Методическое пособие Иваново 2003 Выходные данные

Вид материала

Методическое пособие

Содержание 11.2.4. Сборка схемы 11.2.5. Имитация эксперимента 11.2.6. Подсистема демонстрации 11.2.7. Особенности методики проведения виртуального эксперимента 11.2.8. Подготовка студентов к лабораторному эксперименту

Подобный материал:

• Выходные данные статьи, 126kb.
• Учебное пособие Иваново 2003 удк, 4072.99kb.
• Учебно-методическое пособие томск 2003 Корректор: Воронина, 785.4kb.
• Учебно-методическое пособие и задания для студентов дневного и заочного отделений специальности, 875.22kb.
• Учебно методическое пособие, 771.33kb.
• Н. Г. Чернышевского методическое пособие Саратов 2003 Методическое пособие, 3068.71kb.
• Методическое пособие Москва 2003 Цветкова И. В. Как составить и успешно реализовать, 2646.26kb.
• Учебно-методическое пособие по изучению дисциплины и выполнению письменной работы для, 316.68kb.
• Методическое пособие по курсу «Информатика» для студентов, обучающихся по всем направлениям, 1648.11kb.
• Учебно-методическое пособие Москва 2003 Учебно-методическое пособие разработано коллективом, 523.99kb.

11.2.1. Принцип работы имитационного стенда

 

Одним из важнейших компонентов учебного процесса в курсе электромеханики (электротехники и т.п.) являются лабораторные работы, в ходе которых студенты снимают характеристики электрических машин различного типа (или других электротехнических объектов). Это позволяет не только непосредственно соприкоснуться с реальными объектами электромеханики и исследовать их характеристики, но и глубже понять теорию, получаемую на лекционных занятиях. Каждая работа проводится на своем особом испытательном стенде, содержащем сам объект испытания и необходимые для работы измерительные, коммутирующие, регулирующие и прочие приборы. В процессе работы студенты собирают схему эксперимента и проводят испытания по предлагаемой им программе. При этом снимаются показания приборов, проводятся расчеты, строятся графики и диаграммы, оформляется отчет. Затем студенты отчитываются по проделанной работе перед преподавателем, который оценивает степень их знаний. Такая практика закрепления знаний, хорошо проверенная временем, характерна практически для всех технических дисциплин.

Современная персональная компьютерная техника позволяет существенно расширить возможности данной практики. Особенно интересны в данном отношении имитационные системы (тренажеры), позволяющие с максимальной степенью подобия воспроизвести виртуальные модели реальных объектов. Наибольших успехов здесь добились создатели компьютерных игр, целиком захватывающих внимание человека, уводя его по сути дела в мир виртуальных образов. И для этого порой вовсе не обязательно иметь сложную стереосистему. Люди обладают достаточной фантазией, позволяющей им даже при чтении неиллюстрированных книг полностью уходить в вымышленный мир. Подобные достоинства игровых систем могут быть использованы и в целях обучения.

В случае испытательного стенда виртуальная имитация может быть осуществлена достаточно просто. Необходимо лишь воспроизвести на экране панель (окно), подобное рабочей панели реального испытательного стенда. На данной панели можно разместить все приборы, внешний вид которых мало отличается от внешнего вида реальных приборов. Каждый прибор имеет свои соединительные клеммы, которые с помощью соединительных проводов (виртуальных) могут быть связаны с клеммами других приборов, образуя электрическую цепь. Выбор приборов из предлагаемого системой меню, размещение их на панели стенда и сборка схемы должен осуществляться пользователем в интерактивном режиме. Весь необходимый для этого диалог с системой может осуществляться в соответствии с принятыми в системе Windows стандартами.

Система позволяет осуществлять имитацию работы с реальным стендом. То есть после сборки схемы пользователь имеет возможность с помощью “выключателя” подать “напряжение” на схему, после чего схема должна отреагировать на это так, как это происходит в реальности. Например, стрелки приборов должны прийти в движение, ошибки в схеме, типа коротких замыканий, должны привести к соответствующим аварийным последствиям и т.п. В правильно собранной схеме пользователь может воспользоваться разного рода “регулирующей” аппаратурой для создания соответствующих условий эксперимента, снять показания “измерительных приборов” и т.п.

Вообще говоря, подобные системы уже существуют. Достаточно вспомнить систему Simulink, функционирующую в среде MatLab, или систему имитации работы электрической схемы WorkBench и т.п. Однако данные системы ориентированы не столько на обучение, сколько на решение прикладных задач. Например, с помощью системы WorkBench можно проектировать и имитировать работу сложных электронных схем. Однако собираемая схема является все же именно типичной теоретической схемой и мало напоминает реальную сборку, с которой непосредственно работает инженер на практике. Для максимального обучающего эффекта должна быть реализована наиболее полная имитация, создающая у пользователя максимально полное ощущение работы с реальными объектами, а не со значками, теоретически символизирующими присутствие реального объекта.

Кроме того, любая существующая система оказывается в той или иной мере закрыта от внедрения в нее для расширения возможностей, например, для того чтобы реализовать на ее основе какую-то подсистему контроля знаний пользователя или подсистему экспертной поддержки и консультирования.

