Проблеми вищої школи

• Проблеми сучасного підручника середньої І вищої школи збірник наукових праць, 2383.1kb.
• Донецька філія Центру гуманітарної освіти Національної академії наук України Донецьке, 1642.64kb.
• Лекція: Психологія діяльності та особистості викладача вищої школи. План, 41.14kb.
• Педагогіка вищої та середньої школи, 460.98kb.
• Робоча навчальна програма з курсу "психологія вищої школи", напрям підготовки «фізичне, 193.06kb.
• Зняної вищої школи найближчим часом виникне серйозна суперечність між рівнем інтелектуальних, 149.06kb.
• Практикум з педагогіки вищої школи: Навчальний посібник за модульно-рейтинговою системою, 411.72kb.
• Навчальний курс "нові інформаційні технології" у підготовці студентів гуманітарних, 45.93kb.
• Програми з читання, української мови, математики для 1-10 класів спеціальної загальноосвітньої, 1141.95kb.
• Завершилося навчання з освітньої програми «Політичний лідер», 32.36kb.

УДК 621.314.001.5

ПРОБЛЕМЫ ПОДГОТОВКИ СПЕЦИАЛИСТОВ-ЭЛЕКТРОМЕХАНИКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВИРТУАЛЬНЫХ КОМПЛЕКСОВ

Введение. Процессы, происходящие в современном обществе, выдвигают на первый план общественного развития сферу образования. Приобретение новых знаний, умений, навыков, ориентация на их обновление и развитие становятся фундаментальными характеристиками работников в современной экономике. Это, в свою очередь, определяет необходимость использования в образовательной системе передовых и перспективных информационных технологий. Современный мировой опыт подготовки, переподготовки и переквалификации специалистов показывает, что применение современных информационных технологий и методов обучения позволяет добиться повышения эффективности учебного процесса, заметного улучшения качества образования, сокращения сроков обучения и адаптации специалистов к условиям профессиональной деятельности.

Цель работы. Научное обоснование и разработка компьютеризированного виртуального лабораторного и информационно-методического комплекса для повышения эффективности процесса подготовки специалистов в режиме самообучения и дистанционного обучения.

Материал и результаты работы. Несмотря на большой прогресс в области информационных систем и технологий, методы подготовки специалистов с высшим техническим образованием измени­лись незначительно. Анализ учебных планов подготовки инженеров-электромехаников по специальности «Электромеханические системы автоматизации и электропривод» позволяет отметить произошедшие за последние годы изменения по таким позициям:

• перечень учебных дисциплин;
  
• соотношение объема часов, отводимых на изучение отдельных циклов дисциплин;
  
• соотношение объема аудиторной и самостоятельной работы.
  

При этом практически не изменились виды и формы изучения учебного материала и контроля знаний: лекции, практические занятия, ла­бораторный практикум, курсовые работы и проекты, зачеты, экзамены. Характер про­ведения различных видов занятий и контроля также изменился незначительно.

Основной особенностью высшего технического образования является необходимость в организации и проведении эффективного лабораторного практикума по профессионально-ориентированным и специальным дисциплинам. Так, учебным планом специальности «Электромеханические системы автоматизации и электропривод» от общего числа аудиторных занятий на лабораторные работы отводится по циклам:

• общепрофессиональных дисциплин – 25 %;
  
• профессионально-ориентированных дисциплин – 26 %;
  
• специальных дисциплин – 20 %.
  

Практическая реализация лабораторного практикума традиционными методами с использованием экспериментальных лабораторных стендов и установок учебного заведения всегда была сопряжена со значительными материальными затратами, которые, по некоторым оценкам, составляют до 80% всех затрат на подготовку специалиста в области техники и технологий [1]. Это связано не только с созданием отдельных образцов современного лабораторного оборудования, но и с необходимостью его обслуживания, постоянной модернизации, тиражирования для обеспечения возможности фронтального выполнения работ. В условиях резкого сокращения финансирования учебных заведений, в первую очередь страдают именно учебные лаборатории, оборудование которых быстро стареет морально и приходит в неработоспособное состояние физически.

