Віртуальні середовища проєктування електронних пристроїв як засіб інструментальної цифрової дидактики

Анотація

Інструментальна цифрова дидактика відображає використання у навчальному процесі різноманітних цифрових засобів здобування, опрацювання та інтерпретації даних натурного експерименту відповідно до логіки наукового методу й інженерного дизайну. Важливою складовою сучасного STEM-орієнтованого освітнього середовища є інноваційні програмні продукти для моделювання і симуляції роботи електронних схем. У навчальних дослідженнях на їх основі параметри компонентів електричних кіл, створених у віртуальних середовищах, порівнюють з технічними характеристиками аналогічних пристроїв, наявних на ринку відповідної продукції. Така методика дає змогу не тільки продемонструвати подібність і розбіжності властивостей ідеалізованих і реальних артефактів, виявити джерела і величину можливих похибок, а й отримати електричні характеристики, достатні для побудови еквівалентних схем заміщення пристроїв без проведення попередніх експериментальних досліджень. Запропонований підхід продемонстровано на прикладі вивчення параметрів актуального пристрою — фотоелектричного перетворювача (визначення точки його максимальної потужності, а також коефіцієнта заповнення). Навчання з використанням еквівалентних схем заміщення демонструє студентам один з варіантів процесу інженерного дизайну. Окрім того, запропонована методика, завдяки можливості розвитку від алгоритмізованої навчальної процедури до інженерного дослідження, дає змогу здійснити індивідуальний підхід у навчанні електротехніки і електроніки. Дослідження дидактичних особливостей вивчення електрики і основ електроніки, зокрема із застосуванням NI «Multisim 11.0», є одним з напрямів діяльності STEM-лабораторії «МАНЛаб» Національного центру «Мала академія наук України». Частину апробованих методик оформлено у вигляді робочого зошита і розміщено у вільному доступі у вигляді інструкцій на онлайн-ресурсі stemua.science.