УЧЕБНЫЙ КОМПЛЕКС
EDUCATIONAL COMPLEX

Изобретение относится к устройствам обучения с использованием информационных технологий и предназначено для изучения электротехнических дисциплин в учебных заведениях начального, среднего и высшего профессионального образования очной и дистанционной форм обучения.
Недостаточное финансирование учебных заведений всех видов профессионального образования ставит их в затруднительное положение по приобретению современного учебного оборудования в необходимом количестве. А значит, ведет к снижению качества обучения учащихся. Выходом из этого положения сегодня авторы видят в создании универсальных учебных комплексов, оснащенных ауди-видео средствами удаленного доступа. Имея, например, один такой учебный комплекс, учебное заведение может построить учебный процесс по фронтальному изучению разделов дисциплин с коллективом пользователей (обучающиеся) через их индивидуальный терминал удаленного доступа в режиме on-line вида «преподаватель-обучающийся». Здесь пользователь может наблюдать на мониторе терминала объект физического моделирования, точки подключения и съема измерительной информации, отдельные манипуляции преподавателя по проведению физического «учебного» эксперимента и т.д. Имеет возможность управлять работой виртуальных измерительных приборов учебного комплекса в дистанционном режиме, снимать, запоминать и распечатывать (при необходимости) параметры измерительной информации. С помощью соответствующих терминальных программных средств (например, MultiSim, Elektronics Workbench, MicroCAP и др.) может проводить компьютерное моделирование исследуемого объекта и сравнивать результаты физического и компьютерного моделирования. Результирующим этапом изучающих разделов посредством подобного учебного комплекса может служить оценка остаточных знаний обучающегося с использованием соответствующих тестовых компьютерных систем, которые чаще всего являются обязательными атрибутами современных учебных комплексов на основе ПЭВМ.
Следовательно, имеет место экономическая привлекательность подобного учебного оборудования для потребителя, расширение его функциональных возможностей при высокой надежности из-за отсутствия элементов шнуровой коммутации и нацеленная на повышение качества обучения на всех стадиях учебного процесса.
В настоящее время известны устройства для обучения, среди которых можно выделить следующие.
Известно устройство для демонстрации сложения и разложения траекторий сложных движений по авт.свид. SU №953655 A1, G09B 23/08, G09B 23/06, приор. 1980.01.04, опубл. 1982.08.23, состоящее из последовательно включенных генератора с делителем частоты, блоков сдвига фаз и функциональных генераторов, блоков переключателей и аттенюаторов, двух сумматоров, счетчика, дешифратора, коммутатора, цифроаналогового преобразователя и осциллографа.
Известно устройство для оценки ответов обучаемых по авт.свид. SU №1511757 A1, 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.
Известно устройство для обучения по патенту RU №2136054 С1, G09B 7/02, приор. 1997.01.14, опубл. 1999.08.27, содержащее 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 импульсов, соединенных друг с другом соответствующим образом.
В качестве прототипа выбран учебный комплекс, предназначенный для изучения электротехнических дисциплин по патенту RU №2343555, G09B 7/02, опубл. 2009.01.10. Он состоит из блока оценки, включающий осциллограф, функциональный генератор и источник вторичного электропитания, сменный модуль, блок индикации и персональную ЭВМ, соединенных между собой определенным образом, позволяя решать поставленную перед ним задачу.
Известные устройства [1-4] имеют общие недостатки. Отсутствие обратной ауди-визуальной связи и средств вычислительной техники (ПЭВМ) не позволяет им работать с удаленным пользователем в режиме on-line и ограничивая их функциональные возможности. Использование в устройствах [1-3] информационных блоков с элементами шнуровой коммутации снижает их надежность и качество обучения.
Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого учебного комплекса, является расширение функциональных возможностей при изучении электротехнических дисциплин за счет использования средств вычислительной техники, моделирующих программ и оборудования удаленного доступа и направлен на повышение качества обучения удаленного пользователя.