 

11.2.2. Описание системы. Панель оборудования

 

Компьютерный стенд (рис.11.6) представляет собой окно, имитирующее рабочую панель испытательного стенда. На панели оборудования (кнопочное меню, размещенное под главным меню системы) приведены доступные для работы элементы электромеханической схемы, в частности:

    - источник напряжения (сеть);

    - измерительный прибор (амперметр, вольтметр);

    - реостат;

    - резистор;

    - конденсатор;

    - катушка индуктивности;

    - автоматический выключатель (автомат);

    - развилка;

    - электрическая машина постоянного тока;

    - муфта.

Курсор мыши имеет форму руки , указательный палец которой является продолжением указательного пальца пользователя. Нажатие этим пальцем на левую кнопку мыши переходит в нажатие виртуальным пальцем на выбранную точку рабочей панели стенда.

Если курсор передвигается по полю панели оборудования (по кнопкам), то в зависимости от того, на какую кнопку указывает курсор, внизу появляется подсказка, поясняющая тип прибора, а также меняется форма курсора:

    можно взять источник напряжения;

    можно взять измерительный прибор;

    можно взять реостат;

    можно взять резистор;

    можно взять конденсатор;

    можно взять катушку индуктивности;

    можно взять автомат;

    можно взять развилку;

    можно взять электрическую машину;

    можно взять муфту;

 



Рис. 11.6. Общий вид рабочей панели стенда

 

Если нажать в этот момент на левую кнопку мыши, то виртуальная рука схватит прибор, то есть пока пользователь не отпустит кнопку мыши, курсор будет сохранять ту форму, которая была в момент нажатия кнопки. Если в этот момент переместить курсор на рабочее поле стенда, то тем самым мы переносим соответствующий прибор с панели оборудования на рабочую панель стенда. Выбранный прибор появится на рабочем поле сразу же, как только рука отпустит его на поле, то есть пользователь отпустит кнопку мыши. После этого курсор вновь приобретет форму .

 

11.2.3. Оборудование

 

Набор реализованного в системе на данный момент оборудования представлен на рис.11.17. Тип прибора легко узнается по его внешнему виду.

Каждый прибор установлен на своей переносной панели, имеющей форму прямоугольника. Когда курсор проходит по полю прибора, он приобретает форму , что говорит о его готовности сдвинуть данный прибор вместе с его переносной панелью на любое место в пределах рабочего поля стенда. Для этого надо просто надавить рукой на прибор и передвинуть на другое место, что достигается опять же нажатием на левую кнопку мыши.

Каждый прибор, размещенный на рабочей панели, является активным. Некоторыми приборами можно управлять непосредственно вручную. Для этого такие приборы имеют соответствующие элементы. При прохождении курсора над этими элементами он меняет свою форму в соответствии с той функцией, которую готова выполнить виртуальная рука, если пользователь нажмет левую кнопку мыши, то есть, активизирует свое виртуальное продолжение. Так, например, автомат позволяет осуществлять коммутацию (включение/выключение), если нажать пальцем на соответствующую точку на его активном элементе. Когда рука готова это сделать, то она меняет свою форму с на , чтобы пальцем нажать на выключатель:



При этом автомат включится:



 



Рис.11.7. Набор оборудования испытательного стенда

 

Аналогичным образом можно воздействовать на реостат. Если руку подвести к ползунку реостата, то можно схватить его рукой и перетащить в другое положение:

.

Другие приборы не имеют органов ручного управления, зато они реагируют на свои внутренние изменения. Так, например, стрелка положение стрелки измерительного прибора зависит от величин тока, протекающего по его обмотке:



Кроме того, прибор имеет табло, на котором измеряемая величина фиксируется более точно уже в цифровой форме. Это единственное отличие виртуального стрелочного прибора от его реального прототипа. Можно было бы, конечно, реализовать цифровые измерительные приборы, но стрелка в данном случае играет роль индикатора, несущего свою положительную функцию.

Каждый прибор имеет свой набор характерных параметров, которые можно изменить, вызвав соответствующее диалоговое окно. Для этого в системе зарезервирована правая кнопка мыши, которой нужно щелкнуть, когда курсор располагается на поле данного прибора. Так, в частности, настроечная панель измерительного прибора имеет вид (рис.11.8):



Рис.11.8. Настроечная панель измерительного прибора

 

Каждый прибор имеет клеммы, к которым могут быть присоединены соединительные провода. Количество клемм зависит от типа прибора.

Если к клеммам прибора не присоединен ни один проводник, то такой прибор можно убрать с рабочего поля обратно на панель оборудования. Для этого надо схватить его, перетащить на панель и там отпустить.

