Совершенствование образовательного процесса обучения с использованием виртуальных лабораторных практикумов
| Вид материала | Практикум |
СодержаниеСовершенствование образовательного процесса обучения с использованием виртуальных лабораторных практикумов |
- Зюбин Владимир Евгеньевич использование виртуальных лабораторных стендов для обучения, 12.2kb.
- Комплексная модель образовательного процесса с использованием информационно-коммуникационных, 132.22kb.
- Дьяченко Алексей Владимирович Мяэотс Виктор Кальювич Организация образовательного процесса, 73.74kb.
- О новом поколении компьютерных лабораторных практикумов по электрофизике, 9.71kb.
- Современное качество высшего образования безусловно определяется использованием активного, 49.1kb.
- Совершенствование технологического процесса переработки сои с использованием различных, 53.51kb.
- Е. В. Афонина Брянский государственный технический университет, 660.01kb.
- Учебно-тематический план программы краткосрочного повышения квалификации, 80.28kb.
- Методические указания по проведению лабораторных работ с использованием, 439.55kb.
- «Новые информационные технологии в образовании. Комплексная модернизация процесса обучения, 326.39kb.
Заявка
| Ф.И.О. | Кабанова Ирина Александровна |
| Организация | Смоленский филиал государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет путей сообщения» (Смоленский филиал МИИТ) |
| Должность | Доцент кафедры «Теплоэнергетика и водоснабжение на железнодорожном транспорте» |
| Научное звание, ученая степень | Доцент, к.т.н. |
| Почтовый адрес | Россия, 214012, Смоленская обл., г. Смоленск, ул. Беляева, 45 |
| Контактная информация | Тел. 89038936804 |
| Форма участия | Докладчик |
| Секция конференции | Секция 3. Инфокоммуникационные технологии (ИКТ) в современном образовательном пространстве |
| Планируемая форма доклада | Публикация |
| Название доклада | Совершенствование образовательного процесса обучения с использованием виртуальных лабораторных практикумов |
Кабанова И.А.
г. Смоленск
Смоленский филиал МИИТ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ОБУЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРНЫХ ПРАКТИКУМОВ
В соответствии с действующими государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования (ГОС ВПО) к выпускникам технических вузов по различным направлениям подготовки предъявляются весьма обширные и многообразные квалификационные требования. Деятельность специалистов весьма разнопланова и требует глубоких знаний законов природы и закономерностей развития ряда смежных отраслей прикладной науки и техники, умений и навыков для того, чтобы выполнять и сопровождать конкурентоспособные разработки технических устройств, систем, комплексов, технологий. В результате им приходится постоянно решать многофакторные и многокритериальные задачи принятия и реализации проектных и управленческих решений при неполной и не всегда достоверной входной информации.
В современных условиях, условиях бурного развития средств вычислительной техники и программного обеспечения только широкое внедрение процессов информатизации во все виды учебной деятельности позволят решать вопросы качественной подготовки специалистов.
Особое место в системе подготовки инженерных кадров имеют лабораторные практикумы, предназначенные для приобретения навыков работы на реальном оборудовании, с аналогами которого будущему специалисту, возможно, придется иметь дело в своей практической деятельности.
В последнее время в связи с широким внедрением компьютерных моделирующих систем на практике активно применяются виртуальные лабораторные практикумы по различным дисциплинам.
Возможности современных имитационных компьютерных моделей создают полную иллюзию работы с реальным оборудованием. В таком подходе есть положительный момент, позволяющий реализовать каждому обучаемому свои индивидуальные творческие способности. Находясь в виртуальной лаборатории, можно выбрать виртуальные приборы и оборудование, собрать на виртуальном стенде схему эксперимента по своему индивидуальному заданию, провести поисковое моделирование исследуемого физического процесса при различных заданных параметрах и ограничениях, обработать результаты исследования, не затрачивая усилий на рутинные расчеты и графические построения.
Важным преимуществом виртуальной лаборатории является возможность наглядной имитации реального физического эксперимента путем использования, наряду с привычными изображениями приборов, не только имитационных моделей реальных сигналов, но также и полученных ранее реальных экспериментальных данных, хранящихся в соответствующих файлах данных.
В институте в рамках подготовки специалистов по различным направлениям направления практически используются лабораторные практикумы по физике, сопротивлению материалов, гидравлике и теплотехнике.
В лабораторном практикуме по физике представлены работы по всем основным разделам физики. Компьютерные лабораторные работы построены на базе математических моделей, воспроизводящих все параметры реальных лабораторных установок, и позволяют выполнить эксперимент, провести статистическую обработку результатов и распечатать протокол работы. Возможна статистическая обработка результатов измерений, проведенных на реальной экспериментальной установке. Для каждой лабораторной работы имеется методическое пособие, в котором приводятся теоретические основы изучаемого физического явления, описание экспериментальной установки и порядка выполнения работы, а также указания по статистической обработке результатов эксперимента.
Обучающий программный комплекс COLUMBUS-2005 (рисунок 1) содержит виртуальные лабораторные работы по семи разделам курса «Сопротивление материалов».
