Лабораторный практикум в системе дистанционного обучения по курсу «Цифровые измерительные приборы» на базе ni labView icon

Лабораторный практикум в системе дистанционного обучения по курсу «Цифровые измерительные приборы» на базе ni labView



Смотрите также:
В. Г. Жуков Московский Институт Радиотехники Электроники и Автоматики...
Электронный лабораторный практикум по вычислительной математике...
Лабораторный практикум по курсу радиоэкология...
Кафедра безопасности жизнедеятельности и основ медицинских знаний...
К. В. Новиков лабораторный практикум по курсу «системы управления медицинскими базами данных»...
Лабораторный практикум по микробиологии...
Учебный комплекс заочного, регионального и дистанционного образования руководство студента мгсу...
Рабочая программа дисциплины интеллектуальные средства измерений направление ооп 200100...
Руководство слушателя Для работы в системе дистанционного обучения «Прометей»...
Методические указания к лабораторным работам по курсу «электротехника и электроника»...
Котур В. И. Электрические измерения и электро- измерительные приборы...
Лабораторный практикум Часть I одобрен методической комиссией факультета «Управление процессами...



скачать
Е.6.О. Лабораторный практикум в системе дистанционного обучения по курсу «Цифровые измерительные приборы» на базе NI LabView


Ю.В. Бобков, В.Д. Циделко


Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт», Украина, г. Киев-056, пр. Победы 37, НТУУ «КПИ», 2350, тел/факс. (044)2418616, e-mail bobkov@iit.ntu-kpi.kiev.ua, cvd@ ntu-kpi.kiev.ua.


1. Введение


Внедрение новых информационных технологий в учебный процесс и, в частности, дистанционных систем обучения, вынуждает пересматривать традиционные формы проведения занятий. Особенно это характерно для технических дисциплин, где существенное место занимают лабораторные и практические занятия, расчетные и расчетно-графические работы, курсовые работы и проекты. Эти виды работ, в большинстве случаев, достаточно сложно реализуются в системах дистанционного обучения, поскольку требуют создания специального инструментария для привития обучаемым реальных практических умений и навыков, аналогичных тем, которые они получают при традиционных формах выполнения заданий. Причем, именно эти виды занятий позволяют сформировать полноценного технического специалиста, востребованного на рынке труда.

В первую очередь сказанное относится к лабораторным практикумам по техническим дисциплинам, поскольку стоимость лабораторного оборудования делает невозможным обеспечение каждого студента полным комплектом необходимых инструментальных средств, особенно при дистанционном обучении.


^ 2. Результаты работы


Достаточно ярким примером можно считать дисциплину "Цифровые измерительные приборы", которая является одной из базовых в подготовке бакалавров, специалистов и магистров по специальности "Метрология и измерительная техника" кафедры «Информационно-измерительная техника» Национального технического университета Украины «Киевский политехнический институт». По этой дисциплине подготовлена система дистанционного обучения, доступ к которой может осуществляться либо через локальную сеть, либо через сеть Интернет с помощью специального сайта дисциплины. Система дистанционного обучения включает в свой состав лекции, лабораторные работы, практические занятия, курсовое проектирование и библиотеку [1]. Данная структура отображается на страницах сайта (рисунок 1), позволяя переходить к требуемому разделу.

Система дистанционного обучения состоит из отдельных завершенных модулей (разделов и тем), связанных логической последовательностью изучения дисциплины. В состав отдельного модуля входит лекционный материал по отдельному разделу или теме, а также относящиеся к нему практические занятия и лабораторные работы.

Лекционный материал, материалы практических занятий и методические материалы для выполнения лабораторных работ, а также система тестирования выполнены в среде Learning Space.

Наибольшие сложности в данном дистанционном курсе возникли при создании лабораторного практикума. Существующая реальная лабораторная база в виде физических макетов и промышленных приборов в полной мере позволяет выполнить задачу по приобретению практических навыков в разработке, исследовании и применении цифровых измерительных приборов. Однако доступ к ней возможен только при традиционных формах обучения. Для системы дистанционного обучения целесообразно построение лабораторного оборудования в виртуальном исполнении (модели, тренажеры) на базе персональных компьютеров, что позволяет решить проблему удаленного доступа к таким инструментальным средствам. Более того, появляется возможность расширения числа выполняемых лабораторных работ, поскольку для этого требуются меньшие материальные затраты.



Рис. 1


При этом к виртуальным макетам лабораторных работ и виртуальным приборам предъявляется ряд требований по адекватности их физическим аналогам, а именно: соответствие внешнего вида, идентичность органов управления и регулировки, одинаковая форма представления информации, возможность исследования принципа действия по отдельным структурным элементам с помощью традиционных измерительных средств, наличие инструментальных погрешностей и т.п. Только при соблюдении соответствия виртуальных средств их физическим аналогам можно надеяться на получение реальных практических умений и навыков.

