Комплекс электронных лабораторных установок как информатизация учебного процесса и повышения качества обучения курсантов (студентов)



Внедрение в эксплуатацию комплекса электронных виртуальных лабораторных установок в сфере (военного) образования.

Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench — основа информатизации учебного процесса

В последние годы основные достижения в различных областях науки и техники неразрывно связаны с процессом совершенствования ПЭВМ. Сфера эксплуатации ПЭВМ — бурно развивающаяся отрасль человеческой практики, стимулирующая развитие новых теоретических и прикладных направлений. Ресурсы современной информационно-вычислительной техники дают возможность ставить и решать математические задачи такой сложности, которые в недавнем прошлом казались нереализуемыми, например, создание прикладных вычислительных программ.

Формирование нового облика Вооруженных Сил Российской Федерации вызвало необходимость определить основы организации учебного процесса и научной деятельности.

Учеба является основным элементом повседневной деятельности военнослужащих высших военных заведений.

В рамках разработки методики обучения курсантов были определены учебные дисциплины и учебно-материальная база с учетом материальной обеспеченности военных заведений.

По замыслу методики обучения, каждый военнослужащий должен изучить общий курс дисциплин и дисциплины специального назначения — спец-предметы. Кроме того, каждый военнослужащий обязан получить практические навыки по применению и эксплуатации аппаратуры с которой ему предстоит взаимодействовать.

Нынешняя материальная база высших военных заведений (вузов) весьма объёмна и широка, но не во всех регионах нашей необъятной Родины. Новейшая аппаратура очень дорогая, простыми словами — на настоящий момент УМБ не в полном объеме соответствует требованиям по причине дороговизны отдельных элементов, в частности комплекс оборудования по электродинамики.

Предметом исследования являются электронные лабораторные работы в виртуальной среде программирования LabVIEW.

Комплекс электронных лабораторных установок (КЭЛУ) используется в системах сбора и обработки данных, а также для управления техническими объектами и технологическими процессами. Идеологически LabVIEW очень близка к SCADA-системам, но в отличие от них в большей степени ориентирована на решение задач не столько в области АСУ ТП, сколько в области АСНИ.

Данный комплекс можно использовать для того, чтобы управлять различным оборудованием, таким, как, устройства сбора данных, различные датчики, устройства наблюдения, двигательные устройства (например, шаговые моторы) и тому подобное, а также GPIB, PXI, VXI, RS-232 b RS-484 устройства. Также в КЭЛУ имеются встроенные средства для подключения созданных программ к сети, используя LabVIEW Web Server и различные стандартные протоколы и средства, такие как TCP/IP и ActiveX.

Распространение Lab VIEW за пределами лабораторий пошло по всем направлениям: вверх (на борту космических аппаратов), вниз (на подводных лодках) и по горизонтали (от буровых установок в Северном море до промышленных предприятий в Новой Зеландии). В связи с ростом возможностей Internet сфера применения LabVIEW стала расширяться не только в географическом, но и в виртуальном пространстве (cyberspace).

Все большее число разработчиков создает виртуальные приборы, допускающие удаленное управление и наблюдение через Internet. Измерительные системы на основе виртуальных приборов отличаются своей многофункциональностью, гибкостью и низкой стоимостью как с точки зрения оборудования, так и с точки зрения затрат времени на разработку.

Использование виртуальной программной среды LabVIEW при создании электронных виртуальных приборов, измерительных устройств, установок, легко и быстро реализовать следующие операции:

‒ создавать программы LabVIEW, именуемые виртуальными приборами (ВП); использовать разнообразные способы отладки программ;

‒ применять как встроенные функции LabVIEW, так и библиотечные Bl I

‒ создавать и сохранять собственные ВП, чтобы использовать их в качестве виртуальных подприборов — подпрограмм (ВПП);

‒ создавать оригинальные графические интерфейсы пользователя;

‒ сохранять свои данные в файлы и отображать их на графиках;

‒ создавать программы, применяющие интерфейсы канала общего пользования (GPIB) и последовательного порта RS-232;

‒ создавать приложения, использующие встраиваемые платы ввода/вывода {plug-in DAQ boards);

‒ использовать встроенные функции анализа для обработки данных;

‒ повышать скорость и эффективность ваших LabVIEW-программ;

‒ применять расширенные методики программирования с применением локальных и глобальных переменных и узлов свойств;

‒ публиковать данные в Internet с помощью HTML-публикации Lab VIEW или технологии Data Socket;

‒ использовать LabVIEW для создания измерительных и управляющих приложений.

