Учебный комплекс
Изобретение относится к устройствам обучения и предназначено для использования при изучении электротехнических дисциплин. Учебный комплекс содержит блок 1 оценки, состоящий из функционального генератора 2, осциллографа 3 и источника 4 вторичного электропитания, сменный модуль 5, блок 6 индикации, персональную ЭВМ 7, содержащую блок 8 системный, периферийные устройства 9, 10 ввода и вывода, интерфейсные шины 11, и заключается в подаче измерительных сигналов заданной формы и параметров в исследуемую учебную схему сменного модуля. Изобретение позволяет улучшить функциональные возможности, что приводит к повышению качества обучения при изучении электротехнических дисциплин. 2 ил.
Изобретение относится к устройствам обучения и предназначено для использования при изучении электротехнических дисциплин в различных учебных заведениях среднего и высшего профессионального обучения.
В настоящее время известны устройства для обучения, среди которых можно выделить следующие.
Известно устройство для оценки ответов обучаемых по авт. свид. SU №1417022 А2, G09B 7/02, приор. 1986.12.30, опубл. 1988.08.15, содержащее планшетное устройство для ввода учебной информации, блок регистрации задания, блок оценки задания, формирователь одиночных импульсов и два блока индикации.
Известно устройство для оценки ответов обучаемых по авт. свид. SU №1511757 А2, G09B 7/02, приор. 1988.01.18, опубл. 1989.09.30, содержащее устройство ввода учебной информации, блок оценки, блок управления и регистрации ошибок, формирователь импульсов и блок индикации.
В качестве прототипа выбрано устройство для обучения по патенту RU №2136054 С1, 6 G09B 7/02, приор. 1997.01.14, опубл. 1999.08.27. Известное устройство содержит блок ввода учебной информации, выполненный в виде планшета или плаката с магнитными и магнитоуправляемыми элементами, электронные блок оценки, блок управления и регистрации ошибок, два блока индикации и генератор (формирователь) импульсов, соединенных между собой определенным образом для достижения поставленной задачи.
Известные устройства [1-3] имеют общие недостатки. Так планшеты с входной учебной информацией связаны с электронной частью учебных стендов посредством шнуровой коммутации, что ведет к снижению их надежности в целом. Выполнение блоков электронной части известных устройств по жесткой схеме на элементах среднего уровня интеграции и невозможность использования программных средств имитации существенно ограничивает их функциональные возможности, ведет к снижению качества обучения.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого учебного комплекса, является расширение функциональных возможностей при изучении электротехнических дисциплин за счет использования средств вычислительной техники и моделирующих программ.
Для достижения технического результата в учебном комплексе, содержащем блок оценки, подключенный одними выводами к блоку индикации, другими - к сменному модулю, а третьими - к персональной ЭВМ, его блок оценки выполнен в виде последовательно включенных функционального генератора и осциллографа, а также источника вторичного электропитания, его первые, вторые и третьи силовые выходы подключены к одноименным входам функционального генератора, осциллографа и сменного модуля соответственно, а информационный выход соединен с первым входом блока индикации, его второй вход подключен к информационному выходу сменного модуля, информационный вход которого подключен к одноименному выходу функционального генератора, измерительные выводы осциллографа подключены к одноименным входам сменного модуля, при этом персональная ЭВМ содержит блок системный, параллельно подключенный через двунаправленные интерфейсные шины к периферийным устройствам ввода и вывода, функциональному генератору блока оценки и внешним интерфейсным шинам соответственно.
Устройство поясняется чертежами. На фиг.1 показана блок-схема учебного комплекса, на фиг.2 приведена фотография его внешнего вида.
Учебный комплекс (фиг.1) содержит блок 1 оценки, состоящий из функционального генератора 2, осциллографа 3 и источника 4 вторичного электропитания (ИВЭП), сменный модуль 5, блок 6 индикации, персональную ЭВМ (ПЭВМ) 7, в состав которой входят блок 8 системный, периферийные устройства 9,10 ввода и вывода и интерфейсные шины 11.
Осциллограф 3 блока 1 оценки через функциональный генератор 2 по двунаправленным интерфейсным шинам подключен к одним выводам блока 8 системного ПЭВМ 7. Его другие выводы параллельно подключены через двунаправленные интерфейсные линии связи к выводам периферийных устройств 9 и 10 ввода и вывода и к интерфейсной шине 11 соответственно. Силовые входы функционального генератора 2, осциллографа 3 и сменного модуля 5 подключены к одноименным выходам ИВЭП 4 блока 1 оценки. Информационные выходы ИВЭП 4 и сменного модуля 5 подсоединены к первому и второму информационным входам блока 6 индикации. Информационный выход функционального генератора 2 подключен к одноименному входу сменного модуля 5, а его измерительные входы подключены к соответствующим выводам осциллографа 3 блока 1 оценки.
Учебный комплекс работает следующим образом.
Первоначально, когда блок 1 оценки учебного комплекса (фиг.1) обесточен, производят установку требуемого сменного модуля 5 в ламели разъема, на печатной плате которого размещается учебная схема с электронными и/или электромеханическими компонентами, подлежащая исследованию. Измерительные щупы каналов А и В осциллографа 3 блока 1 оценки подсоединяются к контактным группам заданных точек учебной схемы сменного модуля 5.