 

11.2.4. Сборка схемы

 

Если курсор мыши установить на клемму прибора, то он приобретает форму , что говорит о возможности схватить клемму и перенести ее на другое место. Точнее клемма на приборе остается, но формируется вторая клемма, которую мы собственно и переносим. При переносе клеммы за ней тянется проводник, соединяющий клемму, оставшуюся на приборе, с клеммой, зажатой в пальцах (проводник как бы вытягивается из гнезда прибора). Если отпустить клемму, то она останется на панели стенда, соединенная с клеммой на приборе. Клемму, расположенную на приборе можно в любой момент схватить мышью и перенести ее на новое место. Если клемму отпустить на клемму какого-либо прибора, две клеммы сольются в одну, формируя тем самым электрическое соединение двух проводников на одной клемме, в данном случае клемме прибора. Таким образом, приборы включаются в электрическую цепь (рис.11. 9).

Если есть два проводника, концы которых (по крайней мере по одному из концов) лежат на рабочем поле стенда, то есть не присоединены к какому-либо прибору, то можно взять один из таких концов (а он обязательно заканчивается клеммой), перенести его на свободную клемму другого проводника и там отпустить. Две клеммы сольются в одну, осуществив тем самым электрическое соединение двух проводников.

Проводник можно создать в стороне от всех приборов прямо на рабочей панели стенда. Так, если при движении курсора на поле рабочей панели нажать пальцем на панель, то под пальцем сформируются сразу две клеммы, одна из которых останется в точке нажатия, а другая будет перемещаться этим пальцем в любое другое место рабочей панели или на поле прибора. Обе клеммы будут соединены друг с другом проводником. Различные проводники можно соединять друг с другом путем переноса и совмещения их свободных клемм. Таким образом можно сформировать единый ломаный проводник, отдельные прямолинейные звенья которого связаны друг с другом через клеммы (см. рис.11.9).



Рис.11.19. Формирование проводников


Каждый проводник покрыт изоляцией, поэтому видимое пересечение проводников на рабочей панели стенда вовсе не является местом их соединения. Соединение проводников возможно только через клеммы.

Прямолинейные проводники можно изгибать, но для этого точку изгиба надо зафиксировать на рабочей панели стенда в виде новой клеммы. То есть любая попытка изогнуть проводник приводит к тому, что формируется новая клемма, разбивающая данный проводник на два самостоятельных прямолинейных проводника. Именно эту клемму можно перемещать в любую точку рабочей панели стенда, формируя тем самым изгиб проводника.

Для того чтобы разбить таким образом проводник на два проводника, нужно схватить данный проводник в любой удобной точке. Для этого, когда курсор проходит над проводником, он приобретает форму , что говорит о готовности руки работать с проводником. Если в этот момент нажать на левую кнопку мыши, то в том месте проводника, на который указывает рука, сформируется новая клемма и, схватив рукой за эту новую клемму, можно перетащить ее на новое место рабочего поля стенда.

Правда, изогнуть таким образом можно только такой проводник, который непосредственно или через соединение с другими проводниками связан хотя бы с одной клеммой одного из приборов. Такой проводник уже не является свободным. Группа проводников, никак не связанная ни с одной клеммой прибора является свободной. Рука , сформировав на проводнике новую клемму, не сможет изогнуть проводник, а потянет за собой всю свободную группу проводников. Если эту группу вытащить на панель оборудования (для этого достаточно, чтобы хотя бы одна клемма данной группы проводников оказалась вынесенной на панель оборудования), то после отпускания вся эта группа будет убрана с рабочего поля. Так можно убирать ненужные проводники.

Если есть желание выпрямить излишне ломаную группу проводников, то можно, конечно, выстроить в ряд все клеммы данной группы. Но излишние клеммы не нужны, поэтому их можно убрать, не удаляя самих проводников. Для этого можно совместить две клеммы, ограничивающие один из прямолинейных проводников. Слившиеся клеммы станут одной клеммой, и в группе проводников станет одним звеном меньше.

Отсоединить группу проводников от прибора можно, щелкнув мышью по той клемме прибора, которую требуется освободить. При этом проводник, непосредственно соединенный с данной клеммой прибора, будет удален, и клемма освободится.

К клемме, расположенной на приборе может быть присоединен только один проводник, к клемме на рабочем поле - максимум два. Попытка перетащить какую-либо свободную клемму одного из проводников на другую клемму, занятую уже максимальным количеством проводников, не приведет к слиянию двух клемм, как это было описано выше. Такие клеммы, хотя визуально возможно и сольются, но это только визуально, электрического контакта и механической связи не получится. То есть, при попытке перетащить такую клемму на новое место обнаружится, что на самом деле это две несвязанные клеммы. То есть на одной клемме развилку проводников осуществить невозможно. Для этих целей служит особый прибор, называемый развилка, который нужно специально взять для этого с панели оборудования и перетащить на рабочую панель стенда.

Таким образом, готовая схема в конечном итоге может выглядеть так, как это изображено на рис.11.10.

Рис. 11.10. Схема испытания двигателя постоянного тока с генератором постоянного тока в качестве нагрузки

 

На приведенном рисунке по сути дела изображены две взаимосвязанные цепи: электрическая и механическая. Механическая цепь представляет собой два вала машин постоянного тока, связанные друг с другом через муфты. В качестве клемм механической схемы используются муфты, которые можно взять на панели оборудования. Муфту можно посадить на любой конец вала электрической машины. Две муфты можно соединить друг с другом. Таким образом, два вала электрических машин можно жестко связать друг с другом. Теперь при вращении вала одной машины будет вращаться и вал другой машины. Эффект вращения вала и муфты достигается средствами анимации изображений.

