Д-р. техн. наук Черный А.П., инж. Романенко Св.С., инж. Коваль Т.П.
Кременчугский национальный университет имени Михаила Остроградского,
Украина
К. техн. наук Сивякова Г.А.
Карагандинский государственный индустриальный университет,
Республика Казахстан
Компьютеризированная
система для удаленного управления электрооборудованием и выполнения
лабораторных практикумов на основе виртуальных лабораторных комплексов
Комплекс задач
по развитию и совершенствованию системы высшего образования предполагает
реализацию мероприятий по развитию, разработке и реализации информационных
образовательных технологий и методов обучения, в частности, дистанционных;
развития научно-исследовательской и научно-технической деятельности в системе
образования, интеграции науки и образования; организации производства учебного
и научного оборудования, приборов и средств обучения различного назначения. В
ходе их реализации важно предусмотреть повышение качества высшего
профессионального образования и уровня подготовки специалистов, внедрение
современных информационных технологий в учебный процесс, развитие у студентов
навыков самообразования.
Решение данной
проблемы возможно только при перестройке подходов к системе образования. Для
этого необходимо использование информационных технологий (ИТ) не только при
преподавании общепрофессиональных, но и специальных дисциплин. В этом смысле
огромную роль приобретают технологии обучения, которые находят свое отражение,
в частности, в конкретных электронных обучающих и контролирующих программах. К
ним относятся различного рода тренинги, контролирующие программы, лабораторные
практикумы, тренажеры, игровые программы, предметно-ориентированные среды,
учебное моделирование, деловые игры, групповые семинары (тьюториалы), разбор
ситуаций (кейс-стади), психологическое тестирование и т.д. Разработка подобных
электронных ресурсов обусловлена необходимостью подготовки студентов к
полноценному и эффективному участию в профессиональной, общественной и бытовой
областях в условиях информационного общества, повышению их
конкурентоспособности на рынке труда.
На сегодня во
всем мире накоплен большой опыт по исследованию различных энергетических
объектов и процессов, которые в них происходят. В значительной степени это
относится к электромеханическим системам (ЭМС) и, в частности, системам
электропривода. В зависимости от задач исследования используются различные
методы, составляющие две большие группы: экспериментальные и теоретические.
Экспериментальные методы исследования в основном требуют специального
оборудования, а в случае, когда ЭМС только проектируется, их применение вообще
невозможно. Тогда исследования выполняются теоретическим путем на основе
созданных математических моделей. В связи с этим для решения задач исследования
ЭМС разработано значительное количество прикладных математических компьютерных
пакетов - так называемых симуляторов (simulation) и виртуальных лабораторий на
их основе.
Термин
«виртуальная учебная лаборатория» (ВУЛ) появился в последние годы в области
применения информационных и коммуникационных технологий применительно к
техническому образованию [1]. В этом направлении активно развиваются сетевые
программные системы управления учебным процессом, такие как MS FrontPage, MS
Publisher, Black-Board, Доцент, Прометей, Learning Space [2], Top Class [3],
WebCT [4], ИОС ОО [5] и др. Эти системы интегрируют основные функции
организации электронного обучения - регистрацию, поддержку самостоятельной
работы, организацию индивидуального и группового взаимодействия студентов и
преподавателей, промежуточное и итоговое тестирование и ряд других функций. Все
это характерно для дистанционной формы организации учебного процесса.
Термин ВУЛ можно
отнести и к современным средствам исследования процессов функционирования ЭМС
на основе математических моделей - компьютерного моделирования.
Среди зарубежных
фирм передовые позиции в разработке программных средств моделирования занимают
компании MathWorks, MicroSim, Cadence Design Systems, Interactive Image
Technologies, National Instruments, Spectrum Software, MathSoft, Wolfram
Research. Разработанные ими виртуальные лаборатории применяются при проведении
экспериментальных исследований на ЭВМ: OrCAD9, TCAD, Realise DesighnLab,
Circuit Market и наиболее используемые Matlab, Mathcad, Electronics Workbench,
LabVIEW. Разные пакеты программ отличаются друг от друга своим назначением,
универсальностью, возможностями, стоимостью и т.д. Однако среды моделирования
являются лицензионными разработками и их тиражирование и распространение
запрещено.
