Применение компьютерных технологий для изучения радиотехнических дисциплин

УДК 372.862 / 621.37

применение компьютерных технологий для изучения радиотехнических дисциплин

,

В работе рассматривается опыт использования пакета Electronics Workbench версия 5 для изучения радиотехнических дисциплин.

Государственные образовательные стандарты высшего профессионального образования устанавливают жесткие требования к подготовке специалистов. Современные технические специалисты должны обладать совокупностью знаний и навыков, обеспечивающих их успешную профессиональную деятельность как в производственной, так и в эксплуатационно-технологической, проектно-конструкторской, научно-исследовательской и организационно-управленческой сферах.

Однако современное финансовое состояние ВУЗов существенно затрудняет реализацию основной задачи - подготовку высококвалифицированных технических специалистов, в том числе, за счет снижения доли практических исследований с использованием лабораторных стендов и аппаратуры, сужения возможных баз проведения реального курсового и дипломного проектирования, учебных и производственных практик. Оборудование одного рабочего места для проведения лабораторных работ по радиотехническим специальностям в «скромной» комплектации (осциллограф, генератор, мультиметр, источник питания, стенд) обходится в 60-80 тысяч рублей. Использование более сложной аппаратуры (генераторы сигналов специальной формы, спектроанализаторы и т. п.) может увеличить стоимость рабочего места в несколько раз. Поэтому большие затруднения вызывает организация однотипных рабочих мест для фронтального изучения дисциплин (вся группа делает одну и ту же работу после изложения материала на лекции). По многим дисциплинам лабораторные стенды выполняются в единичных экземплярах, поэтому студентам приходится выполнять лабораторные работы по темам, которые еще не рассматривались в лекционном курсе.

Существенно исправить положение может разумное сочетание инструментальных методов исследования и методов компьютерного моделирования с использованием современных программных пакетов. Такой подход реализован на кафедре радиоэлектроники Волжской государственной академии водного транспорта по дисциплинам новой специальности «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования». Создана специализированная лаборатория «Компьютерных технологий моделирования и проектирования радиоэлектронной аппаратуры», оборудованная 12 компьютерами (на базе процессора Pentium-4), мультимедиапроектором «Toshiba», сетевыми лазерными принтерами, экраном (Рис.1.).

Рис. 1. Лаборатория «Компьютерных технологий моделирования и проектирования радиоэлектронной аппаратуры».

В лаборатории, в частности, организовано проведение занятий с использованием пакета Electronics Workbench версия 5. (далее EWB [1]) фирмы Interactive Image Technologies.

Пакет EWB обладает широкими возможностями. С его помощью можно создавать и редактировать принципиальную электрическую схему устройства; редактировать и наращивать библиотеку компонентов; проводить расчет статического режима по постоянному току; рассчитывать переходные процессы и частотные характеристики; проводить анализ спектра и т. п. Отличительной особенностью данного пакета является наличие виртуальной лаборатории – контрольно-измерительных приборов, передние панели и органы управления которых похожи на промышленные аналоги, что позволяет студентам приобретать навыки практической работы с приборами (осциллографом, генератором, мультиметром, измерителем амплитудно-частотных характеристик и др.).

Использование пакета EWB позволяет существенно сократить время на подготовку лабораторных работ и реализовать широкий спектр индивидуальных заданий по разным дисциплинам. В частности, пакет EWB на кафедре радиоэлектроники используется в учебном году для проведения лабораторных работ по двум дисциплинам - «Основы теории цепей» и «Схемотехника». В последующем этот список будет дополнен и другими дисциплинами («Радиотехнические цепи и сигналы», «Физические основы электроники» и др.).

Основное достоинство пакета – возможность организации фронтального обучения и синхронизация изучения материала на лекционных и практических занятиях.

Пакет EWB позволяет строить задания разной степени сложности – от простых для освоения основных понятий изучаемой дисциплины до сложных исследовательских работ, позволяющих развивать творческие навыки обучаемых.

