Виртуальные приборы — инструмент исследования двух реальностей

РАЗНОЕ

144

УДК 378.4; УДК 530.12:531[18+51]

А. В. Пец

ВИРТУАЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ - ИНСТРУМЕНТ ИССЛЕДОВАНИЯ ДВУХ РЕАЛЬНОСТЕЙ

Исследуются дидактические возможности технологии виртуальных приборов в инженерной педагогике. Выделено восемь системных характеристик указанной технологии: средство измерения, метрологич-ность, поддержка режима реального масштаба времени, коммуникаци-онность, информативность, полионтизм, перемасштабируемость.

The didactic possibilities of virtual instruments in the engineering education are studied. Defined eight system characteristics of this technology: means of measurement, metrologichnost, real-time, communication, information content, poliontizm, the variation of the scale interval.

Ключевые слова: виртуальные приборы, лабораторный практикум, эксперимент, физика, механика, инженерная педагогика.

Key words: virtual instruments, laboratory practice, experiment, physics, mechanics, engineering pedagogy, technical education.

В статьях [1; 2] рассмотрены методики организации междисциплинарных связей и визуализации в практикуме по механике, основанные на информационных электронных технологиях. Одно из направлений развития лабораторного практикума — технология виртуальных приборов. Используемая схема синтеза электродинамических и механических явлений заимствована из исследований А. В. Пеца по применению виртуальных приборов и графического программирования при изучении физико-технических дисциплин (см. [3 — 5]).

Другая особенность указанных статей — вольное использование термина «виртуальный». Показательный пример — неоднократно приводимая фраза «виртуальная реальность, наблюдаемая на экране монитора, превращается в реальный отчет о выполнении эксперимента». В целом подход [1; 2] существенно занижает инновационное значение технологии виртуальных приборов для науки, производства и образования.

Здесь содержание термина «виртуальные приборы» (virtual instrumentation) мы рассмотрим как педагогическую проблему. Связывание технологии виртуальных приборов только с визуализацией динамических процессов — односторонний подход. Речь идет о новом шаге в развитии системы: пользователь — интерфейс — персональный компьютер (ПК) — окружающая среда. Средства графического программирования позволяют создать такую образовательную среду, что исследователь сам проектирует адекватную задаче приборную панель измери-

© Пец А. В., 2013

Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. 2013. Вып. 10. С. 144—146.

тельного комплекса по изучению как цифровых, так и реальных объектов. Тем самым обучаемый вовлекается в деятельность, в которой методы теоретического и эмпирического познания дополняют друг друга [б].

Подчеркнем, что термин «виртуальные приборы» в литературу по педагогике только начинает внедряться. Поэтому вначале приведем несколько его определений от разработчиков и производителей. Фирма National Instruments (США) (URL: http://russia.ni.com): «Технология виртуальных приборов — это инновационная концепция, которая коренным образом меняет подходы к проектированию средств цифровых измерений и автоматизации научных исследований для инженеров и ученых». Компания ЭЛИКС (Россия) (URL: http://www.eliks.ru): «Виртуальные приборы — это класс приборов (средств измерений), использующих ПК как составную часть прибора. ПК в этом случае обрабатывает и показывает результаты измерений».

Проведенный нами анализ позволил выделить нижеследующие характерные признаки понятия «виртуальные приборы», раскрывающие потенциальные возможности этой технологии для инженерной педагогики.

1. Средство измерения. Виртуальные приборы — новое средство измерений физических величин на базе ПК. Они позволяют контролировать во времени характеристики нескольких разнотипных процессов. Приведем примеры: геоинформационные системы цифровой навигации (Global Positioning System); цифровая оптическая и рентгеновская микроскопия, дигитайзеры (графический планшет); цифровые метеорологические станции; наноэдьюкаторы и другие.

2. Массовость. Благодаря применению высокоскоростных микрочипов и систем искусственного интеллекта виртуальные приборы становятся доступными широкому кругу пользователей как по экономическим, так и образовательным критериям. Например, для радиолюбителей производятся USB-виртуальные лаборатории (см., напр., сайт URL: http://www.aktakom.ru).

