Geum.ru

Н. А. Разуева об использовании программы electronics workbench в лабораторном практикум

Вид материалаПрактикум
Подобный материал:
Н.А. Разуева


ОБ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПРОГРАММЫ ELECTRONICS

WORKBENCH В ЛАБОРАТОРНОМ ПРАКТИКУМЕ


Учебные дисциплины: «Электротехника и электроника», «Электронная техника», «Вычислительная техника», «Электронные устройства автоматики» (специальностей 190604, 220302, 140206) относятся к той области общепрофессиональных и специальных дисциплин, в которой процесс познания требует неразрывной связи теоретического анализа, практических расчетов и экспериментальных исследований. Вот почему профессиональная культура специалиста ХХI века требует в первую очередь умения грамотно проводить эксперимент. Эти навыки студенты приобретают при выполнении лабораторных работ.

Основная цель лабораторных работ по электронике - углубление и закрепление теоретических знаний, приобретенных студентами на лекциях и при самостоятельной работе, а также приобретение навыков экспериментальных исследований. Кроме того, при выполнении лабораторных работ студенты знакомятся с методами математической обработки результатов измерений.

Для реализации Государственных образовательных стандартов среднего профессионального образования в Уральском технологическом колледже находится в эксплуатации лаборатория «Электронная техника», которая оборудована универсальными лабораторными стендами «Промышленная электроника» и стендами по «Основам автоматики и электронно-вычислительной техники». Стенды позволяют проводить лабораторные работы по изучению и исследованию элементов, узлов и устройств электронной аналоговой и цифровой технике.

При всех достоинствах существующего практикума проведения лабораторных работ имеется много проблем, которые в силу объективных и субъективных трудностей практической реализации не решаются сегодня:
  • Используемый универсальный стенд «Промышленная электроника» позволяет обеспечивать выполнение ряда лабораторных работ на отдельных функциональных блоках. В таких стендах и блоках устройства и элементы упрятаны вовнутрь, а на передний план выходят мнемосхемы лабораторных работ, поэтому обычно студент плохо представляет себе даже внешний вид изучаемого в работе объекта, а стенд для него превращается в некий «черный ящик» с множеством клемм и обозначений.
  • В связи с изменениями элементной базы электроники лаборатория должна постоянно обновляться и совершенствоваться, что требует сложного, дорогого лабораторного оборудования.
  • Современная аппаратура сложна, требует высокой квалификации и мало приспособлена для работы студентов.
  • В существующих универсальных стендах отсутствует возможность диагностики неисправности электронных устройств.

Перечисленные замечания не охватывают всю проблему, возникающую при проведении лабораторного практикума. Поэтому актуально стоит вопрос поиска альтернативных методических направлений обучения электронным дисциплинам.

Одно из таких направлений – создание виртуальной лаборатории по электронике, где новейшие компьютерные технологии позволяют смоделировать на компьютере самую современную электротехническую лабораторию с уникальными приборами, которыми оснащены далеко не все реальные лаборатории. На этом этапе виртуальная среда создает все условия для организации и проведения экспериментов с широким спектром электрических и электронных схем, причем конечные результаты должны совпадать с процессами в реальных условиях

Анализ состояния программного обеспечения по схемотехническому моделированию рекомендует к использованию следующие прикладные пакеты проектирования полупроводниковых устройств электроники:
  • Electronics Workbench (EWB) («Электронная лаборатория»);
  • Micro – Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program, «Программа анализа схем на микрокомпьютерах»);
  • интегрированный программный комплекс MatLab (Matrix Laboratory), который ориентирован в первую очередь на обработку массивов данных (матриц и векторов).

Для изучения и анализа несложных электронных схем, например, при моделировании различных статистических и динамических режимов работы: полупроводниковых приборов – диодов, транзисторов, и на их основе различных функциональных узлов – аналоговых и цифровых устройств, наиболее оптимальным является пакет Electronics Workbench 5.12 фирмы Interactive Image Technologies Ltd. (Канада), который по существу представляет собой виртуальную лабораторию с достаточно широкими возможностями.