Планирование и контроль работ по реализации Концепции требует создания системы показателей, методов и средств их оценивания, а также создание системы статистики и сбора данных о ходе реализации. Основой для управления и контроля хода выполнения любой программы является интегрированная, сбалансированная система показателей, на базе которой оценивались бы следующие характеристики:

1. уровень (степень) достижения конечных и промежуточных целей программы;
2. социальный и научно-технический уровень результатов, которые должны быть получены в ходе выполнения программы;
3. экономическая эффективность проводимых работ.

С академической точки зрения система показателей, количественно оценивающая педагогическую, научную или любую другую деятельность, является подмножеством давно устоявшейся области социальных или технико-экономических показателей, то есть вид статистических рядов, с помощью которых измеряется динамика в важнейших аспектах жизни общества.

Эффективность использования информационных технологий во многом определяется их качеством и доверием к ним пользователей. Качество изделий, процессов проектирования, производства и услуг является одной из узловых проблем определяющей уровень жизни человека и состояние народного хозяйства. Это полностью относится и к области информационных технологий. В информационные технологии входят следующие основные компоненты:

‒ аппаратные средства вычислительной техники (АСВТ);

‒ аппаратные средства телекоммуникации (АСТ);

‒ программные средства (ПС) реализации функций ИТ;

‒ базы данных (БД);

‒ документация, регламентирующая функции и применение всех компонент ИТ.

Переход на информатизацию — виртуальную форму обученияневозможен без предварительного перевода приборной базы на виртуальные, так как старые или обычные приборы не имеют цифровые интерфейсы и не могут управляться дистанционно на основе сетевых информационных технологий. Перевод учебного процесса на виртуальные приборы и дистанционное обучение дает следующие возможности:

1. Круглосуточная автоматическая работа комплекса электронных лабораторных работ. Достигается сокращение учебных площадей, оптимизация учебного расписания.
2. Индивидуализация и повышение качества обучения. Курсант (студент) самостоятельно вынужден будет выполнять лабораторную работу, а не группой в 3–4 человека за одной лабораторной установкой. Автоматически ведется допуск к работе, хронометраж работы с указанием календарного времени, а также записываются все действия курсанта (студента) на лабораторной установке. Преподаватель имеет возможность объективно оценить работу курсанта (студента) по результатам мониторинга. Появляются качественно новые возможности для самостоятельной работы курсантов (студентов).

В конечном счете, современные дистанционные технологии обучения создают основу общедоступности и демократизации высшего образования в гражданском обществе.

Организация лабораторного практикума по электродинамике сопряжена с рядом принципиальных трудностей. Это в первую очередь то, что человеческие органы чувств не воспринимают действие электромагнитного поля радиочастотного диапазона, а, значит, отсутствует наглядность экспериментов. Значительную трудность представляет разработка лабораторных установок, обладающих необходимой надежностью и работоспособных в пытливых, но неумелых руках курсантов (студентов). В настоящее время основным является теоретический подход к изучению электродинамики. Реальный эксперимент в учебной лаборатории электродинамики может лишь подтверждать некоторые моменты теоретических построений.

Таким образом, моделирование и разработка комплекса виртуальных приборов в среде LabVIEW позволяют провести виртуальный эксперимент с полнотой и наглядностью, недостижимой даже в самой современной и оснащенной научной лаборатории.

Литература:

1. Джеффри Тревис LabVIEW для всех: пер. с анг. Клушин Н. А. — М.: ДМК Пресс; ПрибороКомплект, 2005.

2. Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW 8 для радиоинженера. От виртуальной модели до реального прибора + CD.

3. Евдокимов Ю. К.: LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. — М.: ДМК Пресс, 2007.