3. Метрологичность. Цифровые (виртуальные) приборы внесены в Государственный реестр средств измерений.

4. Возможность изучать физические и технические процессы в реальном масштабе времени. Для современных виртуальных приборов характерна высокая скорость передачи и обработки больших массивов данных по различным каналам связи. Например, созданы цифровые осциллографы c частотой дискретизации более 10 ГГц.

5. Коммуникационность. Виртуальные приборы допускают интеграцию в сложные распределенные измерительные системы. Поддерживают современные беспроводные информационные сети.

6. Информативность. Эту характеристику определим двумя возможностями: сосредоточения управления всеми устройствами измерительной системы в одном месте (у пользователя ПК) и накопления и сортировки больших массивов динамических данных.

7. Полионтизм. С помощью виртуальных приборов можно проводить одновременное сравнение друг с другом характеристик не только физических (материальных), но и виртуальных (цифровых) процессов и объектов. Иными словами, виртуальные приборы — зонд двух взаи-

145

146

модополняющих реальностей: константной (материальной) и оппозиционной (виртуальной). В [4] этот феномен назван принципом полион-тизма. Следствием такого подхода к технологии виртуальных приборов являются актуализация пересмотра понятия «измерение» [б].

8. Перемасштабируемость. В процессе эксперимента можно в значительных пределах менять числовые значения шкал виртуальных приборов.

Различные аспекты представленной концепции значения «технологии виртуальных приборов» для науки, техники и образования получили развитие в исследованиях [7—9].

Список литературы

1. Нестерова Ж. Ю., Никитин М. А., Федотов В. В. Виртуальные приборы как средство организации междисциплинарных связей // Вестник Балтийского федерального университета им. И. Канта. Калининград, 2011. Вып. 10. С. 151 — 154.

2. Никитин М. А. и др. Компьютерная визуализация в физическом практикуме // Известия Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота : Психолого-педагогические науки (теория и методика профессионального образования). Калининград, 2013. № 2(24). С. 1б7—173.

3. Пец А. В. Технология виртуальных приборов как ресурс развития физического практикума // Вестник Российского государственного университета им. И. Канта. 200б. Вып. 4. С. 10б — 109.

4. Пец А. В. Полионтизм как характеристика деятельности в цифровых электронных средах // Вестник Российского государственного университета им. И. Канта. Калининград, 2009. Вып. 4. С. 104 — 107.

5. Пец А. В. Методологические основы использования цифровых технологий для изучения физико-технических дисциплин // Вестник Российского государственного университета им. И. Канта. Калининград, 2009. Вып. 4. С. 100 — 104.

6. Пец А. В. Цифровое пространство как измерительный инструмент // Известия Балтийской государственной академии рыбопромыслового флота : Пси-холого-педагогические науки (теория и методика профессионального образования). Калининград, 2012. № 4 (22). С. 154—158.

7. Журба М. А. Філософська рефлексія віртуальної реальності. Гілея: науковий вісник. Зміст випуску б1 (2012). Філософські науки. URL: http://archive. nbuv.gov.ua/portal/Soc_Gum/Gileya/2012_б1/Gileyaб1/F7_doc.pdf

8. Коротина Т. Ю. Алгоритмы и программное обеспечение моделирования приборов и устройств для создания автоматизированных лабораторных комплексов : автореф. дис. ... канд. техн. наук. Томск, 2012.

9. Константинян Т. К. Система обучения информатике будущих учителей химии и биологии, основанная на использовании технологии графического программирования : автореф. дис. ... канд. пед. наук. М., 2011.

Об авторе

Александр Васильевич Пец — канд. физ.-мат. наук, доц., Балтийский федеральный университет им. И. Канта, Калининград.

E-mail: pets119@rambler.ru

About the author

Dr Alexandr Pets — Ass. Prof., I. Kant Baltic Federal University, Kaliningrad.

E-mail: pets119@rambler.ru