Инновационная образовательная практика: технология применения виртуальной лаборатории

Инновационная образовательная практика: технология применения виртуальной лаборатории

Т.Н. Прохорова, преподаватель,

Государственное образовательное учреждение среднего профессионального образования Тульской области Тульский промышленный техникум

Единственный путь, ведущий

к знаниям, - это деятельность

Жизнь и деятельность современной молодежи в большей степени «компьютеризированы», поэтому использование информационных технологий органично вписывается в образовательный процесс.

Использование студентами информационных технологий повышает эффективность процесса усвоения знаний, формирует информационную и информационно-технологическую грамотность учащихся, развивает и поддерживает на необходимом уровне умения преобразовывать информацию с целью получения нового учебного продукта.

Инновации в образовательной деятельности, комплексная модернизация системы образования – это, пожалуй, наиболее важные вопросы, которым в последнее десятилетие уделено немало внимания.

Инновационное образование ориентировано не столько на передачу знаний, сколько на овладение базовыми компетенциями, умениями, навыками, которые затем, по мере необходимости, позволяют приобретать новые знания, дополнительные умения и навыки уже самостоятельно. В этом заключается его отличие от традиционного. Сегодня традиционное образование, как система получения знаний, отстает от реальных потребностей современной экономики, в том числе науки, техники и промышленности.

В связи с современной тенденцией, большая часть учебных заведений во всем мире ввела в практику использование технологии виртуальных приборов, совокупности имитационного математического моделирования и аппаратно-программных технических средств. И мы тоже хотим, чтобы Тульский промышленный техникум шагал в ногу со временем. Поэтому начали работу по формированию виртуального лабораторного пространства.

Вводя термин «виртуальный прибор» следует подчеркнуть, что данное понятие имеет две трактовки. Во-первых, виртуальный прибор – это совокупность аппаратно-программных средств, добавленных к обычному компьютеру таким образом, что пользователь получает возможность взаимодействовать с компьютером как со специально разработанным для него обычным электронным прибором. Во-вторых, под виртуальным прибором понимается виртуальный тренажер – компьютерная модель, имитирующая работу физического оборудования (приборов, устройств) при различных условиях и создающая иллюзию действий с физической аппаратурой. Основной особенностью является максимально полное воспроизведение внешнего вида физических устройств (передних панелей, шкал, стрелок и других элементов приборов) и элементов управления ими (кнопок, тумблеров, переключателей), а также реакция устройств на воздействия пользователя.

Преимущество технологии виртуальных приборов состоит в возможности программным путем, опираясь на потенциал современной компьютерной техники и ее интегрируемости со средствами измерений, создавать различные измерительные приборы, измерительные системы и программно-аппаратные комплексы, легко их адаптировать к изменяющимся требованиям, минимизировать экономические и временные затраты на проектирование и разработку.

Системы на основе технологии виртуальных приборов используются, как для автоматизации технологических процессов, так и при построении интерактивных образовательных сред и отдельных виртуальных лабораторий

Под виртуальной лабораторией следует понимать аппаратно-программный инструментарий, используемый в качестве объектно-ориентированной информационной среды для эффективного интерактивного взаимодействия пользователя со средой моделирования.

С точки зрения профессиональной деятельности и подготовки специалистов, виртуальные лабораторные работы можно рассматривать как метод моделирования деятельности будущего специалиста, в которой формируется его научно-исследовательская компетентность.

К достоинствам использования в учебном процессе виртуальных лабораторий можно отнести следующие:

- Повышение качества обучения за счет увеличения доли самостоятельного освоения материала и индивидуализации работы студента.

- Возможность работы с приборами и явлениями, недоступными в обычной лаборатории.

- Уменьшение вероятности поломки или неисправности средств измерений, что обеспечивает безопасную работу с приборами.

Педагогические достоинства применения технологии виртуальных приборов определяются также следующими факторами.

а) Наряду с критическим мышлением будущего специалиста необходимо развивать его творческое мышление. Виртуальные эксперименты являются стимулом для развития творческого мышления, находясь за рамками существующих технических ограничений, решений и догм. Они способствуют формированию навыка выдвижения гипотез и их незамедлительной проверки в виртуальном эксперименте, что в свою очередь ведет к развитию воображения и способности прогнозирования процессов и имеет большое значение для профессиональной деятельности инженера в изменяющихся условиях современного производства.

б) В компьютерном учебном эксперименте можно, руководствуясь педагогической целесообразностью, постепенно усложнять модель установки и соответствующую ей модель деятельности, поэтапно и контролируемо наращивая и совершенствуя экспериментальные умения. Большие возможности представляет компьютерное моделирование процессов различной природы как способ создания систем взаимодействующих объектов. Модели отдельных объектов могут быть заданы компьютером, тогда как модель системы взаимодействующих объектов должна быть создана пользователем. Опора на выявление системных свойств созданной модели будет формировать и системное мышление студентов.

в) При инновационной методике проведения комплексных лабораторно-практических занятий реализуется незамедлительное приложение полученных новых знаний к измененному контексту, в других условиях, иногда даже весьма необычных.

Благодаря указанным достоинствам, технология виртуальных приборов находит широкое применение в сфере традиционного и дистанционного образования. Виртуальные приборы, представляющие собой тренажеры, чаще используются в дистанционной форме обучения, поскольку организация удаленного доступа к реальным средствам измерений является задачей достаточно дорогой и сложной, и не всегда оправдана. В традиционном образовании же применяются виртуальные приборы на основе интеграции аппаратно-программных средств с компьютером.

На данном этапе мы можем представить виртуальную лабораторию для студентов специальности 140448 «Техническая эксплуатация и обслуживание электрического и электромеханического оборудования».

Схема электротехнического моделирования Electronics Workbench позволяет собрать на занятиях любую электрическую схему. Имея англоязычную версию программы, мы используем европейские стандарты для изображения элементов электрических схем.

Проиллюстрировать свою работу мы можем на примере лабораторной работы по электронике «Исследование полупроводниковых диодов».

Задание выполняется на компьютере с соответствующим программным обеспечением: необходимо собрать электрическую схему, запустить в работу и снять показания с измерительных приборов. После этого студент оформляет отчет о выполненной работе с заполнением соответствующих таблиц и построением графиков. При этом вычисления и построение графиков можно делать вручную, а можно применять электронные таблицы или MahtCad.

Оформление лабораторной работы в Приложении 1.

Приложение 1

Цель работы: снятие и анализ вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов; определение их параметров по характеристикам

Оборудование: ПК

Ход работы.

1. Электрическая схема

2. Данные измерений занесём в таблицу.

Таблица 1

Прямой ток I_пр, мА

0,001

0,002

0,005

0,01

0,05

0,1

1

Прямое напряжение U_пр, В

Ge

Si

Таблица 2

Обратное напряжение U_обр. В

10

30

60

100

150

250

500

Обратный ток I_обр, мкА

Ge

Si

3. Вывод: строим прямую и обратную вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов.

Цель работы: снятие и анализ вольтамперных характеристик германиевого и кремниевого диодов; определение их параметров по характеристикам

Оборудование: ПК

Ход работы.

1. Электрическая схема

2. Данные измерений занесём в таблицу.

Таблица 1

Прямой ток I_пр, мА

0,001

0,002

0,005

0,01

0,05

0,1

1

Прямое напряжение U_пр, В

Ge

Si

Таблица 2

Обратное напряжение U_обр. В

10

30

60

100

150

250

500

Обратный ток I_обр, мкА

Ge

Si

3. Вывод: строим прямую и обратную вольтамперные характеристики германиевого и кремниевого диодов.