан термометрлер пештің ұзындығының 2/3 бөлігіндегі фарфор құбырға орнатылған металл блокка батырылған. Бұл металл блок үлгілік және тексеріліп жаткан термопаралардың жұмыстық дәрежелерінің температураларының тепе-теңдігін қамтамасыз етеді. Үлгілік термопараның жұмыстық ұшын металға тиюден сақтау үшін, ол керамикалық қалыпқа бекітілген. Термометрдің суық дәнекерлері (еркін түйіндері) стенд тақтасына жалғанған және стендке орнатылған сынаптық термометрмен өлшенетін бөлме температурасына тең болады. Нәтижелерді өндеген кезде берілген температураға түзету енгізу керек. Пеш температурасы кернеу шамасына тәуелді қалыптасады, ол вольтметр көрсетулері арқылы есептеледі. Кернеуді реттеу стендке орнатылған зертханалық автотрансформатордың көмегімен іске асады. Стендке орнатылған, пештегі термопараны градуирлеу 110-500°С аралығында жүргізіледі. Үлгілік және тексеріліп жатқан термопаралардың термоэлектр қозғаушы күшін өлшеу ПП-63 типті тасымалды потионциометрмен немесе (Ф-30) сандық вольтметрмен жүзеге асыралады.

Пештегі температураны бақылауды сандық өлшеу аспабы арқылы жүргізуге болады.

1 сурет– Қондырғының қағидалық сұлбасы

Жұмыстың орындалу реті:

1 Қондырғы сұлбасымен және оның элементтерімен танысу. Тасымалды потенциометрді немесе сандық аспапты жұмысқа дайындау.

2 Пеш қыздырғышының тұтқасын қосып, пешті 100°С-ке дейін қыздыру керек. Пеш температурасы үлгілік термопараның ТЭҚК-сі немесе Ф-30 сандық аспап арқылы қадағаланады. Берілген температураға жеткеннен кейін пеш кернеуін төмендетеді. Бұл кезде пеш температурасының азаюы минутына 1-2°С-тан аспайтындай болуы керек.

3 Үлгілік және тексеріліп жатқан термометірлердің ТЭҚК-сін өлшеуді 5 рет қайталау керек. Термометрдің ТЭҚК-н өлшеу үлгіліктен басталып, бірдей уақыт аралығында кезек-кезек орындалады.

4 Байқау нәтижесі тексеру хаттамасына жазылады. Екінші температуралық нүктені алу үшін, пешті 150°С-қа дейін кыздырады, үшінші нүкте 200°С-та алынады т.с.с. Әр кезде пеште стационарға жақын жылулық жағдай қалыптасады. Осындай шарттарда термометр ТЭҚК-і өлшенеді. Өлшеулер бірінші нүктедегідей жүргізіледі.

Нәтижелерді өңдеу реті:

1 Алынған өлшеу нәтижелеріне талдау жүргізу.

Егер қате өлшеулердің салдарынан өрескел мәндер байқалса, оларды алып тастау керек. Ары карай әр нүктеде үлгілік ретінде ТЭҚК-ң орташа арифметикалық шамасын табамыз. Нәтижелерді өндеудің бұл әдісін 2 пунктте көрсетілген термопараны градуирлеу және олардың ТЭҚК-н есептеу шарттарын сақтау үшін қолдануға болады. Қалыптасқан тәртіп шарттары сақталмаған жағдайда үлгілік және техникалық термометірлер ТЭҚК-ң мәнін орташа арифметикалық мән ретінде анықтау мүмкін емес. Бұл жағдайда қателіктерді азайту үшін қайталап өлшеу тұрақты температурада емес, акырын өзгеріп отыратын температурада жүргізілгенін ескеру керек, 2-суреттегі графикте көрсетілгіндей. Бірдей өлшемдерде алынған үлгілік және тексеріліп жатқан термометрлердің орташа температуралары бір-біріне қатысты ығыстырылады. Үлгілік және тексеріліп жатқан термометрлердің орташа температураларының үйлесуі бірінші өлшеу нәтижесін және үлгілік термометр ТЭҚК-сін немесе ақырғы техникалық мәнін алып тастау аркылы іске асырылады (үлгілік термометрден бастап тең өлшеулер жүргізілген жағдайда). Бір термометр үшін жүргізілген өлшеулердің қалған жұп саны екінші термометрдің өлшеулерінің тақ сандарының арасына орналасады да, табылған температураның орташа мәні екі термометрге ортақ болады. Пештегі темпе­ратура ретінде үлгілік термометр көрсетулері алынады.

