Портативная учебная лаборатория «Основы электроники»

портативная учебная лаборатория

«основы электроники»

, к. т.н., с. н.с., , д. т.н. проф., , д. т.н. проф.,

, к. т.н., ,

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального

образования «Московский энергетический институт (технический университет)»

(ГОУ ВПО «МЭИ (ТУ)», г. Москва)

E-mail: *****@***ru, ,

Широкомасштабное тиражирование современного автоматизированного лабораторного оборудования слишком дорого. Коллективное использование лабораторных ресурсов в сетевом режиме позволяет ограничить масштабы тиражирования лабораторного оборудования. Однако не все регионы страны имеют устойчивые компьютерные сети, позволяющие в реальном времени проводить лабораторные исследования на удаленном лабораторном оборудовании. Создание портативных и мобильных лабораторных комплексов по базовым учебным дисциплинам инженерной подготовки решает проблему обеспечения удаленных регионов современным лабораторным оборудованием, например, на основе его временной аренды из региональных ресурсных центров, только на периоды проведения лабораторных занятий в конкретном учебном заведении. Это позволяет учебному заведению экономить капитальные и эксплуатационные затраты на создание собственных учебных лабораторий, оснащение их оборудованием и обслуживание.

В основе предлагаемой концепции портативных учебных лабораторий лежит несколько принципиальных положений, применение которых позволяет повысить эффективность обучения и пропускную способность лабораторного оборудования:

§  Комплексный подход к объектам изучения, который предоставляет пользователю полную совокупность образовательных услуг (организационных, методических, теоретических, практических, экспериментальных, консультационных и пр.), необходимых и достаточных для самостоятельного изучения учебной дисциплины при минимальной консультационной поддержке преподавателя;

§  Масштабное преобразование объектов изучения, существо которого заключается в том, что в каждой предметной области изучаются не натурные образцы, которые могут иметь большие габариты и энергопотребление, а их уменьшенные физические модели, отражающие существо процессов в реальном объекте. При этом если в процессе масштабных преобразований не были нарушены критерии подобия, то реальные и изучаемые на моделях процессы и объекты полностью подобны и никакого искажения процедуры изучения данной предметной области не происходит;

§  Блочно-модульная структура портативной лаборатории, которая позволяет легко наращивать и изменять конфигурацию учебной лаборатории в зависимости от требований конкретного Заказчика. В такой структуре каждый объект изучения или группа однородных объектов, образующих раздел учебной дисциплины, размещаются на типовом сменном объектном модуле, выполненном в одном из отечественных или международных стандартов. Набор таких типовых объектных модулей образует полный лабораторный комплекс по данной учебной дисциплине, который конструктивно выполняется в виде единого, мобильного блока;

§  «Интеллектуализация» объектных модулей, которая заключается в оснащении каждого объектного модуля собственным высокопроизводительным микроконтроллером, что обеспечивает автоматизированный выбор объекта изучения и формирование его необходимой конфигурации в соответствии с индивидуальным заданием учащегося, настройку его параметров и режимов работы, многоканальный автоматизированный контроль входных и выходных показателей, предварительную обработку результатов экспериментального исследования.

§  Коллективный доступ учащихся к удаленным объектам изучения, который обеспечивается за счет оснащения каждого интеллектуального объектного модуля программно-техническими средствами сетевого обмена данными, в результате чего каждый модуль становится полностью автономным и принципиально доступным напрямую в компьютерной сети (в том числе, Internet).

Разработанный вариант портативной учебной лаборатории «Основы электроники» включает единый блок питания, телекоммуникационный модуль сетевого доступа и следующий набор объектных модулей:

ü  «Электрические цепи» – Объектами изучения являются разветвленные электрические цепи постоянного и переменного тока. Возможно изучение фундаментальных законов электротехники, теорем об эквивалентных источниках, переходных процессов в RLC-цепях различных конфигураций, явлений резонанса (всего более 20 лабораторных работ);

ü  «Диоды и транзисторы» – Объектами изучение являются вольт-амперные характеристики наиболее широко используемых диодов и транзисторов на основе Германия и кремния (всего 6 лабораторных работ);

ü  «Выпрямительные устройства» – Объектами изучения являются наиболее распространенные схемы выпрямителей: 1-фазная 1-полупериодная, 1-фазная 2-полупериодная со средней точкой, 1-фазная мостовая, 1-фазная 2-полупериодная 2-полярная, 3-фазная со средней точкой, 3-фазная мостовая (всего 8 объектов);

ü  «Стабилизаторы постоянного напряжения» – Объектами изучения являются наиболее распространенные виды стабилизаторов: параметрический, линейный с параллельным включением регулирующего элемента, линейный с последовательным включением регулирующего элемента, импульсный понижающий, повышающий и полярно-инвертирующий (всего 6 объектов);

ü  «Операционные усилители» – Объектами изучения являются широко используемые электронные схемы на основе операционного усилителя: усилители инвертирующий и не инвертирующий, суммирующий, дифференциальный, логарифмический, интегратор инвертирующий и не инвертирующий, дифференциатор, компаратор, фильтр низкой и высокой частоты, триггер Шмитта инвертирующий и не инвертирующий, мультивибратор (всего 15 объектов);

ü  «Микроконтроллеры» – Объектами изучения являются микропроцессорные контроллеры (МПК) систем цифрового управления различными устройствами автоматики. Модуль позволяет проводить изучение структуры микроконтроллера и возможностей его периферийных устройств: портов ввода/вывода, прерываний, таймеров, ЦАП, АЦП, блоков ШИМ.

Оснащение подобным лабораторным оборудованием учебных заведений (школ, ПТУ, ССУЗов, ВУЗов) позволит повысить качество подготовки специалистов до уровня лучших отечественных и мировых образцов вне зависимости от их территориального удаления от ведущих образовательных Центров при одновременном сокращении капитальных и эксплуатационных затрат за счет значительного сокращения количества требуемого лабораторного оборудования, площадей, обслуживающего персонала.