Схема эксперимента может быть достаточно разветвленной. Так, на рис.11.11 представлена одна из тестовых схем. Сама цепь достаточно проста, но на нее навешено множество измерительных приборов, каждый из которых также является реальной ветвью схемы. Результат численного эксперимента по данной схеме сравнивался с результатом расчета схемы аналитическим путем. Отличие не превышает пяти процентов.

Наиболее показательна в информационном плане работа многоканального графического прибора, фиксирующего мгновенные значения напряжения или потенциала в точках схемы (рис.11.12). Данный прибор в некотором отношении подобен осциллографу, но более удобен для работы с имитационным стендом. Он может иметь до 10 клемм и может измерять либо напряжения на пяти различных участках схемы, либо потенциалы в девяти точках схемы (одна клемма прибора в этом случае предназначена для соединения с землей). При измерении потенциалов одна или несколько точек схемы должны быть заземлены. Для этого используется новый элемент - земля.


Рис.11.11. Схема эксперимента

 

Каналы многоканального измерительного прибора пронумерованы цифрами; цвет цифры совпадает с цветом графика изменения соответствующей измеряемой величины во времени. По горизонтальной оси прибора может откладываться либо время (регистрация кривой переходного процесса), либо одна из измеряемых величин (построение зависимостей).

Панель настройки параметров многоканального измерительного прибора (рис.11.13) позволяет менять вид измеряемой величины, количество каналов, масштабировать каналы.

 



Рис.11.12. Два режима работы многоканального измерительного прибора

 



Рис.11.23. Параметры многоканального измерительного прибора.

 

Панель настройки параметров машины постоянного тока изображена на рис. 11.14. Здесь имеется возможность выбирать, какие обмотки присутствуют в машине, задавать параметры обмоток, параметры машины в целом.

 



Рис. 11.14. Параметры машины постоянного тока

 

Следует отметить, что данная панель имеет две обкладки: «Параметры» и «Ф=f(F)». При переходе на вторую обкладку в правой части диалогового окна появляется таблица зависимости магнитного потока Ф от намагничивающей силы машины F. Значения в эту таблицу можно занести вручную. При этом на самой панели Ф=f(F) отобразится график кривой намагничивания машины (рис. 11.15).



Рис. 11.25. Кривая намагничивания машины постоянного тока.

 

Машина может работать в любом режиме (двигательном, генераторном и тормозном). То есть в качестве нагрузки на валу двигателя постоянного тока может использоваться генератор постоянного тока, работающий на внешнюю цепь (рис.11.16). Именно такой принцип используется в лаборатории электрических машин при проведении учебных занятий. Это позволяет плавно нагружать двигатель с помощью реостата в цепи якоря генератора постоянного тока. Кроме того, генератор на валу двигателя может быть использован в качестве тахогенератора для измерения частоты вращения двигателя.



Рис.11.26. Схема эксперимента

 

Таким образом, имеющийся на данный момент набор оборудования является достаточным для проведения в полном объеме лабораторной работы по испытанию двигателя постоянного тока любого типа возбуждения.

Собранную схему можно сохранить в файле с расширением *.shm по команде системного меню «Файл | Сохранить как…», а затем вновь прочитать по команде «Файл | Открыть…» и продолжить работу с ней.

 

11.2.5. Имитация эксперимента

 

На левой панели оборудования стенда (рис.11.16) находится выключатель, который невозможно перетащить на рабочую панель стенда. Его роль принципиально отличается от роли переносных автоматов, с помощью которых можно осуществлять коммутацию в различных ветвях собранной схемы. Он предназначен для подачи напряжения на стенд. Это автомат питания стенда, который может обесточить весь стенд. Когда этот автомат находится в выключенном состоянии, то собранная на стенде электромеханическая цепь абсолютно пассивна. Даже на выходе источников напряжения нет никакого напряжения. В таком состоянии со схемой можно делать все, что угодно, не опасаясь попасть под напряжение.

Если включить автомат питания стенда, то на клеммах всех источников напряжения появляется напряжение, о чем они сигнализируют тем, что загораются лампочки на панелях источников напряжения. После этого подцеплять провода к этим источникам уже не рекомендуется, так как «можно попасть под напряжение». Вообще говоря все клеммы, расположенные на панелях приборов, и несвободные клеммы проводов (то есть в местах излома проводников) «защищены» от касания. То есть «рука» курсора может свободно перемещаться над такими клеммами, не опасаясь попасть под напряжение. Можно даже «выдернуть» провод из прибора. Но вот свободные клеммы проводников не изолированы. То есть если на них есть какой-то потенциал, то перемещаясь над ним «рука» может попасть под напряжение. Предполагается, что в этом случае попадает под напряжение сам пользователь. При этом «рука парализуется». «Спасти» пользователя можно только отключив стендовый автомат. Вообще говоря, это предполагает полный крах эксперимента, за что пользователю будет выставлена соответствующая оценка. Поэтому исполнение требований техники безопасности при работе со стендом является первым требованием, предъявляемым к пользователю.