Кроме того, обычные учебные лаборатории имеют ограниченные возможности в смысле проведения инженерных экспериментальных исследований, например, исследования динамических режимов работы электромеханического оборудования при различных видах нагружения, а также анализа предаварийных и аварийных режимов, недопустимых в реальных условиях.

Учебный план подготовки инженеров-электромехаников включает ряд учебных дисциплин, напрямую связанных с изучением систем электропривода: моделирование электромеханических систем, теория электропривода, системы управления электроприводами, системы оптимального управления, цифровые системы управления электроприводом, комплектные электроприводы, автоматизированный электропривод типовых промышленных механизмов, автоматизация типовых технологических процессов. Анализ учебных программ этих дисциплин свидетельствует о безусловной общности и взаимосвязи лабораторных работ, практических занятий, расчетных заданий, выполняемых студентами в рамках отдельных курсов [2].

Конкретные лабораторные установки, как правило, предназначены для выполнения ограниченного числа лабораторных работ по отдельным учебным дисциплинам. Поэтому весьма актуальной является задача создания универсального лабораторного оборудования, позволяющего исследовать не только различные виды электропривода, но и выполнять лабораторные работы по нескольким учебным дисциплинам.

Весьма проблематичным является вопрос обеспечения специальных технических дисциплин необходимой литературой и методическими указаниями. Это связано не только с недостаточным финансированием, но, зачастую, и с отсутствием изданных современных учебников и пособий, как таковых. Анализ библиотечного фонда университета показал, что обеспеченность литературой большинства специальных курсов составляет в лучшем случае 2-3 учебника на 10 студентов, а по некоторым дисциплинам учебники отсутствуют вообще или имеются в единичном экземпляре.

Еще одним очень важным моментом является то, что в соответствии с новыми Государственными образовательными стандартами значительная часть работы по освоению учебного материала переносится на внеаудиторную, самостоятельную работу студента. При этом содержание и объем программ по техническим дисциплинам практически не претерпевают существенных изменений. Несоответствие между объемом знаний, которые должен усвоить студент, и отводимым на эту работу временем заставляет преподавателей искать новые методы работы, которые позволили бы избежать снижения качества подготовки специалистов.

Одним из возможных решений данной проблемы является разработка и использование в учебном процессе компьютеризированных информационно-методических комплексов профессионально-ориентированных и специальных учебных дисциплин [3]. Центральным и самым важным элементом такого комплекса является виртуальный лабораторный комплекс, позволяющий осуществить новые подходы к организации лабораторного практикума с использованием технологии виртуальных приборов, реализованной в среде пакета LabVIEW [4].

Имея опыт создания виртуальных лабораторных комплексов по дисциплине «Теория электропривода» и электронную библиотеку учебников, учебных пособий и методических указаний к выполнению лабораторных работ, практических занятий, курсовых проектов по дисциплинам специальности «Электромеханические системы автоматизации и электропривод», коллектив кафедры «Системы автоматического управления и электропривод» КГПУ приступил к разработке целого ряда компьютеризированных комплексов. В рамках дипломного проектирования в текущем учебном году выполняются следующие работы:

• разработка компьютеризированных информационно-учебных комплексов по 11 учебным дисциплинам специальностей «Электромеханические системы автоматизации и электропривод» и «Системы управления и автоматики»: надежность и диагностика электрооборудования; цифровые системы управления; теория электропривода; системы управления электроприводом; автоматизированный электропривод типовых промышленных механизмов; микропроцессорные устройства; теория автоматического управления; моделирование электромеханических систем; системы питания компьютеризированных систем управления; проектирование электромеханических систем; основы сбора, передачи и обработки информации;
  
• разработка виртуальных лабораторных комплексов для исследования систем управления различными технологическими объектами в условиях лабораторий кафедры (таблица 1);
  
• разработка виртуальных лабораторных комплексов для исследования характеристик, режимов работы и энергетических процессов электроприводов постоянного и переменного тока (таблица 2).
  