После чего ИВЭП 4 блока 1 оценки подключают к питающей цепи, включая сетевой индикатор «Сеть» (на фиг.1 не показано) блока 6 индикации и подавая питающие напряжения на функциональный генератор 2, осциллограф 3 и сменный модуль 5. С этого момента учебный комплекс подготовлен к выполнению натурно-виртуального моделирования, которое проводится следующим образом.
Через периферийные устройства 9 ввода (клавиатуру и манипулятор «мышь») и блок 8 системный ПЭВМ 7 комплекса запускаются и настраиваются функциональный генератор 2 и осциллограф 3 блока 1 оценки. На периферийных устройствах 10 вывода (мониторе, видеопроекторе) отображаются лицевые панели указанных измерительных приборов с органами управления.
По управляющим сигналам блока 8 системного ПЭВМ 7 функциональный генератор 2 по информационному выходу подает на одноименный вход сменного модуля 5 электрические сигналы заданной формы (синусоидальной, треугольной или прямоугольной) и значениями параметров. Они проходят в электрическую цепь учебной схемы сменного модуля 5 и отображают физические процессы в исследуемых ее точках, которые фиксируются щупами измерительных каналов А и В осциллографа 3 блока 1 оценки. Режимы работы отдельных элементов учебной схемы сменного модуля 5 отображаются на индикаторных элементах блока 6 индикации.
Считанные щупами осциллографа 3 сигналы измерительной информации исследуемых физических процессов далее поступают в осциллограф 3, преобразуются в цифровой формат и через функциональный генератор 2 блока 1 оценки передаются по двунаправленным интерфейсным линиям связи в блок 8 системный ПЭВМ 7 с последующим отображением на виртуальной лицевой панели осциллографа, сформированной на его периферийных устройствах 10 вывода (монитора, видеопроектора и др.).
При этом получаемое изображение сигналов исследуемых процессов в заданной точке учебной схемы сменного модуля 5 комплекса оценивается качественно (по форме) и количественно (по числовым параметрам) оборудованием блока 1 оценки комплекса, что позволяет обучаемому наблюдать физические процессы в динамике и статике, запоминать отдельные процессы с их числовыми данными в памяти ПЭВМ 7, производить детализацию их отдельных фрагментов, накапливать статистические данные физического эксперимента и производить их обработку посредством программных статистических программных средств ПЭВМ 7 комплекса. Результаты исследований посредством периферийных устройств 10 вывода (печатающее устройство, графопостроитель) ПЭВМ 7 комплекса могут быть отображены на бумажном носителе.
При подключении блока 8 системного ПЭВМ 7 комплекса в локальную вычислительную сеть учебного заведения измерительная информация о ходе эксперимента может передаваться другим пользователям сети для ознакомления. При этом каждый пользователь сети, оснащенный аналогичным учебным комплексом, получает возможность выполнения физического эксперимента по выбранной тематике, реализуемой на конкретном комплексе сети. Это дает возможность оптимизировать аппаратные средства индивидуального учебного комплекса при одновременном расширении его функциональных возможностей.
После проведения физического эксперимента обучаемый имеет возможность с использованием технических средств учебного комплекса провести виртуальный эксперимент заданной задачи, используя соответствующие программные средства для схемотехнического моделирования, и провести сравнительный анализ полученных данных в ходе натурно-виртуального моделирования. Кроме этого, виртуальный эксперимент позволяет обучаемому провести моделирование нестандартных режимов (процессов) работы электронной, электромеханической схемы или отдельного ее компонента по их математическим моделям, которые трудно или невозможно создать на реальных объектах.
Такой подход в реализации задач моделирования электронных и электромеханических схем посредством предлагаемого учебного комплекса существенно расширяет его функциональные возможности и направлен на повышение качества обучения при изучении электротехнических дисциплин среднего и высшего профессионального обучения. Его универсальность, возможность наращивания номенклатуры учебных задач, определяемых количеством электронных схем сменных модулей 5, высокой наглядностью их компонент, отсутствие шнуровой коммутации и возможность применения широкого парка контрольно-измерительных приборов отличает учебный комплекс от аналогов и прототипа, позволяя обеспечить достижение положительного эффекта.
В настоящее время создана партия учебных комплексов для учебных заведений среднего и высшего профессионального обучения, которые успешно прошли комплексные испытания.
Источники информации
1. Авт. свид. SU №1417022 А2, приор. 1986.12.10, опубл. 1988.08.15.
2. Авт. свид. SU №1511757 А2, приор. 1988.01.18, опубл. 1989.09.30.
3. Патент RU №2136054 С1, приор. 1997.06.14, опубл. 1999.08.27, прототип.
Учебный комплекс, содержащий блок оценки, подключенный одними выводами к блоку индикации, другими - к сменному модулю, а третьими - к персональной ЭВМ, отличающийся тем, что блок оценки выполнен в виде последовательно включенных функционального генератора и осциллографа, а также источника вторичного электропитания, его первые, вторые и третьи силовые выходы подключены к одноименным входам функционального генератора, осциллографа и сменного модуля соответственно, а информационный выход соединен с первым входом блока индикации, его второй вход подключен к информационному выходу сменного модуля, информационный вход которого подключен к одноименному выходу функционального генератора, измерительные выводы осциллографа подключены к одноименным входам сменного модуля, при этом персональная ЭВМ содержит блок системный, параллельно подключенный через двунаправленные интерфейсные шины к периферийным устройствам ввода и вывода, функциональному генератору блока оценки и внешним интерфейсным шинам соответственно.