Схему можно собирать только при отключенном стендовом автомате. После того как подано питание, допускается лишь перетаскивание некоторых приборов (электромеханические приборы трогать категорически запрещается). На панели не допускается присутствие лишних проводников. За это снижается оценка. Особенно опасно присутствие на стенде проводников, один конец которого включен в электрическую цепь, а другой является свободным, то есть на нем может быть электрический потенциал. Присутствие таких проводников допускается системой, но не допускается правилами техники безопасности, поэтому «карается» оценкой.

После того как собрана схема, можно включить стендовый автомат, после чего на клеммах источников питания появляется напряжение. С этого момента активируется математический аппарат системы, который осуществляет следующие операции:

1. анализ схемы и построение матрицы соединений;
   
2. построение графа схемы и выделение дерева графа схемы;
   
3. формирование матриц системы дифференциальных уравнений;
   
4. численное решение системы дифференциальных уравнений;
   
5. определение величин во всех ветвях схемы.
   

В основе данного математического аппарата лежит метод перехода от изображения принципиальной схемы к системе дифференциальных уравнений, решаемой в дальнейшем численным методом. Система построена по объектному принципу. То есть значения величин в различных ветвях, рассчитанные для данного момента времени определяют состояния объектов, то есть приборов, включенных в эти ветви. Поэтому в процессе расчета по мере нарастания расчетного времени (которое синхронизировано с реальным временем) все изменения искомых величин (токов, напряжений, скоростей вращения и т.п.) отражаются на состоянии приборов в схеме. Каждый прибор по-своему реагирует на значение той или иной величины. Например, в измерительных приборах изменяется положение стрелки и меняется числовое значение на цифровом табло. В электромеханических объектах в случае вращения включается эффект анимации. Кроме того, осциллограф (многоканальный измерительный прибор) позволяет фиксировать саму кривую изменения интересующей нас величины во времени. По виду кривых, выдаваемых на осциллограф, можно уже судить о ходе переходных процессов.

В процессе расчета могут возникать кризисные ситуации. Обычно это случается, когда в схеме содержатся какие-то принципиальные ошибки (например, короткое замыкание и т.п.). В таких случаях система выводит на экран соответствующее сообщение об аварии. В «поведении» каждого прибора расписана реакция ответа на аварийные ситуации. В результате, например, короткое замыкание выведет из строя в первую очередь тот прибор, в котором ток превысил допустимое значение. При этом прибор выйдет из строя, за что студент «понесет ответственность» в виде существенного штрафного балла.

Также обрабатываются такие кризисные ситуации, как перенапряжения, превышение скорости вращения, превышение механического момента на валу и т.п. Степень приближения каких-либо величин к критическим значениям понижает оценку за работу с системой.

Подсистема формирования отчета по проделанной лабораторной работе.



Рис.11.17. Окно формирования отчета по проделанной работе

 

Любая лабораторная работа заканчивается оформлением отчета, включающего в себя:

1. название работы;
   
2. список оборудования;
   
3. программу работы;
   
4. таблицы результатов замеров по каждому пункту программы;
   
5. результаты расчетов;
   
6. графики характеристик, построенных по таблицам измерений и результатам расчетов;
   
7. выводы по каждому пункту программы.
   

Рис.11.18. Пример отчета по проделанной работе

 

Обычно вся эта работа выполняется студентом самостоятельно. Но компьютерный стенд должен максимально избавлять студента от рутинных операций, концентрируя его внимание на творческой части, выполняемой работы. В условиях реальной лаборатории студент получит все навыки «ручного» оформления отчета, но в нашем случае такого рода задача не ставится. Главное, чтобы студент хорошо подготовился к реальному эксперименту и чтобы преподаватель мог оценить уровень подготовки студента и уровень полученных им навыков и знаний.

Поэтому оформление отчета, с одной стороны, должно быть максимально автоматизировано. С другой - студент должен хорошо знать, какие таблицы ему следует заполнить данными и как их обработать. Поэтому автоматизация функций составления отчета вовсе не должна быть абсолютно полной. Студент должен получить максимум удобных инструментов для формирования отчета, но сформировать его он должен сам. Форма созданного им отчета также служит объектом оценки работы студента.

Для создания отчета в системном меню предусмотрена команда «Отчет». По этой команде на экране появляется диалоговое окно, предназначенное для формирования отчета (рис. 11.18). Формат окна точно соответствует размеру стандартного листа бумаги формата А4, то есть при выводе на печать содержимого данного окна, оно будет распечатано в границах листа бумаги. Информация, размещаемая в окне отчета, может выходить за пределы окна, при этом появляются полосы прокрутки для пролистывания содержимого. При нажатии кнопки «Печать» все текущее содержимое окна отчета выводится на принтер. Студент должен сам позаботиться о том, как разбить свой отчет на отдельные листы.