Учитывая, что разработка указанных комплексов требует знаний не только в области электромеханики, но и умения разрабатывать алгоритмы, программировать, работать с базами данных, значительная часть дипломных проектов по данной тематике является межспециальностными комплексными проектами (таблица 3), в которых студенты специальности «Электромеханические системы автоматизации и электропривод» разрабатывают математические модели соответствующих систем и объектов, выполняют необходимые экспериментальные исследования, а студенты специальности «Системы управления и автоматики» решают вопросы алгоритмического и программного обеспечения, разработки интерфейсов пользователя, формирования электронных методических пособий и указаний.


Таблица 1 -

Тема проекта

Виртуальный лабораторный стенд компрессорной установки

Виртуальный лабораторный стенд конвейерной установки

Виртуальный лабораторный стенд „Компьютеризированный комплекс управления воздуходувкой”

Виртуальный лабораторный стенд „Автоматизированный комплекс управления штабеллером”

Виртуальный лабораторный стенд „Компьютеризированный комплекс управления масляной станцией”

Виртуальный лабораторный стенд „Автоматизированный комплекс контроля и управления процессом нагревания в печи”

Виртуальный лабораторный стенд для исследования процессов сгорания углеводов

Виртуальный лабораторный стенд „Компьютеризированный робототехнический комплекс ТУР-10”

Таблица 2 –

Тема проекта

Виртуальный лабораторный стенд для исследования характеристик системы генератор-двигатель

Виртуальный лабораторный стенд для исследования характеристик электропривода по системе электромашинный усилитель-двигатель постоянного тока

Виртуальный лабораторный стенд для исследования режимов работы электротали

Виртуальный лабораторный стенд для исследования характеристик асинхронного электропривода с тиристорным регулятором в цепи статора

Виртуальный лабораторный стенд для исследования характеристик двигателя постоянного тока последовательного возбуждения

Виртуальный лабораторный стенд «Компьютеризированный комплекс для испытаний асинхронных двигателей»

Виртуальный лабораторный стенд для исследования непрямого пуска системы генератор-двигатель

Продолжение таблицы 2 -

Виртуальный лабораторный стенд для исследования систем защиты асинхронных двигателей

Виртуальный лабораторный комплекс энергоучета параметров электромеханических систем

Виртуальный лабораторный стенд для исследования энергетических процессов в частотно-регулируемом электроприводе

Общая структура соответствующих дипломных проектов и работ представлена на рисунках 1, 2.


Таблица 3 -

Тема проекта

Виртуальный лабораторный стенд для исследования систем динамического нагружения двигателей постоянного тока

Виртуальный лабораторный стенд для исследования характеристик электропривода постоянного тока КЕМРОН

Виртуальный лабораторный комплекс для исследования электромеханических систем

Виртуальный лабораторный стенд для исследования режимов принудительного охлаждения электрических машин

Виртуальный лабораторный стенд для исследования систем динамического нагружения электродвигателей переменного и постоянного тока

Виртуальный лабораторный стенд для исследования характеристик лабораторного комплекса гидротранспортной системы

Виртуальный лабораторный стенд для исследования кранового электропривода

Использование в учебном процессе предлагаемых компьютеризированных виртуальных комплексов позволит реализовать «личностно-ориентированный» подход в системе обучения вместо существующего подхода, при котором ставится задача оптимизации обучения коллектива в целом, обезличивается основная масса студентов, выделяются только «отличники» и неуспевающие (между тем, именно основная масса среднеуспевающих студентов и определяет уровень образования в стране).




Технология виртуальных лабораторных комплексов позволяет каждому студенту не только приобрести навыки работы с оборудованием, научиться принимать качественные и быстрые решения в различных ситуациях, но и расширить, закрепить и связать с практикой знания, полученные при теоретическом изучении дисциплин, активизировать познавательную деятельность за счет получения новых знаний при выполнении виртуального эксперимента, усвоить фундаментальные закономерности, положенные в основу работы реального оборудования.