Создание такого комплекса обусловлено несколькими причинами: во-первых, существующие в большинстве вузов испытательные машины сильно изношены и часто не поддаются регулировке; во-вторых, в некоторых филиалах заочных вузов отсутствует испытательная база; в-третьих, совместное проведение реальных испытаний одного образца для всей группы и индивидуальных виртуальных испытаний для каждого студента открывает новые методические возможности при изучении дисциплины «Сопротивление материалов».
Рисунок 1 – Программный комплекс COLUMBUS-2005
В данной версии программного комплекса используется база данных, содержащая свойства материалов, полученные в результате реальных испытаний образцов. Предусмотрена возможность расширения этой информации.
Компьютерная версия лаборатории гидромеханики, гидравлических машин и гидроприводов предназначена для имитационного выполнения лабораторных работ при изучении дисциплин «Гидравлика», «Гидромеханика», «Гидравлика и гидропривод», «Основы гидропривода строительных и мелиоративных машин», «Гидравлика и гидропневмопривод».
Лаборатория гидромеханики включает в себя одну лабораторную установку по разделу гидростатики для демонстрации закона Паскаля, и пять лабораторных установок по разделу гидродинамики: установка для изучения составляющих уравнения Д. Бернулли, установка для изучения режимов течения вязких жидкостей в трубах, стенд для экспериментального изучения гидравлических потерь в местных сопротивлениях и по длине, установка для изучения истечения жидкости через отверстия и насадки, установка для изучения явления гидравлического удара в трубах.
Все вышеприведенные установки представляют собой компьютерные версии существующих на кафедре «Гидравлики и водоснабжения» в Москве и в Смоленске лабораторных установок и состоят из мультипликационного изображения действующей установки на экране дисплея и математической модели изучаемого физического процесса, управляющей содержанием экрана.
Программа позволяет имитировать измерения параметров физического процесса с помощью применяемых в практике гидравлического эксперимента приборов, таких как пьезометры, манометры, вакуумметры для измерения гидростатического напора, трубки Пито и датчики скорости для измерения скоростного напора, мерные емкости и секундомеры для определения объемного расхода жидкости. В процессе компьютерного эксперимента программа воспроизводит случайное отклонение измеряемого параметра, что дает возможность оценить точность измерений методами статистического анализа.
Компьютерная лаборатория гидравлических машин и гидроприводов включает в себя три лабораторных стенда для испытания насосов: стенд для параметрических испытаний центробежных насосов, стенд для испытания объемных насосов и стенд для кавитационных испытаний центробежных насосов и четыре стенда для испытаний гидроприводов: стенд для испытаний регулируемого объемного гидропривода вращательного действия, стенд для испытаний регулируемого гидропривода возвратно-поступательного действия с последовательно включенным дросселем, стенд для испытания регулируемого гидропривода возвратно–поступательного действия с параллельно включенным дросселем и установку для испытаний гидродинамической муфты. Все перечисленные выше установки и стенды являются компьютерной версией существующего на кафедре в Москве и частично в филиале г. Смоленска оборудования.
Программа позволяет имитировать работу гидравлических машин в различных режимах, выполнять измерения параметров их работы таких как напор (давление), подача (расход), крутящий момент, число оборотов, мощность и др. Измерение указанных параметров осуществляется на стенде измерительных приборов куда поступает информация непосредственно с модели лабораторного стенда. При этом программа генерирует случайные отклонения измеряемых величин в интервалах наблюдаемых при испытании реальных гидромашин.
Виртуальная лаборатория «Теоретических основ теплотехники» представлена 6 работами по технической термодинамике и теплопередаче: « Определение параметров влажного воздуха», Исследование процесса истечения воздуха через суживающееся сопло», «Определение коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции», «Исследование процессов теплообмена на горизонтальном трубопроводе» и др. Выполнение данных работ позволяет значительно расширить диапазон как качественных, так и количественных характеристик исследуемых процессов, а также ставить перед студентами индивидуальные задания.
Таким образом, компьютерное моделирование изучаемых физических процессов является обязательной компонентой современного образовательного процесса, но оно не может полностью заменить реальный лабораторный практикум.
В связи с этим в институте уделяется большое внимание развитию технической лабораторной базы для проведения лабораторных работ с использованием современного оборудования, измерительной аппаратуры.
Как уже подчеркивалось, лаборатория физики располагает всем комплектом работ, представленных в компьютерном виде, по мере необходимости и возможности производится модернизация стендов.
В лаборатории Сопротивления материалов размещено действующее оборудование по проведению различных испытаний на прочность, позволяющее выполнить все работы виртуального практикума и сравнить полученные результаты.
В лаборатории Гидравлики помимо традиционных стендов по изучению особенностей течения жидкостей разработаны и функционируют лабораторные работы по «Водоснабжению и водоотведению»: «Определение потерь напора на современных запорно-регулирующих и вспомогательных элементах», «Определение расхода жидкости с использованием различных типов расходомеров», «Определение потерь напора с использованием дифференциального манометра»; по курсу «Теплогазоснабжение и вентиляция» : «Определение коэффициента теплопроводности теплоизоляционного материала», «Теплотехнические испытания отопительного прибора», «Особенности работы и применение на практике теплосчетчиков». Все работы выполнены с применением современного, применяемого на практике оборудования.
В дальнейшем планируется расширение лабораторной базы филиала и разработка и приобретение новых виртуальных работ по разным направлениям.