В окне отчета студент может сформировать любое количество компонентов трех типов (рис.11.18):

1. «текст» представляет собой окно многострочного текстового редактора, в которое можно внести любую тестовую информацию, выбрав для этого любой шрифт и любые настройки параметров шрифта; этот компонент предназначен для ввода названия лабораторной работы, текста программы работы, названий пунктов, пояснений, выводов и прочей текстовой информации;
   
2. «таблица» представляет собой таблицу для занесения результатов измерений и результатов расчетов; количество колонок и строк таблицы, параметры шрифта и другие параметры таблицы настраиваются в диалоговом окне параметров таблицы;
   
3. «диаграмма» предназначена для вывода графиков, построенных по результатам, содержащимся в ячейках таблиц.
   

Система сопровождения отчетов содержит множество сервисных функций, позволяющих формировать творческие документы по проделанной работе.

 

11.2.6. Подсистема демонстрации

 

Данная подсистема позволяет запомнить все действия пользователя со стендом в целях последующего воспроизведения. Основное назначение данной подсистемы состоит в том, чтобы продемонстрировать преподавателю результат той работы, которую студент провел во время, отведенное для самостоятельной подготовки.

Созданный однажды файл демонстрации может быть открыт для воспроизведения по команде системного меню «Файл | Открыть демонстрацию…» Данная команда выдает на экран диалоговое окно открытия файла. После открытия файла демонстрации подсистема демонстрации полностью перехватывает на себя управление системой. То есть система точно повторяет все действия студента, свершенные им во время создания демонстрации.

Следует отметить, что файл демонстрации нужен не только для воспроизведения действий студента. Он является также источником информации, поставляемой на вход подсистемы формирования оценки за работу студента со стендом.

 

11.2.7. Особенности методики проведения виртуального эксперимента

 

Виртуальный лабораторный стенд имитирует все особенности реального эксперимента, давая студенту максимум возможностей для реализации своего творческого потенциала. С другой стороны, даже самый удачный имитационный компьютерный стенд не способен полностью заменить реальный эксперимент. Здесь большую роль играют психологические факторы прямого контакта с реальной («живой») машиной. Будущим инженерам необходимо переступить разного рода психические барьеры. Опыт показывает, например, что в первый раз страшно включить автомат и услышать нарастающий шум, характерный для разгона относительно крупной машины. Кроме того, реальный эксперимент призван дисциплинировать студента в плане снятия показаний приборов, формирования отчета по проделанной работе и т.п. Поэтому имитационный стенд должен не заменять реальный эксперимент, а расширить его возможности. Главная задача имитационного эксперимента максимально подготовить студента к реальным экспериментам, дать ему возможность отработать необходимые для реального эксперимента навыки, а также проверить уровень его знаний.

Система рассчитана в первую очередь на активизацию самостоятельной работы студента. Ее задача в том, чтобы подготовить студента к проведению реального эксперимента, выполнение которого не допускает халатности, требует максимального внимания, и, самое главное - знания программы эксперимента, умения реализовывать эту программу на практике, умения принимать решения, особенно в аварийных ситуациях. Неподготовленный студент, как правило, не допускается к проведению работы, так как это опасно и для его жизни, и для жизни его товарищей, а также для оборудования, которое он будет испытывать. В этом смысле компьютерный эксперимент может служить своеобразным допуском к проведению реального эксперимента.

 

11.2.8. Подготовка студентов к лабораторному эксперименту

 

За неделю-две до лабораторной работы все студенты получают задание. Это задание должно быть одним для всех, и в то же время в чем-то различаться, например, можно потребовать снять одни и те же характеристики, но в разных диапазонах нагрузки машины, или потребовать снятия характеристик по индивидуальным наборам точек. Главное, чтобы студент сам проделал все операции со стендом во время, специально отведенное в учебном процессе под самостоятельную работу. В реальном эксперименте обычно работает целая бригада, где активно работают лишь некоторые студенты, остальные могут бездействовать. Преподаватель должен в качестве допуска к работе потребовать от каждого студента предоставить "сценарий" проведенной работы в форме файла демонстрации, в котором запоминаются, а затем воспроизводятся все действия студента. Студент может получить допуск к работе как непосредственно перед лабораторным занятием, так и в любое другое время, продемонстрировав преподавателю проделанную им самостоятельную работу.

В системе предусмотрена возможность минимизации участия преподавателя в допуске студента к работе. Для этого служит подсистема оценки работы студента со стендом. Эта подсистема работает автономно и существует в виде отдельного загрузочного модуля. В качестве исходных данных для формирования оценки используется файл демонстрации, предоставленный студентом перед работой. Основанием для допуска к работе является также распечатка отчета по работе со стендом, проделанной самостоятельно.

Любая лабораторная работа заканчивается личным отчетом студента. Обычно преподаватель задает студенту вопросы практического и теоретического плана и оценивает ответы. Здесь также предполагается использовать компьютерный стенд, который позволит студенту "проиллюстрировать на практике" свой ответ. Преподаватель может либо лично пронаблюдать за действиями студента, либо просмотреть файл демонстрации ответа, либо оценить этот файл с помощью подсистемы формирования оценки за работу со стендом. Кроме того, предполагается задействовать подсистему систему выходного тестирования по проделанной работе, также оформленную в автономном виде.

