CC BY
80
УДК 53:378 Н.Г. Шилина, И.М. Попельницкая
ВИРТУАЛЬНЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ В КУРСЕ ФИЗИКИ МЕДИЦИНСКОГО ВУЗА
В статье описаны принципы построения виртуального лабораторного практикума на основе программного продукта LabView 8.6 компании National Instruments на примере изучения работы усилителя.
Ключевые слова: виртуальный практикум, программа, усилитель.
N.G. Shilina, I.M. Popelnitskaya THE VIRTUAL EXPERIMENTS IN THE COURSE OF PHYSICS AT THE MEDICAL UNIVERSITY
The principles for construction of the virtual laboratory practical work on the basis of LabView 8.6 software product being made by the National Instruments Company on the example of studying the amplifier work are described in the article.
Keywords: virtual practical work, program, amplifier.
В соответствие с общемировыми тенденциями повышаются требования общества к качеству профессионального образования, что в свою очередь приводит к кардинальному изменению технологии обучения. Основная идея модернизации российского высшего образования заключается в сокращении обязательной аудиторной нагрузки наряду с изменением методов преподавания и обучения, что автоматически должно повлечь за собой радикальный пересмотр методики обучения. Основной упор должен быть сделан на самостоятельные занятия и исследования студентов. Предполагается, что такое обучение сформирует профессиональные компетентности будущего специалиста [1]. Государственные образовательные стандарты третьего поколения для медицинских вузов предписывают резко (почти в два, а где-то и более раза) сократить часы, отведенные на изучение дисциплин естественно-научного цикла. Например, часы, ранее отведенные на изучение отдельных дисциплин «Математика» и «Физика», составляли суммарно по разным специальностям от 157 до 171 аудиторных часов. В стандартах третьего поколения стоит одна дисциплина «Физика, математика», а количество аудиторных часов составляет от 72 до 90.
Сокращение часов фундаментальной подготовки не может не вызывать опасение у педагогов, так как все больше прослеживается разрыв между тенденциями развития медицины и уровнем фундаментальных знаний выпускников, да и практикующих врачей. Авторами работы [2] высказывают вполне обоснованные опасения по поводу возможных перекосов в преподавания физики в медицинском вузе из-за противоречия между широтой дидактических единиц и отведенного времени на их изучение. Мы полностью разделяем их точку зрения. В меморандуме комиссии Европейского совета «Об обучении в течение жизни» [3] обращается внимание на важность одной из стратегических задач обучения, а именно на «развитие профессиональных навыков, необходимых для адаптации к требованиям нового общества, построенного на знаниях, и позволяющих в полной мере участвовать в социальной и экономической жизни».
Одним из выходов из этого сложного положения может стать, по нашему мнению, использование современных педагогических приемов и методов, позволяющих самостоятельно изучать отдельные разделы дисциплины при полном их методическом обеспечении. К таким методам, применяющимся на кафедре медицинской и биологической физики Красноярского государственного медицинского университета, относится виртуальный лабораторный практикум.
В настоящей работе возможности подходов к постановке виртуальных лабораторных экспериментов описаны на примере виртуального лабораторного эксперимента по изучению работы усилителя. В обычном лабораторном практикуме студенты выполняют работу малыми группами по 3-4 человека, однако проведе-
ние лабораторной работы группой малоэффективно с точки зрения освоения темы. Возможность каждому студенту выполнить работу на установке отсутствует, так как нет необходимого количества приборов и ограничено время занятия.
Традиционно структура лабораторной работы включает в себя:
• теоретический раздел, посвященный описанию изучаемого в работе процесса;
• описание прибора или устройства, с помощью которого проводится лабораторная работа;
• практические задания;
• анализ результатов эксперимента.