Для достижения технического результата в известный учебный комплекс удаленного доступа, содержащий измерительный блок, подключенный первой информационной группой выводов к одноименным выводам персональной ЭВМ, его вторая и третья пары выводов подключены к первой группе информационных выводов сменного модуля, а четвертый вывод подключен к первому входу блока индикации, второй вывод блока индикации подключен к другому выводу сменного модуля, согласно изобретению, введены блок аудио-видеосвязи, имеющий видеоакустическую связь со сменным модулем и подключенный ко второй информационной группе выводов персональной ЭВМ, блок интерактивной связи с пользователем и блок терминального доступа пользователя, подключенный i-ми группами информационных выводов к одноименной группе выводов блока интерактивной связи с пользователем, его другая информационная группа выводов подключена к третьей группе информационных выводов персональной ЭВМ, причем остальные выводы второй информационной группы сменного модуля подключены к одноименным выводам блока индикации.
Устройство поясняется фигурами.
На фиг.1 показана блок-схема учебного комплекса, на фиг.2 и 3 приведены варианты выполнения блока оценки - измерительного блока и блока связи - блок аудио-видеосвязи с объектом, на фиг.4 изображен внешний вид учебного комплекса.
Учебный комплекс (фиг.1) содержит блок 1 оценки - измерительный блок, сменный модуль 2, блок 3 индикации, персональную ЭВМ (ПЭВМ) 4, блок 5 связи - блок аудио-видеосвязи с объектом, интерфейсный блок 6 - блок интерактивной связи с пользователем и блок 7 терминалов - блок терминального доступа пользователя.
Первая группа выводов блока 1 оценки подключена к одноименным выводам ПЭВМ 4. Его вторая и третья пары выводов подключены к первой группе выводов сменного модуля, а четвертый вывод подключен к первому выводу блока 3 индикации. Вторая группа выводов сменного модуля 2 подключена к одноименной группе выводов блока 3 индикации. Сменный модуль 2 имеет видео-акустическую связь с блоком 5 связи, подключенным ко второй группе выводов ПЭВМ 4. Третья группа информационных выводов ПЭВМ 4 через интерфейсный блок 6 подключена к i-м группам информационных выводов терминалов блока 7 соответственно.
Учебный комплекс работает следующим образом. Перед началом работы учебного комплекса (фиг.1) в разъемы блока 1 оценки устанавливают плату сменного модуля 2 с учебной схемой. Подают питающие напряжения на блоки 1-6 учебного комплекса, запускают и настраивают его оборудование на выполнение заданной учебной задачи. Для этого на учебную схему сменного модуля 2 от ИВЭП 10 блока 1 оценки (фиг.2) подают питающее напряжение Е, на информационный вход от функционального генератора 9 подают испытательные сигналы G требуемой формы (синусоидальный, треугольный или прямоугольный) и частоты, а к ее контактным точкам подключают один или два измерительных щупа А и В в зависимости от конструктивного исполнения осциллографа 8 (одноканальный или двухканальный), используемого в учебном комплексе.
На экране монитора ПЭВМ 4 через панели виртуальных цифровых приборов (осциллограф, генератор) отображаются форма и числовые параметры исследуемых сигналов учебной схемы сменного модуля 2. В фиксированных точках учебной схемы сменного модуля 2 измерительная информация, требующая особого внимания обучающего (например, режимы работы электронного узла, уровни сигналов и т.п.), выводится на блок 3 индикации учебного комплекса и отображается его индикаторными и сегментными индикаторами.
Управление работой виртуальных приборов блока 1 оценки осуществляется через клавиатуру и манипулятор «мышь» ПЭВМ 4 учебного комплекса, позволяя более детально и качественно провести исследование работы учебной схемы, получить числовую и графическую (форма электрических сигналов) информацию о ее работе в заданных характеристических контрольных точках. Отображать полученную информацию на электронном или бумажном носителях, передавать через локальную или глобальную сеть удаленному пользователю (обучающему или коллективу обучающихся).