Проведенный анализ существующих платформ показал, что указанным требованиям в наибольшей степени удовлетворяет среда LabView фирмы National Instruments. Он позволяет создавать виртуальные компьютерные панели с близкими к реальным органами управления, а также реализовывать взаимодействие с реальными аппаратными средствами с помощью соответствующих интерфейсных средств и использовать программные модули, написанные на других языках программирования. Кроме этого, созданные виртуальные средства могут представляться в виде исполняемых модулей (без возможности их изменения), требующих для своего выполнения не весь программный пакет, а лишь необходимые библиотеки. Данный пакет был использован для создания лабораторного практикума в системе дистанционного обучения по курсу «Цифровые измерительные приборы» (ЦИП). При этом учитывалась существующая лабораторная база путем повторения в виртуальном виде физических макетов лабораторных работ, а также разрабатывались дополнительные лабораторные работы.

Была разработана следующая структура лабораторного практикума в рамках модульной системы дистанционного обучения:

^

Модуль 1. Общие вопросы конструирования ЦИП


В состав модуля входит лекционный материал (2 темы) и практические занятия (2 темы).


Модуль 2. Простейшие схемы АЦП и ЦАП.

В состав модуля входит лекционный материал (4 темы), практические занятия (2 темы) и лабораторные работы:

Лабораторная работа № 1. Исследование АЦП частоты.

Лабораторная работа №2. Исследование АЦП интервалов времени.

Лабораторная работа № 3. Исследование АЦП развертывающего уравновешивания.

Лабораторная работа № 4. Исследование следящего преобразователя напряжение-код.

Лабораторная работа № 5. Исследование ЦАП.

Лабораторная работа № 18. Исследование интегрирующего преобразователя аналог-код на основе --модуляции.

Лабораторная работа № 19. Исследование АЦП конвейерного типа.


Модуль 3. Измерительные преобразователи, используемые в ЦИП.

В состав модуля входит лекционный материал (2 темы) и лабораторные работы:

Лабораторная работа № 6. Исследование измерительного преобразователя разности фаз в интервал времени.

Лабораторная работа № 7. Исследование измерительного преобразователя мгновенных значений напряжения во временной интервал.

Лабораторная работа № 8. Исследование измерительного преобразователя интегральных значений напряжения во временной интервал.

Лабораторная работа № 9. Исследование измерительного частотного преобразователя.


Модуль 4. Цифровые измерительные приборы.

В состав модуля входит лекционный материал (6 тем), практические занятия (2 темы) и лабораторные работы:

Лабораторная работа № 10. Исследование цифрового частотомера средних значений.

Лабораторная работа № 11. Исследование цифрового фазометра сопоставления.

Лабораторная работа № 12. Исследование цифрового измерителя интервалов времени.

Лабораторная работа № 13. Исследование цифрового статистического измерителя интервалов времени.

Лабораторная работа № 14. Исследование цифрового измерителя коротких интервалов времени.

Лабораторная работа № 15. Исследование цифрового вольтметра мгновенных значений.

Лабораторная работа № 16. Исследование цифрового вольтметра двухтактного интегрирования.

Лабораторная работа № 17. Исследование интегрирующего цифрового вольтметра на основе измерительного частотного преобразователя.


Модуль 5. ЦИП с числовыми измерительными преобразователям.

В состав модуля входит лекционный материал (3 темы) и практические занятия (2 темы).


Модуль 6. Экспериментальное определение и контроль характеристик погрешностей ЦИП

В состав модуля входит лекционный материал (2 темы).


Модуль 7. Применение микропроцессоров и микроконтроллеров в ЦИП

В состав модуля входит лекционный материал (2 темы).


Для обеспечения самостоятельной работы обучающегося были разработаны общие указания по работе с виртуальными элементами в LabView и для каждой лабораторной работы были подготовлены методические указания в среде Learning Space по следующей структуре:

  1. Цель работы. Задание на подготовку.

  2. Теоретические сведения.

  3. Описание виртуального макета.

  4. Подготовка к лабораторной работе и программа исследований.

  5. Содержание отчета и контрольные вопросы.

При разработке интерфейса лабораторных работ использовались различные подходы. Так, для достаточно простых структур использовались стандартные элементы LabView и необходимые для проведения исследований измерительные «приборы» были интегрированы в виртуальный макет. Виртуальный двухканальный осциллограф может подключаться к различным контрольным точкам схемы. Примером такого подхода является виртуальный макет лабораторной работы №2 «Исследование АЦП интервалов времени», приведенный на рисунке 2.