Работая с виртуальным оборудованием, студент может не опасаться вывести его из строя своими неправильными действиями, имеет возможность оперативно получать ответы на вопросы типа: «что будет, если …?», т.е. значительно увеличивается информационная насыщенность выполняемых лабораторных работ.

Преподавателями кафедры САУЭ разработан математический аппарат для оценки экономической и социальной эффективности создания и использования виртуальных компьютеризированных комплексов [5]. Эффект достигается за счет:

• уменьшения затрат на создание, обслуживание, ремонт и модернизацию оборудования;
  
• ликвидации затрат на тиражирование однотипного лабораторного оборудования;
  
• сокращения времени на выполнение экспериментальных исследований по сравнению с реальными физическими установками;
  
• сокращения сроков адаптации специалистов к условиям производства;
  
• сокращения времени технической подготовки научных исследований.
  

Выполнение поставленной задачи по созданию виртуальных лабораторных комплексов и компьютеризированных информационно-методических комплексов учебных дисциплин позволит решить целый ряд вопросов по организации подготовки специалистов-электромехаников:

• полное методическое обеспечение всех видов занятий и самостоятельной работы студентов по изучению конкретной учебной дисциплины;
  
• современное техническое обеспечение лабораторного практикума дисциплины;
  
• организация эффективного тренинга студентов, в смысле приобретения навыков практической работы с электромеханическим оборудованием и понимания физической сущности происходящих процессов;
  
• создание предпосылок для организации дистанционной формы обучения специалистов-электромехаников;
  
• организация и проведение эффективных курсов переподготовки и переквалификации специалистов с высшим техническим образованием.
  

Реализация целого круга задач методического характера, как показывает опыт, может быть эффективно осуществлена путем использования методов и способов экспертных оценок, позволяющих определить состав виртуального оборудования и содержание лабораторного практикума, эффективность усвоения материала и возможность распространения полученных знаний на практическую работу специалиста.

Выводы. Формирование квалифицированных специалистов-электромехаников, способных принимать качественные инженерные решения, быстро адаптироваться к условиям производства, предполагает их серьезную практическую подготовку, которая невозможна без современного, эффективного экспериментально-исследовательского оборудования. Создание компьютеризированных виртуальных лабораторных комплексов с соответствующим методическим обеспечением, системой тренинга и контроля знаний обучающихся позволяет решить данную задачу в достаточно короткие сроки с наименьшими финансовыми затратами. Кроме того, студенты-разработчики комплексов получают навыки реального проектирования современных исследовательских установок с использованием передовых информационных технологий.


ЛИТЕРАТУРА

1. Евстифеев В.А. Направления развития современного лабораторного оборудования/ Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2005. – Вип. 6 (35), С. 153-156.
   
2. Евстифеев В.А., Черный А.П., Лашко Ю.В. Техническое обеспечение дистанционного обучения/ Сборник научных трудов. Спецвыпуск. Информационные технологии в научных исследованиях и в учебном процессе. Донбасский государственный технический университет. – Алчевск: ДГТУ, 2005. – С.51-62.
   
3. Євстіфєєв В.О., Чорний О.П. Комп’ютеризований інформаційно-методичний комплекс навчальної дисципліни/ Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2006. – Вип. 3 (38), Ч.1. - С. 138-140.
   
4. Евстифеев В.А., Черный А.П., Величко Т.В. Виртуальный комплекс для учебного процесса и научных исследований // Проблемы автоматизированного электропривода. Теория и практика: Вестник Национального технического университета «ХПИ» - Харьков: НТУ «ХПИ», 2005 - Тематический выпуск 45’2005. – С. 25-28.
   
5. Кравченко К.П. Экономические и социальные аспекты создания и использования виртуального лабораторного оборудования // Вісник Кременчуцького державного політехнічного університету: наукові праці КДПУ.- Кременчук: КДПУ, 2006. – Вип. 3 (38), Ч.2. - С.151-152.
   

Стаття надійшла 20.04.2006 р.

Рекомендована до друку

д.т.н., проф. Родькіним Д.Й.