В свою очередь, удаленный пользователь со своего терминала 1.1-1.i блока 7 терминалов через интерфейсный блок 6 (типовое оборудование локальной или глобальной сети) с использованием программных средств имеет возможность управлять работой виртуальных приборов 8, 9 блока 1 оценки и ПЭВМ 4 учебного комплекса в режиме «on-line» по предлагаемому методическому плану исследования физического объекта (учебной схемы) сменного модуля 2.
Для работы с удаленным пользователем, повышения качества обучения и расширения функциональных возможностей учебного комплекса в его состав введен блок 5 связи, состоящий из веб-камеры 11, микрофона 12 и осветителя 13, подключаемый к выводам ПЭВМ 4 (фиг.3). Веб-камера 11 и осветитель 13 настраиваются на получение изображения учебной схемы сменного блока 2 при работе учебного комплекса в режиме «on-line» с удаленным пользователем по методу «преподаватель-обучающийся» (фиг.4).
При этом обучающийся имеет возможность через ауди-видео связь общаться с педагогом, получать от него необходимые консультации и видеть его манипуляции подключения измерительных приборов (щупов осциллографа и внешних измерительных приборов при необходимости) к контрольным точкам учебной схемы, оценивать ее конструктивное исполнение и работу блока 3 индикации. Использование такого приема в учебном комплексе ведет к повышению информативности учебного процесса, особенно для удаленного пользователя, его качеству.
Удаленный пользователь после проведения физического эксперимента имеет возможность провести виртуальный эксперимент заданной задачи с использованием программных средств схемотехнического моделирования учебного комплекса (например, MultiSim, Elektronics Workbench, MicroCAP и др.) и выполнить сравнительный анализ полученных данным в ходе натурно-виртуального моделирования. Виртуальный эксперимент позволяет обучаемому провести моделирование нестандартных режимов работы электронной, электромеханической учебной схемы или отдельного ее компонента по их математическим моделям, которые трудно или невозможно создать на реальных физических объектах.
Принятый подход в решении задач моделирования электронных, электромеханических устройств посредством предлагаемого учебного комплекса удаленного доступа направлен на расширение аудитории обучения и повышение его качества. Его универсальность и широкие технические возможности отличают от известных аналогов и выбранного прототипа, позволяя обеспечить достижение положительного эффекта.
На данный момент учебные комплексы удаленного доступа сертифицированы и изготавливаются заявителем заинтересованным учебным организациям начального, среднего и высшего профессионального образования.
Практическая реализация (только для пояснения): блок 1 оценки содержит виртуальный цифровой осциллограф 8 (одно- или двухканального исполнения), виртуальный функциональный генератор 9 и источник вторичного электропитания 10 в типовом промышленном исполнении; сменный модуль 2 выполнен в виде типовой печатной платы с учебной электрической схемой, подлежащей изучению; блок 3 индикации - светодиодные приборы с элементами дешифрации, блок 4 - типовая ЦВМ типа Pentium III и выше с набором периферийных устройств ввода/вывода; блок 5 выполнен в виде веб-камеры со встроенным микрофоном промышленного изготовления; блоки 6 и 7 представляют собой типовое оборудование для организации работы с удаленным пользователем через Internet-сеть или локальную сеть.
Источники информации
1. Авт.свид. SU №953655 A1, G09B 23/08, G09B 23/06, приор. 1980.01.04, опубл. 1982.08.23.
2. Авт.свид. SU №1511757 A1, G09B 7/02, приор. 1988.01.18, опубл. 1989.09.30.
3. Патент SU №2136054 C1, G09B 7/02, приор. 1997.06.14, опубл. 1999.08.27.
4. Патент RU №2343555, G09B 7/02, приор. 2007.05.24, 2009.01.10, прототип.