Заключение

 

В достижении качества многое зависит от способа оценки качества. Объективность и ценность информации о качестве возрастает, если комбинировать оценки, полученные путем проверки документации, испытаний типового образца "продукции", аудита системы качества, социологического опроса. Более того, необходимо устанавливать взаимосвязь между оценками качества, поставленными изготовителями "продукции" (преподавателями, если речь идет о знаниях студентов), потребителями "продукции" (мнение выпускника вуза о качестве своей подготовки и отзыв работодателя), независимыми службами аттестации и тестирования (компьютерные тесты, тесты аттестационной комиссии и т.п.).

Ориентация на потребителя, стремление понять и усовершенствовать рабочие процессы, желание измерять качество услуг – это обязательные элементы стратегии управления качеством. Но этого недостаточно для осознанного, комплексного и длительного обеспечения эффективности деятельности вуза. Необходимо научиться измерять «антикачество», то есть цену дефектов в основных сферах деятельности вуза.

Пять систем должны изменить культуру университета: стиль руко-водства, практика набора студентов и сотрудников, информационное сопровождение процессов управления качеством, внутриорганизационное общение и взаимодействие с Министерством образования.

1. Не может быть культуры качества без последовательного и настойчивого руководства в масштабах всего университета. Одна из функций руководства, которая особенно важна на сегодняшнем этапе развития системы образования, - это выбор направления развития университета именно тогда, когда привычные способы больше не работают или изменения во внешней среде заставляют реагировать по-новому. Современный руководитель обязан создавать для сотрудников вуза ту среду, которая способствует их творческой и эффективной работе.

2. Мы часто думаем, что набор студентов и прием на работу сотрудников это просто заполнение пустых мест в организационной структуре вуза. Вместо этого необходимо думать сначала об улучшении качества университета, факультета, кафедры. При таком подходе каждая новая вакансия может стать возможностью приема будущего лидера. Поскольку в конечном итоге на смену каждому сотруднику приходит кто-то другой, вуз может постепенно трансформироваться – шаг за шагом, день за днем, от одного назначения к другому. В этой связи необходимы радикальные изменения в системе переподготовки и повышения квалификации сотрудников вуза. Эта система должна ориентировать сотрудников вуза на поиск и последующее внедрение лучших методов и средств обучения, лучших технологий управления вузом.

3. Элементы системы управления качеством образования достаточно просты и в той или иной степени применялись ранее в вузах России. Проблемы возникли при объединении этих элементов в систему. В итоге возникла проблема размерности информационных потоков. Решить эту проблему можно только при грамотном подходе к автоматизации всех процессов обработки информации. Здесь только закупкой компьютеров успеха добиться невозможно. Необходимы новые программные продукты, новые межвузовские коллективы для создания и тиражирования этих продуктов.

4. Культура качества требует открытого, честного, эффективного и непрерывного общения, разрушающего внутренние барьеры университета. Мы не можем контролировать качество университета внешними инспекциями. От этой идеи отказались промышленные предприятия, она не будет эффективной и в образовании. Путь подотчетности аттестационной комиссии никогда не сможет принудительно навязать качество. Для повышения эффективности общения необходим ряд перемен. Во-первых, нужен переход от культуры, которая основывается на данных, подаваемых во внешние организации (министерство, совет ректоров, региональная администрация), к культуре, приветствующей обмен информацией внутри университета (между проректорами, между кафедрами и отделами, между всеми сотрудниками). Мы должны уйти от практики генерирования сотрудниками вуза данных, которые заполняют многочисленные отчеты в виде информационного хлама. Во-вторых, необходимо постоянно работать над улучшением системы обратных связей. Направляя информационный поток исключительно вверх, а не вверх, вниз и по кругу, мы закрепляем ошибочное убеждение, что качество надо контролировать сверху. Существование контуров обратной связи по всей организации может существенно изменить культуру, так как символическое значение, приписываемое обратной связи, предельно ясно: вы наделены полномочиями, и вы несете ответственность за улучшение своей деятельности. В-третьих, результаты различного рода аттестаций не должны использоваться для наказания виновных после выявления фактов плохой работы. Эти результаты должны быть основой для размышлений, для поиска и устранения “слабых мест” в рабочих процессах, в том числе с помощью членов аттестационных комиссий.

