Конспект занятия "Лабораторный практикум на оборудовании NI ELVIS II"

Государственное бюджетное учреждение дополнительного образования

Дворец творчества детей и молодежи

«Молодежный творческий Форум Китеж плюс»

Конспект практического занятия

 «Лабораторный практикум на оборудовании NI ELVIS II»

Возраст 14-16 лет

Подготовила   

педагог дополнительного образования

Дмитриева Ольга Александровна

Санкт-Петербург

2017

«Лабораторный практикум на оборудовании NI ELVIS II»

Цель занятия – познакомить и заинтересовать учащихся старшего школьного возраста (14-16 лет) лабораторным комплексом NI ELVIS II

Задачи:

·         Актуализировать знания учащихся об основных физических явлениях, применительно к электроники и схемотехники.

·         Расширить представления о визуальных объектах и процессах, показать, что основой создания виртуальной реальности является специальное математическое программное обеспечение (СМПО).

·         Продемонстрировать возможности ELVIS II как комплекса виртуальных измерительных приборов на примере демонстрации DMM (мультиметр) и осциллографа.

·         Показать преимущества ELVIS II для разработки и отладки схем электронных устройств на примере преобразования звукового сигнала.

·         Обрисовать спектр возможностей каждого участника в рамках занятий на оборудовании NI ELVIS II

Оборудование учебного занятия.

·      ПК с установленным ПО National Instruments

·      Комплекс NI ELVIS II

Организация занятия.

1.         Организационный этап урока. (5 мин.)

     Инструктаж по ТБ

     Сообщение темы занятия

     Сообщение цели занятия

2.         Изучение нового материала (35 мин.)

    Теоретическая часть занятия (10 мин.)

    Работа в группах (25 мин.)

3.         Подведение итогов занятия. (5 мин.)

    Рефлексия (2 мин.)

    Уборка рабочих мест, соблюдение личной гигиены (3 мин.)

1. Организационный этап занятия.

Вводное слово педагога. Инструктаж по технике безопасности, заполнение журнала инструктажа воспитанниками и педагогом.

Компоненты NI ELVIS.

1.Настольная рабочая станция NI ELVIS.

Рис. 1 Платформа NI ELVIS II с универсальной макетной платой

2.   Изучение нового материала

Для выполнения лабораторных работ, в рамках наших занятий, мы начнем изучение основ электротехники, а также основных законов из этой области, с программно-аппаратного комплекса, который можно использовать с успехом для выполнения не только учебных задач, но и производить научные исследования.

Платформа NI ELVIS 2 (Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite - учебная лабораторная станция виртуальных приборов) является базовым решением для разработки и создания лабораторных практикумов и учебных лабораторий в ВУЗах, колледжах, профессиональных училищах.

Платформа NI ELVIS II представляет собой настольную лабораторную станцию для подключения к ПК с графической средой программирования LabVIEW. Объединение этих компонентов в рамках единой системы делает NI ELVIS II мощной и гибкой контрольно-измерительной платформой. Настольная рабочая станция NI ELVIS II осуществляет обмен данными с программным обеспечением, разработанным в LabVIEW для измерения и передачи сигналов. Пользователи проектируют аналоговые и цифровые схемы, моделируют прототипы систем и устройств в среде визуального моделирования электронных схем и компонентов MultiSim 11.0, затем собирают прототип на реальной платформе и тестируют при помощи приборов, входящих в состав ELVIS II. Тем самым они получают возможность пройти весь цикл создания изделия на единой платформе - от моделирования до тестирования реального прототипа устройства.

Воспитанники расширяют свои представления о физике, как науке, а также о целой области практической, профессиональной деятельности, которая опирается на физику. Речь идет об электронике, программирование и прочих инженерных специальностях. Это занятие дополнит школьные знания, а именно представления об электричестве и магнетизме, создаст «зону ближайшего развития» - покажет схематично и приблизительно «мостик» от физических законов и явлений к электронике и схемотехнике, к проектированию различных электронных устройств.

Макетная плата NI ELVIS устанавливается в настольную рабочую станцию и предназначена для монтажа электронной схемы и подключения ее через соответствующие разъемы к приборам. С одной рабочей станцией можно использовать несколько сменных макетных плат.

Рис. 2  Схема, собранная на универсальной макетной           плате (увеличенное изображение)

На данном этапе важно «не тянуть» участников, не перегружать их информацией, а только подчеркнуть связь: физика – электроника (программирование) – современная инженерная специальность.

С воспитанниками освоим инновационное оборудование и как многие инновационные вещи, оно имеет непосредственное отношение к виртуальной реальности. Итак, актуализируем идею «виртуальных объектов».

Какие вы знаете «виртуальные объекты»? (Участники из своего опыта приводят примеры, педагог поддерживает, развивает их ответы, подводя к формулированию основного принципа создания виртуальных объектов). Физические объекты и процессы переводя в виртуальные аналоги с помощью СМПО. После демонстрации приборов задается вопрос – реальные это объекты или нет? Вам они знакомы? Вы знаете, что они измеряют? Дать возможность воспитанникам высказать все свои предположения и догадки. После небольшой дискуссии обратить внимание на измерительную станцию ELVIS II и на то, что в ней, кроме осциллографа и мультиметра, еще 10! виртуальных измерительных приборов. Называем преимущества использования виртуальной измерительной лаборатории: компактность, мобильность, универсальность. За каждую станцию можно посадить 3 человека – лабораторная бригада, в конце эта группа выходит на коллективный учебный проект.

            Педагог показывает последовательность шагов, чтобы запустить несколько различных приборов и посмотреть сигналы или произвести измерения величин. Переходит от звуковых сигналов к электрическим. Педагог вовлекает участников в построение схемы, которая позволит исследовать все преобразования сигнала. И это только один из примеров. Эта станция  - новейшее оборудование рабочего места инженера – разработчика электронных устройств.

Виртуальные измерительные приборы.

NI ELVIS поставляется вместе с программным обеспечением измерительных приборов (SFP Instruments), разработанным в LabVIEW, и с исходным кодом программ. Исполняемые файлы программ изменить невозможно, однако вы можете изменять и совершенствовать функциональные возможности приборов, модифицируя программный код LabVIEW. Подобные измерительные приборы в LabVIEW называют виртуальными приборами – Virtual Instruments (VI), и именно они необходимы при работе в лаборатории.

3.   Подведение итогов занятия

1. Подвести итог занятия.
2. Проверить правильность отключения оборудования от источников питания и уборка рабочих мест.

На примере такого оборудования NI ELVIS II можно сделать цикл занятий, опираясь на базовые знания по физике, математике, информатике, выполнять конкретные измерения и фиксировать результаты. Можно будет собрать сложные схемы и понимать их физический смысл.