Лабораторные занятия проводятся в подгруппах, каждый студент имеет индивидуальное рабочее место, оснащенное компьютером, методическими указаниями по выполнению лабораторных работ. Темы, изучаемые во время лабораторных занятий, тесно связаны с материалом, рассмотренным на предыдущей лекции. В начале семестра студенты выполняют задания, помогающие им усвоить основные понятия данной дисциплины. Наличие проектора позволяет преподавателю в наглядной форме объяснить и показать студентам основные приемы и методику выполнения работ по данной теме. По мере изучения материала задания лабораторных работ усложняются.

В качестве примера можно привести названия некоторых лабораторных работ по дисциплине «Основы теории цепей»:

- на начальном этапе изучения дисциплины: «Идеальный источник тока. Идеальный источник напряжения. Снятие нагрузочных характеристик с помощью амперметра и вольтметра», «Зависимые источники напряжения и тока. Снятие нагрузочных характеристик»;

-  в середине семестра: «Исследование фильтров нижних частот»,.., «Исследование активных полосовых фильтров второго порядка».

Существенно повысить качество подготовки студентов к лабораторным работам и их ответственность позволяет проведение миниконференций. При этом студент работает на компьютере с подключенным проектором, демонстрируя этапы выполнения работы на экране. Он должен изложить задачу, методику выполнения, продемонстрировать приемы работы с контрольно-измерительной аппаратурой, объяснить полученные результаты. При этом преподаватель и другие студенты принимают участие в обсуждении этапов работы, разбирают ошибки, вместе выбирают оптимальный путь решения задачи. Одновременно остальные студенты группы на своих рабочих местах имеют возможность самостоятельно выполнить все этапы работы.

Организация фронтального обучения на базе пакета EWB открывает широкие возможности по контролю знаний студентов. Преподаватель имеет возможность контроля выполнения задания на экране монитора; оценки уровня проведения миниконференции; получения с помощью сетевого принтера распечатки результатов лабораторных работ для дальнейшего их совместного обсуждения. Все этапы выполнения заданий находятся под непрерывным наблюдением преподавателя, что невозможно осуществить при традиционном подходе – выполнении лабораторных работ отдельными бригадами по разным темам.

Ниже приводится пример фрагмента отчета по выполненной работе.

Исследование активного фильтра нижних частот второго порядка. группа Р-22 Цель работы: Исследовать амплитудно-частотные и фазо - частотные характеристики фильтра, оценить влияние параметров фильтра на характеристики. Схема измерений стр. 1

	Стр. 2

Рис. 2. Фрагмент отчета по лабораторной работе «Исследование активного фильтра нижних частот второго порядка».

Впоследствии по отчету проводится индивидуальное собеседование со студентом.

Таким образом, создание лаборатории «Компьютерных технологий моделирования и проектирования радиоэлектронной аппаратуры» и внедрение в учебный процесс пакета EWB позволило:

-обеспечить индивидуальным рабочим местом для проведения лабораторных работ каждого студента;

-реализовать фронтальный метод изучения материала;

-синхронизовать по времени изучение материала на лекционных и лабораторных занятиях;

-обеспечить непрерывный контроль выполнения работ и повысить объективность оценки знаний студентов;

- обеспечить более глубокий уровень усвоения материала.

Список литературы

1. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – М.: Изд. «Солон - Р», 2001. – 726с.

2. Основы теории цепей. – М.: Высшая школа, 2000. – 576с.

3. Компьютерное схемотехническое моделирование радиоэлектронных устройств: Методические указания по выполнению лабораторных работ. – Н. Новгород: Издательство ВГАВТ, 2002. – 64с.

Волжская государственная академия водного транспорта. Нижний Новгород, ул. Нестерова, 5.

The computer applications use for a radio engineering disciplines study.

T. V. Kubishkina, V. I. Plushchaev

This work examines the experience of programme “Electronics Workbench” version 5 use in radio engineering disciplines.