Geum.ru

Московский энергетический институт (Технический университет)

Вид материалаОтчет

Содержание


2. Выбор варианта организации лабораторного практикума для системы открытого образования и разработка типовых структур техническ
2.1. Выбор варианта организации лабораторного практикума для системы открытого образования
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

2. ВЫБОР ВАРИАНТА ОРГАНИЗАЦИИ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ДЛЯ СИСТЕМЫ ОТКРЫТОГО ОБРАЗОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ТИПОВЫХ СТРУКТУР ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ




2.1. Выбор варианта организации лабораторного практикума для системы открытого образования



Выбор варианта организации лабораторного практикума по дисциплине «Электроника» для системы открытого образования играет решающую роль в определении структуры, технических и программных средств, обеспечивающих решение поставленных задач, и требований к ним.

В книге [2] приведен подробный анализ вариантов построения систем автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом (АЛП) через информационные сети и рассмотрен ряд примеров построения таких практикумов. Разработанный авторами книги [2] и утвержденный Министерством Образования РФ Отраслевой Стандарт 9.2-98 [6] содержит классификацию систем АЛП по способу реализации изучаемого объекта или процесса. По этому признаку системы АЛП подразделяются на системы, построенные:
  • с использованием физических моделей;
  • с использованием имитационных (математических моделей);
  • с использованием натурных физических объектов и процессов.

Основанием для выбора варианта построения АЛП является доказательство высокой эффективности решения учебно-методических задач практикума при использовании именно этого варианта. Приведем соображения, которые должны приниматься во внимание при выборе варианта построения АЛП для системы открытого образования.

Дисциплина «Электроника» является одной из основных общепрофессиональных дисциплин в учебных планах радиотехнических направлений. Из формулировок целей изучения этой дисциплины [4,5] вытекают следующие основные учебно-методические задачи лабораторного практикума.
  1. В лаборатории должны быть получены характеристики реальных приборов, поскольку сопоставление именно реальных характеристик с полученными расчетным путем с использованием изучаемых в теоретической части моделей создает основу для формирования инженерного мышления и понимания соотношения между возможностями теоретических и экспериментальных методов в инженерных исследованиях и разработках. Именно на основе характеристик реальных приборов должны быть получены параметры теоретических моделей, позволяющих рассчитывать режимы работы приборов в различных функциональных узлах.
  2. Характеристики реальных приборов должны быть получены с достаточной точностью, позволяющей получить достоверные и не противоречащие известным из литературы сведениям данные об изучаемых приборах и материалах, из которых они сделаны. Методики измерения должны быть ясными и согласованными с методиками, рекомендуемыми Государственными Стандартами.
  3. Поскольку одной из целей изучения дисциплины является достижение понимания воздействия факторов окружающей среды (прежде всего изменений температуры) на работу приборов, эксперименты, связанные с изучением влияния температуры на характеристики приборов, должны обязательно выполняться в учебной лаборатории.
  4. Закрепление знаний, получаемых в ходе освоения теоретической части этой дисциплины, занятиями в учебной лаборатории должно производиться непосредственно после изучения каждого из разделов, который подкрепляется лабораторным практикумом. При очной форме обучения это сводится к необходимости использования фронтального метода организации лабораторного практикума. В системе открытого образования из этого требования вытекает необходимость обеспечения каждому студенту возможности доступа к определенной лабораторной работе непосредственно после изучения раздела теории, с которым связана эта работа. Поскольку время работы студента, обучающегося в системе открытого образования, варьируется в широких пределах, это означает, что практикум должен обеспечивать режим постоянной готовности к доступу через сеть.
  5. Как в режиме очного обучения, так и в режиме открытого образования важным дидактическим требованием является возможность индивидуализации лабораторного задания. Отсутствие этой возможности затрудняет контроль самостоятельности работы студента, обеспечение которого очень важно, особенно в системе открытого образования.
  6. Поскольку обучение использованию математических моделей приборов (в том числе сложных моделей, встроенных в программные пакеты поддержки проектирования) является одной из целей курса, работа с такими моделями должна быть предусмотрена в рамках лабораторного практикума. Однако эти модели должны использоваться для сравнения характеристик, полученных моделированием, с реальными характеристиками и для того, чтобы студенты могли понять, какие данные нужно получить экспериментально, чтобы заложить их в математическую модель, описывающую поведение изучаемых типов приборов.