5. Необходимы новые инициативы Министерства образования России в сфере создания реально работающих систем управления качеством образования. Во-первых, развертывание работ в сфере качества образования требует достаточно прозрачных стимулирующих мер со стороны высшего руководства системы образования. Существующая система не в полной мере удовлетворяет вузы. Желательно к финансированию по нормативному принципу добавить бюджет развития системы образования, развернув его в сторону тех вузов, которые стремятся к качеству, которые достигают лучшей эффективности, то есть обеспечивают качество при минимуме дефектов. Во-вторых, необходимо частично ограничить автономию вузов, формируя временные консорциумы вузов с постановкой конкретных технических заданий по созданию и последующему тиражированию систем управления качеством образования. Естественно, что такие консорциумы должны получать дополнительные ресурсы при одновременном введении жесткого контроля за расходованием этих средств. В-третьих, необходимо частично сменить акценты в работах по информатизации. Создать систему документооборота или систему управления персоналом относительно просто. Более сложные проблемы возникнут при разработке комплекса электронных средств учения и контроля результатов обучения. Именно этот комплекс позволит решить проблему размерности, проблему доступности образования, проблемы разгрузки преподавательского корпуса и активизации самостоятельной работы студентов. Усилия одного университета здесь приведут лишь к видимым успехам. Университеты должны научиться сотрудничать и обмениваться своими интеллектуальными продуктами. Наконец, о проблеме информационных порталов системы образования. Нет смысла собирать в них информационный хлам. В первую очередь такие порталы должны создаваться для сопровождения бенчмаркинга, для сбора лучших практик в высшей школе.


Библиографический список

 

1. Глудкин О.П., Горбунов Н.М., Гуров А.И. Всеобщее управление качеством: Учеб. для вузов. М., 1999. 600 с.
   
2. Ишикава К. Японские методы управления качеством: Сокр. пер. с англ. М.: Экономика, 1988.
   
3. Robert C. Camp Benchmarking: The Search for Industry Best Practices that Lead to Superior Performance. ASQC Quality Press, 1989.
   
4. А. Terner, I. DeToro. Total Quality Management. Three Steps to Continuous Improvement. Addition-Wesley Publishing Company, Inc.1992.
   
5. Deming, W.E. Out of the Crisis. Cambridge, 1986.
   
6. Нуждин В.Н., Кадамцева Г.Г. Управление качеством: Метод. пособие/ Иван. гос. энерг. ун-т, Иваново. 2000.
   
7. Нуждин В.Н. Система развития индивидуального творческого мышления. Итоги и проблемы создания новой технологии обучения: Учеб. пособие/ Иван. гос. энерг. ун-т, Иваново, 1990.
   
8. Нуждин В.Н., Кадамцева Г.Г. Стратегическое управление качества образования: Учеб. пособие/ Иван. гос. энерг. ун-т. Иваново, 2002. 88 с.
   
9. Alain-Michel Chauvel. Methodes et Outils pour Resoudre un Probleme. 45 Outils Pour Ameliorer les Performances de Votre Organisation. Dunod. Paris, 2000.
   
10. John D.W. Morecroft, John D. Sterman. Modeling for Learning Organisations. Productivity Press, Portland, Oregon, 1994.
    
11. Jenifer Grant Haworth, Clifton F. Conrad. Emblems of Quality in Higher Education. Developing and Sustaining High-Quality Programs. Allan and Bacon, USA, 1997.
    
12. Gerald J. Balm. Evaluer et Ameliorer Ses Performance. Le Benchmarking. Afnor, 1994.
    
13. Нуждин В.Н., Кадамцева Г.Г. Стратегия развития высшего образования и обеспечение качества. Ст. 1 // Высшее образование сегодня. 2003. No 4.
    
14. Нуждин В.Н., Кадамцева Г.Г. Стратегия развития высшего образования и обеспечение качества. Ст. 2 // Высшее образование сегодня. 2003. No 5.
    
15. Игнатова И.Г., Резонтов К.В. Сетевая программная оболочка ОРОКС как основа создания и организационного обеспечения дистанционного обучения образовательного учреждения // Тез. докл. конференции «Интернет – общество - личность» (IOL - 2000), секция «Технологии дистанционного обучения» (ссылка скрыта )
    
16. Владимир Богданов, Александр Прохоров. Системы дистанционного образования // Компьютер Пресс. 2001. No 8. С. 138-142.
    
17. Прометей: Дизайнер курсов (ссылка скрыта)
    
18. Прометей: Тест-система (ссылка скрыта)
    
19. Комаров А.В. Интегрированная система дистанционного обучения Learning Space для образовательных учреждений на базе Lotus Domino // Школа – семинар Судак – 2001 (ссылка скрыта)
    
20. Сервер WebCT. — .com
    
21. Сервер Blackboard Inc., Blackboard 5^TM - ссылка скрыта
    
22. Моисеев Н.Н. Математические задачи системного анализа. М., 1981. 488 с.
    
23. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам: Пер. с англ. – М. 1989. 386 с.
    
24. Петрушин В.А. Интеллектуальные обучающие системы: архитектура и методы реализации (обзор) // Техническая кибернетика. 1993. No2,
    С. 164 – 189
    
25. Логистика: Учеб. пособие / Под ред. Б.А.Аникина. М. 1999. 327 с.
    
26. Котов В.Е. Сети Петри. М. 1984. 158 с.
    
27. Нуждин В.Н.,Кадамцева Г.Г., Дударева Н.А., Пшеничная Л.В. Тотальное управление качеством. Ч. 1. Практическое руководство/ Иван. гос. энерг. ун-т, Иваново. 1996. 108 с.