У пакета EWB имеется целый ряд достоинств:
  1. Простой графический редактор, позволяющий достаточно просто рисовать на экране практически любые электронные схемы в привычном изображении.
  2. Большая библиотека современных электронных компонентов, дискретных, интегральных аналоговых, цифровых и смешанных аналогово-цифровых схем.
  3. Богатая библиотека электронных схем, позволяющая использовать готовые практические разработки и легко модернизировать их под конкретную задачу.
  4. Хороший набор виртуальных измерительных приборов, позволяющих выполнить любое электрическое измерение. Подключив виртуальный прибор к любой точке схемы можно получить полную информацию о процессах в данном узле.
  5. Низкие требования, предъявляемые к используемому компьютеру.
  6. Не требует знаний по программированию. Требуется лишь знакомство со средой Windows.

Наличие современного приборного парка в программе Electronics Workbench предоставляет в распоряжение пользователя уникальные возможности для планирования и проведения широкого спектра экспериментов: от простейших опытов до исследования реальных электротехнических устройств. Такой инструмент является идеальным средством обучения студентов, так как позволяет снять практически все ограничения, касающиеся элементной базы и приборного парка. Снимаются, кроме того, и все проблемы, связанные с возможностью некорректных действий экспериментатора, что особенно важно при обучении самых неквалифицированных пользователей

Такой подход предполагает индивидуализацию процесса обучения и выход за рамки привычных учебных лабораторий. При условии доступа к компьютеру пользователь может обучаться в любом месте и в любое время.

Виртуальная лаборатория отличается от реальной. Она имеет свои особенности. Сама же методика проведения исследований в реальной и виртуальной лабораториях одинакова. В виртуальной лаборатории процесс моделирования максимально приближен к реальному эксперименту, студент, осуществляя последовательность таких операций, как сборка электрической схемы, подключение к ней измерительных приборов, задание параметров генераторов входных воздействий и установка режимов на лицевых панелях измерительных приборов, получает результаты измерений в привычной для него форме. Отображение на мониторе компьютера знакомых приборов, таких, как виртуальные осциллографы, амперметры, вольтметры, мультиметры, функциональный генератор и приборы для исследования цифровых электронных схем, делает процесс исследования наиболее естественным и понятным. Адаптация студента к основным операциям занимает при этом не более академического часа, и у него появляется больше времени для планирования и проведения экспериментов, а также изучения всех возможностей используемого инструмента.

При проведении моделирования электронных схем широко используются сервисные возможности самих компьютерных программ. На созданных компьютерных моделях можно изменять в широких пределах как состав и параметры компонентов, так и схемотехнику, отбирая для практического изготовления наилучшие варианты. Это, безусловно, будет продуктивно во всех отношениях: от минимизации временных и финансовых затрат, до развития знаний, умений и навыков, составляющих основу профессионализма.

Однако методически неверно подменять реальные лабораторные работы виртуальными. Как показывает учебная практика, максимальная эффективность обучения достигается при совместном использовании натуральных экспериментов с реальными элементами электронных схем, лабораторных приборов и компьютерных технологий. Поэтому компьютерные технологии должны дополнять и углублять знания студентов о реальных элементах и устройствах и их физических свойствах.

Компьютерные технологии в электронике могут быть также использованы в лекционных занятиях при изложении теории электронных устройств с целью иллюстрации основных положений теории, чем достигается наглядность результатов и доступность их понимания

С осени 2005 года на кафедре «Энергетики» Уральского технологического колледжа начался процесс исследования и использования программы Electronics Workbench для обучения студентов.


Большой вклад в подготовку материалов для проведения лабораторных работ с использованием программы EWB вносят студенты специальности 220302 «Автоматизация технологических процессов на тепловых электрических станциях».

В данный время идет работа по разработке методики проведения экспериментальных исследований, в которой используются широкие потенциальные возможности всего многообразия инструментальных средств и библиотек элементов программы Electronics Workbench. При этом мы стараемся понять, изучить и представить весь арсенал методов планирования и проведения экспериментов в схемах, построенных на базе имеющихся в программе идеальных и реальных элементов

Доступность программного продукта EWB создает все необходимые предпосылки для активного использования его при организации учебного процесса в колледже.


Выходные данные автора: Разуева Н.А.- преподаватель спецдисциплин Уральского технологического колледжа (г. Заречный)