Резюмируя эти требования и рассматривая их в совокупности, видим, что поскольку целью лаборатории по курсу «Электроника» для радиотехнических направлений подготовки в вузах является изучение характеристик реальных приборов, сравнение их с теоретическими и изучение способов получения экспериментальных данных, которые необходимо заложить в математические модели. Системы АЛП, построенные с использованием только физических или только математических моделей, не удовлетворяют совокупности дидактических требований.

Поэтому удовлетворять всем этим требованиям могут только системы, построенные с использованием натурных физических объектов (реальных полупроводниковых приборов и функциональных узлов) и процессов (результатов испытаний этих приборов или узлов).

Опыт разработки автоматизированных лабораторных стендов, который имеют авторы данного отчета и их коллеги, работающие в МЭИ (ТУ) [2,16,18-20], показал, что выбранный класс систем АЛП целесообразно разделить на следующие подклассы:
  • системы с использованием натурных физических объектов в режиме реального времени [2];
  • системы с доступом к базам экспериментальных данных о процессах, которые собраны по материалам ранее выполненных экспериментов и надлежащим образом систематизированы [18-20];
  • системы с доступом к базам экспериментальных данных, полученных на специально разработанных для данного цикла лабораторных работ стендах и регулярно расширяемых и обновляемых за счет добавления новых экспериментальных данных, получаемых на этих стендах. Такие базы данных, обеспечивающие стыковку реальных стендов с сетевым программным обеспечением, мы будем называть буферными.

Последний подкласс представляется наиболее подходящим для реализации лабораторного практикума, удовлетворяющего всем перечисленным выше требованиям. Покажем это.

При таком подходе студент получает доступ к набору характеристик реальных приборов, который нужно получить в соответствии с его индивидуальным заданием. Следовательно, первая учебно-методическая задача решается.

Поскольку приводимые в буферной базе данных характеристики должны быть сняты профессионалами и проверены перед включением в базу данных, грубые ошибки измерений или дефекты единичных экземпляров приборов должны быть исключены. Это важный момент, поскольку на выяснение причин аномальных отклонений от ожидаемых результатов (часто отвлекающее внимание студентов или приводящее к срывам лабораторных занятий при плохой подготовке студентов или стендов) не должно тратиться время в лабораторном практикуме по этой общепрофессиональной дисциплине.

Заблаговременный ввод данных, полученных на одном приборе при различных температурах, позволяет любому пользователю в любой момент получить доступ к этим данным через компьютерную сеть. При работе с объектом в режиме реального времени требования различных пользователей к состоянию объекта в данный момент времени будут неминуемо сталкиваться. Кроме того, поддержание исследуемого объекта в режиме готовности к доступу через сеть в любое время – задача организационно сложная. Применительно к данному практикуму решать ее нет смысла.

Индивидуализация лабораторных занятий при рассматриваемом подходе не вызывает труда. Достаточно получить и ввести в базу данных характеристики приборов различных наименований с различными параметрами и формирование большого числа не повторяющихся наборов данных будет обеспечено. Очевидно, что заполнение такой базы данных без автоматизации измерений будет весьма трудоемкой задачей. Чтобы ее решение не вызывало неприемлемых затрат времени и сил, к измерительным стендам должны предъявляться соответствующие требования.

Наконец, при наличии грамотно полученных экспериментальных данных и раздела задания, связанного с определением параметров математической модели, и сравнением характеристик, полученных моделированием, с экспериментальными позволяет студенту осознать возможности использования математических моделей и причины расхождения результатов моделирования и результатов экспериментов при различной сложности и полноте используемых моделей.

На основании приведенных рассуждений для реализации данного лабораторного практикума выбран вариант системы АЛП с доступом к регулярно обновляемым и расширяемым буферным базам экспериментальных данных, полученных на специально разработанных автоматизированных измерительных стендах [24].

Насколько нам известно, такой подход к построению лабораторного практикума и вытекающие из него требования к структуре системы АЛП, ее техническому и программному обеспечению до сих пор не рассматривались.