Виртуальная лабораторная работа отличается от лабораторной работы традиционного типа лишь характеристиками устройства, с помощью которого проводятся измерения. Виртуальный прибор был создан в пакете LabView 8.6 компании National Instruments, специализированном для проведения компьютерных экспериментов и сбора данных. Одним из преимуществ виртуального практикума является индивидуализация практического задания для каждого студента. В работе по изучению усилителя преподаватель имеет возможность задавать параметры усилителя (коэффициент усиления и полосу пропускания) для каждого рабочего компьютера. Лицевая панель виртуального прибора для преподавателя приведена на рисунке 1. Следует отметить, что студент не видит те параметры, которые ему установил преподаватель.
Оценка параметров транзисторного усилителя
Введите параметры
1. Коэффициент усиления:
Утіп (V, 1 -100) Углах (V, 1-100)
15 40
Хтіп (ту, 1-100) Хтах (тУ, 1-100)
15 40
2. Полоса пропускания
К усиления
Рис.1. Вид лицевой панели усилителя для преподавателей
На лицевой панели для студента видны две закладки: Усилитель напряжения и Полоса пропускания усилителя. Скриншот прибора представлен на рисунках 2,3.
с
1000
Проверка (требуется >0) О
Electrol .vi
С
Завершить
Рис. 2. Вид лицевой панели усилителя для студента (закладка Усилитель напряжения)
Завершить
Рис. 3. Вид лицевой панели усилителя для студента (закладка Полоса пропускания усилителя)
Так как в нашем вузе принята рейтинговая шкала оценки деятельности студента на занятии, то преподаватель может поощрять студентов большим количеством баллов. Например, можно вводить дополнительные баллы за количество снятых экспериментальных точек. Если студент хорошо разбирается в теме занятия, знает теорию, то ему потребуется минимальное количество точек для определения вида зависимости и расчета параметров усилителя.
Проведение же лабораторных экспериментов на животных в процессе изучения биофизики становится сегодня практически неприемлемым с финансовой, экологической и этической точек зрения. Однако лабораторные эксперименты являются эффективные инструментом обучения и полный отказ от таких экспериментов существенно обедняет процесс обучения. В связи с этим возникает задача замены лабораторных животных и биологических препаратов на технические системы, которые в той или иной степени позволяют сохранить методологию лабораторного эксперимента и в то же время исключить те стороны работы с животными, которые экономически и этически неприемлемы. В разделе биофизики существует ряд традиционных, классических экспериментов, которые требуют использование лабораторных животных. Например, проведение электрического импульса по нервному волокну лягушки. Для регистрации нервного импульса используются стеклянные или металлические электроды, усилитель постоянного тока с большим входным сопротивлением и осциллограф. В целом такая установка являлась достаточно сложной в техническом отношении и дорогостоящей. Использование пакета LabView 8.6 позволило нам решить все обозначенные проблемы. Подробно работа по определению характера зависимости скорости проведения нервного импульса от диаметра аксона и определения типа аксона (миелинизированного или немиелинизированного) описана в работе [4].
Использование виртуального подхода к постановке лабораторных работ существенно расширят возможности эксперимента. Натурный физический эксперимент любой технологической сложности может быть легко воспроизведен при необходимости в виде виртуальной версии с использованием программных средств LabView, что успешно осуществляется на нашей кафедре. В настоящее время подготовлены и опробованы 5 виртуальных лабораторных работы из курса физики.
Литература
1. Романенко М.В. Болонский процесс и российская система образования // Россия и социальные изменения в современном мире: сб. науч. докл. - М., 2004. 1 т. - 168 с.
2. Бляхман Ф.А., Телешев В.А. Преподавание физики в медицинском вузе: системный подход // Высшее образование в России. - 2010. - № 10. - С. 152-155.
3. Процессы Европейской интеграции высшей школы: специфика медицинского обучения» (справочное пособие) / А.Б. Салмина [и др.]; под ред. проф. А.Б. Салминой. - Красноярск: Версо, 2008. - 56 с.
4. Суховольский В.Г., Шилина Н.Г., Ковалев А.В. Возможности проведения виртуальных экспериментов в курсе биофизики для студентов медицинских вузов // Инновационные педагогические технологии в медицинском образовании: мат-лы конф. - Красноярск: Версо, 2010. - С. 357-360.
---------♦'----------