2 сурет – Үлгілік және техникалық термометірлердің ТЭҚК-ң температураға тәуелділік графиктері

2 Техникалық термометр үшін ТЭҚК-нің температураға тәуелділігін алу.

Стандартты градуирлеу кестесінен ТЭҚК-нің 50-ге еселік (100, 200, 250, 300 т.с.с) тсмператураларға сәйкес мәндері табылады. ТЭҚК-нің осы мәндерін техникалық термометрдің ТЭҚК-нің сәйкес мәндерімен салыстыру арқылы кестесіндегі мәнінен ауытқу мөлшері табылады. Егер термопараларды тексеру еркін түйіндер температурасы 0°С-ке тең болмаған жағдайда жүргізілсе, онда нәтижелерді өңдегенде термопараның ТЭҚК-нің орташа арифметикалык мәндеріне түзету енгізу керек. Егер еркін ұштарының температурасы 0°С-ге тең болмаған жағдайда, үлгілік термометрдің ТЭҚК мәндеріне де түзетулер енгізіледі.

мұндағы E(t,0) – кестелік мән, E(t,t₀) – аспаптың көрсетуі бойынша алынған мән, E(t₀,0) – термометрдің еркін ұштарының температурасына енгізетін түзету.

3 сурет – Термоэлектрлік термометрдің еркін ұштарының температурасына түзету енгізу

Жұмыс орындалған күн______________________

Жұмыстық тексерілетін термометрдің градуировкасы_________

Тексеру жүргізуде қолданылатын үлгілік термометрдің градуировкасы__________________

Үлгілік термометр №________________________

Үлгілік потенциометр №_____________________

Сыртқы қарау бойынша ескертулер_________________________

Тексеру шарттары: еркін ұштарының температурасы °С_______

Тексеруді жүргізген______________________________________.

1 кесте –Термоэлектрлік термометр көрсетулері, Е, мв

1) Термопараларды градуирлейтін қондырғының қағидалық сұлбасын білу;

2) Термопараларды тексеру хаттамасы және оған қосымша техникалық термометрлер үшін ТЭҚК-нің температураға тәуелділік графигін тұрғызу;

3) Термометрді стандартты градуировкасы бар аспаппен бірге қолдануға болатындығы туралы шешім қабылдау.

Бақылау сұрақтары:

1) Термоэлектрлік термометрдің еркін ұштарының температурасына түзету қалай енгізіледі?

2) Термоэлектрлік термометрдің еркін ұштарының температурасына түзетуді автоматты түрде енгіздің сұлбасын түсіндіру.

3) Термоэлектродтық заттарға кандай талаптар қойылады?

4) Термоэлектрлік термометрлердің еркін ұштарының температураларының тұрақтылығын қамтамасыз ету үшін кандай қондырғылар қолданылады?

5) Температураны жанасу әдісі арқылы өлшегенде қателіктер қандай факторлармен шартталынады?

6) Температураны тұрақтандыру құралын бір бөлмеде, ал термопараның еркін ұштарын екінші бөлмеге орналастыруға бола ма?

7) Әртүрлі градуировкалы термоэлектрлік термометр үшін бірдей компенсациялық өткізгіштерді қолдануға бола ма?

Зертханалық сабақтар кезінде біз әрбір студентті қажетті аспаптармен және әдістемелік нұсқаулармен қамтамасыз етуге тырысамыз. Студенттің зертханалық жұмысты орындау барысында алған тәжірибелік біліктілігі, көзбен көру арқылы механикалық есте сақтау процесінің іске қосылуы арқылы, оның пәнді меңгеруін жарқын, көрнекі және тереңірек етеді, болашақ мамандығымен байланысын арттыра түседі.
Әдебиеттер тізімі:

1. Джаманкулова Н.О., Бекалай Н.К. Жылутехникалық өлшеулер және бақылау. Зертханалық жұмыстарды орындауға әдістемелік нұсқаулар.-Алматы:АЭжБИ, 2006.-50 с.

2. Бекалай Н.К., Джаманкулова Н.О. Жылуэнергетикасындағы жылутехникалық процестерді автоматты басқару теориясы және автоматты басқару жүйелері. 5В071700–Жылуэнергетика мамандығы бойынша оқитын студенттер үшін зертханалық жұмыстарды орындаудың әдістемелік нұсқаулары. - Алматы: АЭжБУ, 2013.- 20 б.

3. 40. Бекалай Н.К. Метрология стандарттау және сапаны басқару. Зертханалық жұмыстарды орындауға әдістемелік нұсқаулар.-Алматы:АИЭС, 2014.-34б.

Бекалай Н.Қ., Джаманкулова Н.О.

Алматинский университет энергетики и связи, г. Алматы

Bekalay N.K, Jamankulova N.O.