Рис. 2


При реализации более сложных структур использовался комбинированный подход, при котором структурная схема исследуемого виртуального прибора представлялась с использованием как стандартных элементов LabView, так и графических изображений структурных узлов и блоков. При этом ограниченность площади экрана компьютера приводила к необходимости изменения соотношения этих составляющих, а также к различной степени детализации дополнительных виртуальных измерительных «приборов». Сказанное хорошо иллюстрируется примерами виртуальных макетов лабораторной работы № 13 «Исследование цифрового статистического измерителя интервалов времени» (рисунок 3) и лабораторной работы №15 «Исследование цифрового вольтметра мгновенных значений» (рисунок 4). Так, в макете лабораторной работы №15 пришлось отказаться от более наглядного семисегментного цифрового индикатора и привычных органов управления виртуальным осциллографом.

Для сохранения функциональности виртуальных макетов в условиях ограниченной площади экрана компьютера использовались также различные закладки, на которых располагались отдельные элементы общей структурной схемы с различной степенью их детализации. Примером такого подхода является, например, виртуальный макет лабораторной работы № 10 «Исследование цифрового частотомера средних значений» (рисунок 5).



Рис. 3




Рис. 4




Рис. 5


В процессе разработки виртуальных макетов возникали проблемы, связанные с ограниченными возможностями по представлению результатов их работы в реальном масштабе времени из-за больших массивов обрабатываемой информации. Эта проблема возникала по двум причинам: как из-за ограничений по производительности персональных компьютеров, используемых в учебном процессе, так и из-за ограниченных возможностей самого LabView. Устранение второй причины достигалось путем использования дополнительных программ вычислительной обработки, написанных на языке программирования СИ++. Подобный подход, например, использовался при реализации виртуального макета лабораторной работы № 13 «Исследование цифрового статистического измерителя интервалов времени».

Разработанные виртуальные лабораторные работы были апробированы в учебном процессе в рамках локальной сети кафедры. Можно отметить, что абсолютное большинство студентов оказалось в состоянии выполнить их с использованием имеющихся методических материалов без дополнительной помощи преподавателя.

В порядке проведения педагогического эксперимента при выполнении лабораторных работ на реальных макетах студенты были разделены на две подгруппы. Одна из подгрупп выполняла сначала виртуальные лабораторные работы, а затем повторяла их выполнение на реальных макетах. Вторая подгруппа выполняла лабораторные работы традиционным образом - только на реальных макетах. Следует отметить, что студенты первой группы выполнили работы на реальных макетах существенно быстрее, правильнее и со значительно меньшим обращением за помощью к преподавателю, по сравнению со студентами второй подгруппы. Это показывает, что виртуальные аппаратные средства могут служить мощным дидактическим инструментарием для обучаемых с целью приобретения и закрепления практических навыков и минимизации расходов по созданию лабораторной базы в целом.

Таким образом, разработанный лабораторный практикум в системе дистанционного обучения по курсу «Цифровые измерительные приборы» показал свою высокую эффективность и может использоваться для получения практических умений и навыков при подготовке бакалавров, специалистов и магистров специальностей, связанных как с измерительной техникой, так и с управлением, мониторингом, созданием систем контроля и т.п.

3. Оборудование


Для разработки лабораторного практикума использовалась версия 6 LabView.


^ 4. Преимущества технологий National Instruments


Среда LabView позволяет использовать высокоуровневые встроенные программные средства и широкую номенклатуру библиотечных элементов. Это, наряду с наличием доступной литературы по программированию и примеров реализации различных технических устройств и решения стандартных задач, позволяет создавать виртуальные макеты лабораторных работ, в том числе для систем дистанционного обучения, рядовым пользователям и инженерным работникам. Встроенные средства дают возможность получить виртуальные панели с близкими к реальным органами управления и представления измерительной информации. Существенными преимуществами является возможность использования программных модулей, написанных на других языках программирования, а также представления виртуальных приборов в виде исполняемых модулей, не доступных для их изменения конечными пользователями и требующих для своего выполнения не весь программный пакет, а лишь необходимые библиотеки.


Литература

1. Ю.В. Бобков, В.Д. Циделко. Лабораторный практикум в системе дистанционного обучения по курсу «Цифровые измерительные приборы». \ Материалы I Международной научно-практической конференции «Наука и технологии: шаг в будущее – 2006». Том 6. Педагогические науки. – Белгород: Руснаучкнига, 2006 – С. 3-7




Скачать 95,71 Kb.
оставить комментарий
Дата28.09.2011
Размер95,71 Kb.
ТипДокументы, Образовательные материалы
Добавить документ в свой блог или на сайт

Ваша оценка этого документа будет первой.
Ваша оценка:
Разместите кнопку на своём сайте или блоге:
rudocs.exdat.com

Загрузка...
База данных защищена авторским правом ©exdat 2000-2017
При копировании материала укажите ссылку
обратиться к администрации
Анализ
Справочники
Сценарии
Рефераты
Курсовые работы
Авторефераты
Программы
Методички
Документы
Понятия

опубликовать
Документы

наверх