Б. Крук - Избранные главы теории и практики дистанционного обучения

Удаленный доступ к управлению экспериментом предполагает работу с лабораторным стендом в режиме «on-line». Студент в реальном времени управляет автоматизированным экспериментом со своего персонального компьютера по предложенной методике. Доступ к эксперименту осуществляется в соответствии с расписанием работы лабораторного стенда по заявке студента, прошедшего предварительную проверку знания инструкции по работе с изучаемым оборудованием. Обработка результатов исследования и заполнение форм отчета могут быть осуществлены студентом также в режиме реального времени или после выполнения эксперимента в зависимости от методики выполнения лабораторной работы. Защита лабораторной работы – это, как правило, ответы на вопросы теста в режиме «on-line».

В любом случае, прежде чем приступить к лабораторной работе, студент должен получить допуск на ее выполнение. Для этого на Web-сервере учебного заведения должны быть размещены теоретические материалы, инструкции по работе с экспериментальной установкой (техническая документация), описание методики эксперимента, а также тест входного контроля для проверки теоретической и практической готовности студента к выполнению лабораторной работы.

Существует много способов создания лабораторных стендов, управляемых на расстоянии с помощью средств удаленного доступа. Компания National Instruments разработала специальную программную среду для организации управления реальным лабораторным оборудованием, которая получила название LabVIEW, что означает «Лаборатория виртуальных приборов». На самом деле речь идет о современных реальных приборах, выполненных на базе компьютера и не только не уступающих традиционным приборам, а во многих случаях превосходящих их.

Программа LabVIEW позволяет создать на экране лабораторного сервера приборную панель, на которой расположены все необходимые измерительные приборы (стрелочные приборы и индикаторы, осциллографы, измерители частоты и частотных характеристик и т.п.), а также пульт с органами управления лабораторной установкой: переключателями, кнопками, вращающимися ручками и т. д.

Приборная панель и пульт управления лабораторной установкой позволяют проводить на ней реальный лабораторный эксперимент. Важно отметить, что применение пакета LabVIEW не требует знания алгоритмических языков и владения сложными методиками программирования. Программирование ведется на уровне блок-схем и диаграмм. Помимо программного обеспечения компания National Instruments выпускает сотни измерительных плат, на базе которых могут быть разработаны различные лабораторные стенды и установки.

Важнейшим свойством программного пакета LabView является то, что он ориентирован на работу в сети Интернет. Запуск пульта управления лабораторной установкой, связанной с лабораторным сервером, осуществляется дистанционно через Интернет-браузер обучающегося. При этом в браузере обучающегося отображается копия пульта управления и приборной панели. Передача управляющих воздействий на лабораторную установку осуществляется с помощью мышки нажатием кнопок, изменением положений переключателей и ручек.

В качестве примера использования программного пакета LabVIEW опишем лабораторную установку с удаленным доступом, предназначенную для измерения характеристик полупроводниковых приборов и разработанную в Сибирском государственном университете телекоммуникаций и информатики. Лабораторная установка выполнена на однокристальном микроконтроллере AD и C812 со встроенными аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями фирмы Analog Devices. Этот микроконтроллер является полной системой сбора и обработки информации возможностью непосредственного подключения ее к последовательному COM-порту лабораторного сервера. Через этот порт и происходит обмен информацией между микроконтроллером и лабораторным сервером, на котором сформированы приборная панель с органами управления лабораторной установкой.

Другой частью лабораторной установки является измерительная плата с собранной схемой исследования полупроводниковых приборов. К этой плате подключаются с помощью кабеля аналого-цифровой и цифро-аналоговый преобразователи, входящие в состав микроконтроллера. С помощью этих преобразователей на исследуемые приборы подаются заданные напряжения и токи и снимаются с них измеренные значения напряжений и токов.

Рис. 1. 4. Интерфейс лабораторной установки с удаленным доступом для измерения характеристик полупроводниковых приборов

На приборной панели расположены пять приборов: стрелочные вольтметр и миллиамперметр, характериограф, измеритель температуры и регулятор напряжения (рис.1. 4).

Лабораторная установка работает следующим образом. При повороте с помощью мышки ручки регулятора напряжения происходит изменение воздействующего на полупроводниковый прибор напряжения. Измеренные напряжение и ток прибора отображаются показаниями вольтметра и миллиамперметра. На характериографе строится вольтамперная характеристика прибора. Контроль температурного режима работы полупроводникового прибора осуществляется датчиком DS 1820 компании Dallas Semiconductor, его показания фиксируются на панели измерителем температуры.

Компьютерный тренажер – это обучающая программа, предназначенная для привития обучаемому навыков в конкретной области знаний [12—16]. Если различные разделы электронного учебника могут быть предназначены также для достижения других целей – накопления знаний, формирования умений, то тренажер служит только для отработки навыков. Многие знают, наверное, о компьютерных тренажерах для подготовки летчиков, изучения реакции человека и т. д. Подобных тренажеров в учебной практике много. Они позволяют человеку успешно отрабатывать практические навыки в условиях, когда это невозможно или нецелесообразно делать в реальных условиях.

На рис. 1. 5 изображен обучающий кадр динамического учебного элемента «Прохождение периодических сигналов через цепь». Данный элемент позволяет организовать самоуправляемую учебную деятельность при изучении спектра и формы сигнала на выходе цепи, когда на ее вход воздействует периодический сигнал стандартной формы. На выбор предлагается десять различных схем электрической цепи и шесть типов сигналов.

На экране учащийся видит шесть окон для графических изображений, окно для ввода параметров сигнала и элементов цепи, а также окно с управляющими кнопками.

Сразу же после ввода параметров входного сигнала и элементов цепи учащийся увидит слева сам входной сигнал и его спектр, цепь и ее характеристику, сигнал на выходе цепи и его спектр.