Немногочисленные
пока научно-методические работы по тематике ВУЛ ограничены в основном описанием
виртуальных приборов и лабораторных занятий с их использованием. Однако в
методологическом плане понятие ВУЛ для инженерного образования гораздо шире и
может интегрировать в себя не только виртуальные приборы, но и виртуальные
учебные кабинеты, системы математического и имитационного моделирования,
учебные и промышленные пакеты прикладных программ, компоненты CALS-систем. А
сами ВУЛ могут использоваться не только в лабораторном практикуме, но и в
курсовом и дипломном проектировании, в научно-исследовательских работах
студентов.
Учет тенденции
роста объема самостоятельной работы студентов с одновременным уменьшением
количества аудиторных занятий, недостаточным их количеством, а иногда и
отсутствием современной литературы по техническим дисциплинам, необходимостью
материальных затрат на организацию традиционного лабораторного практикума
побуждает к созданию универсальных компьютеризированных виртуальных
лабораторных комплексов (ВЛК) [6-8]. Основой ВЛК является единый подход с
соответствующим методическим обеспечением, системой тренинга и контроля знаний,
организацией эффективного лабораторного практикума по циклам дисциплин, и тем
самым решения данной задачи в достаточно короткие сроки с минимальными
финансовыми затратами.
Все
перечисленное выше получает особую важность в условиях развивающегося
образовательного пространства, непрерывного обучения в течение всей жизни и
интеграции ВУЗов по совместной подготовке высококвалифицированных специалистов.
Государственной
программой развития образования электронное обучение «e-learning» определяется
как приоритетное. В частности, должны разрабатываться электронные учебно-методические
комплексы, сопровождение и эксплуатация системы электронного обучения.
Компьютеризированные
учебно-методические комплексы (КУМК) позволят студенту самостоятельно изучить
весь теоретический материал, выполнить практические задания и курсовые проекты,
провести экспериментальные исследования, предусмотренные лабораторным
практикумом по дисциплине, оценить уровень полученных знаний. Комплекс
формируется как вполне законченный программный продукт, который может быть
записан на компакт-диск и предоставлен студенту для выполнения полного объема
учебной работы по дисциплине. Входящее в состав КУМК программно-аппаратное
обеспечение виртуального стенда позволит через сеть Internet обеспечить
управление преобразователями энергии электромеханического оборудования
лабораторного стенда: формировать задание на изменение режимов работы,
проводить диагностику электрооборудования, осуществлять его защиту в аварийных
ситуациях вплоть до отключения.
Таким образом, реализуется задача изменения парадигмы
профессиональной подготовки с учетом перспективных направлений и в соответствии
с отечественными и мировыми стандартами, тенденции интеграции в европейское и
мировое образовательное пространство и предопределяет создание научных
принципов инновационных педагогических технологий, которые опираются на
саморазвитие интеллектуальных способностей личности, активизацию умственных
действий, направленных на получение и усвоение знаний на основе принципа
единства изучения всего теоретического и практического материала.
Создаваемые научные принципы построения виртуальных
тренажерных комплексов обеспечат разработку новых технологий энергоэффективной
эксплуатации промышленных электромеханических систем; в структуре высшего
профессионального образования - подготовку квалифицированных специалистов
технического профиля; в промышленности - подготовку производственного персонала
при проведении переподготовки или повышении квалификации. Результаты
исследований позволят объединять лабораторно-исследовательское оборудование
ВУЗов в единый интегрированный лабораторный комплекс с уникальными
возможностями и минимальными затратами для каждого ВУЗа.
Литература:
1.
http://nci.kz
2.
http://www.lotus.com/learningspace
3.
http://www.wbtsystems.com
4.
http://www.webct.com
5.
http://www.openet.ru
6.
Казимова Д.
А. Интеграция системы электронного обучения в образовательной сфере Республики
Казахстан / Д. А. Казимова // Актуальные задачи педагогики: материалы II
междунар. науч. конф. (г. Чита, июнь 2012 г.). — Чита: Издательство
Молодой ученый, 2012. — С. 24-26.
7.
Черный А.П. Принципы организации лабораторного практикума по
техническим специальностям с
использованием информационных технологий / Черный А.П., Лашко Ю.В., Кравець
А.М. Электроприводы переменного тока: Труды международной четырнадцатой
научно-технической конференции. Екатеринбург:
ФГАОУ ВПО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», 2012. – C.
319-322.
8.
Ефимов
И.Н., Жевнерчук Д.В., Козлова С.Ж., Николаев А.В., Открытые виртуальные
исследовательские пространства. Технология построения.- Нижний Новгород: Изд-во
Нижегородского государственного университета имени Н.И. Лобачевского, 2008. –
с.203.