CC BY
3
Имамназаров Э.Д. старший преподаватель «Информатика и информационный технология» Наманганский инженерно-строительный институт КАК СРЕДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ВИРТУАЛЬНЫХ ЛАБОРАТОРИЙ
Аннотация: В этой статье обсуждается, как проектировать и моделировать виртуальную лабораторную среду подготовки.
Ключевые слова: опыт, виртуальные лаборатории, технологии, электронные лаборатории
Imamnazarov E.D. senior lecturer "Informatics and Information Technology" Namangan Civil Engineering Institute AS A DESIGN AND MODELING ENVIRONMENT IN THE PREPARATION OF VIRTUAL LABORATORIES
Abstract: This article discusses how to design and model a virtual lab preparation environment.
Keywords: experience, virtual laboratories, technologies, electronic laboratories
Современные тенденции развития образовательной системы предполагают внедрение компьютерных технологий в учебный процесс, стимулируют появление виртуального обучения, виртуальных школ, которые способствуют формированию самостоятельной, творчески развитой личности, активно участвующей во всех сферах жизни общества. Особенно остро этот вопрос стоит в профессиональном образовании, где необходимо более широкое внедрение уроков с использованием электронных учебных материалов.
В процессе изучения дисциплин «Электроника и схемотехника» в Наманганский инженерно - строительный институте в качестве электронной лаборатории используется программа Electronics Workbench. Это программа лидер международного рынка по разработке наиболее широко используемого в мире программного обеспечения для проектированиях схем. Компания обладает более чем 15-ти летним опытом по автоматизация проектирования электронных приборов и устройств и была одним из пионеров компьютерной разработки электроники. В настоящее время оборудование Electronics Workbench используется более чем на 180 тысячах рабочих мест. Программа имеет современный, ясный и занимательный интерфейс, позволяет в значительной степени повысить наглядность изучаемого и закрепляемого материала (рис.1). Несмотря на то, что интерфейс является англоязычным, программа легка в усвоении даже для самых слабых студентов. Программа Electronics Workbench позволяет изучать работу электронных устройств. Получение быстрого и наглядного результата значительно активизирует
деятельность студентов на занятиях, повышает их интерес к данным дисциплинам и компьютерным технологиям.
В настоящее время в рамках учебной программы по дисциплинам «Электроника и схемотехника разработаны девять лабораторных работ с помощью программы Electronics Workbench:
1) «Знакомство с работой программы Electronics WorkBench»
2) «Исследование полупроводниковых выпрямительных диодов»
3) «Исследование стабилитронов на ЭВМ»
4) «Исследование биполярного транзистора на ЭВМ»
5) «Исследование полевого транзистора на ЭВМ»
6) «Исследование электронных ключей на ЭВМ»
7) «Исследование триггера Шмитта на ЭВМ»
8) «Исследование автоколебательного мультивибратора на ЭВМ»
9) «Исследование ждущего мультивибратора на интегральных микросхемахна ЭВМ»
Основной целью этих работ является закрепление изученного на теоретических занятиях материала по соответствующей теме. В процессе выполнения лабораторной работы каждый студент собирает ту или иную электронную схему, содержащую цифровые устройства, индикаторы, измерительные устройства. В интерактивном режиме моделирования учащиеся изучают работу схемы, заполняют таблицы результатов работы в различных режимах, рисуют диаграммы.
Изучение педагогической литературы по данной проблеме позволяет отметить, что виртуальная информационно-образовательная лаборатория:
• используется как эффективный инструмент обучения, не заменяя при этом преподавателя в учебном процессе, обеспечивая для обучаемого свободу выбора темпа и траектории получения знаний с элементами самообучения и самоконтроля;
• соединяет в себе достоинства хорошего учебника с возможностями компьютера, что обеспечивается возможностью хранения больших объемов информации, наглядностью, сочетанием текстовой, графической, ауди- и видеоинформации.
С целью развития самостоятельной познавательной деятельности учащихся, повышения качества их знаний и формирования практических навыков, особенно в преподавании естественнонаучных дисциплин, усиливается роль лабораторных работ, основанных на самостоятельном проведении экспериментов, опытов с использованием приборов, инструментов и т.д. Лабораторные работы проводятся преимущественно в процессе изложения нового материала. Систематическое выполнение лабораторных работ развивает у учащихся способность мыслить, наблюдать, самостоятельно искать ответ на поставленный вопрос экспериментальным путем.
К основным достоинствам выполнения лабораторных заданий в условиях виртуальной лаборатории Electronics Workbench можно отнести:
• наглядную иллюстрацию;
• возможность самостоятельной сборки схем, расчета их параметров и наблюдения за процессами, происходящими, например, в электрических цепях;
• экономию времени на обработку полученных результатов и закрепление материала;
• обеспечение полной безопасности проводимых экспериментов;
• возможность индивидуального выполнения опытов, что не может не сказаться на развитии самостоятельности учащихся, их конструкторских способностей и технической смекалки;
• выполнение виртуальных лабораторных работ во время урока устраняет временной барьер между теоретическими и практическими занятиями, что способствует повышению эффективности и качества обучения, активизации познавательной деятельности учащихся.
Таким образом, использование виртуальных лабораторий, способствующее развитию самостоятельности учащихся, является неотъемлемой частью успеха в стратегии внедрения электронного образовательного компьютерного продукта.
Лабораторная работа №1 Тема работы: Знакомство с программой WorkBench.
Цель работы: знакомство с работой программы Electronics WorkBench. Задание 1. Ознакомиться с основными компонентами программы
Для операций с компонентами на общем поле Electronics Workbench
выделены две области: панель компонентов и поле компонентов (рис. 1. 1).
^ Electronics Workbench HE®
File Edit Urcuic Mnalysis vvjndow nelp ММеН
□ ^lialnbl ^МжНЮЫ giKII""^ Z2 j?} |t°HU|
Jd 1 W ^ * hS "f IT °ФТ Np P "У1 ra
Untitle с Ш Sources X Панель
® © <$><$> Ф H ■<§> Ws в Поле
Рабочее
и > 1
¡Ready Temp: 27
Рисунок 1.1 Окно программы Electronics Workbench
Панель компонентов состоит из пиктограмм полей компонентов, поле компонентов -из условных изображений компонентов. Щелчком мышью на одной из одиннадцати пиктограмм полей компонентов, расположенных на панели, можно открыть соответствующее поле. На рис. 1. 1 открыто поле
компонентов источников (Sources). Расположение элементов в полях ориентировано на частоту использования компонента. Для описания компонентов более логичным является разделение их по типам, чему мы будем следовать в дальнейшем, давая в каждом случае ссылку на поле, в котором расположен компонент. При работе может быть открыто только одно поле компонентов. Перейдем теперь к описанию имеющихся в программе компонентов. В библиотеки элементов программы Electronics Workbench входят аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые компоненты. Все компоненты можно условно разбить на следующие группы: • базовые компоненты, • источники, • линейные компоненты, • ключи, • нелинейные компоненты, • индикаторы, • логические компоненты, • узлы комбинационного типа, • узлы последовательного типа, • гибридные компоненты.
Источники (Sources):
заземление
Компонент «заземление» имеет нулевое напряжение и таким образом обеспечивает исходную точку для отсчета потенциалов. Не все схемы нуждаются в заземлении для моделирования. Однако, любая схема, содержащая: • операционный усилитель, • трансформатор, • управляемый источник, • осциллограф, должна быть обязательно заземлена, иначе приборы не будут производить измерения или их показания окажутся неправильными.
генератор тактовых импульсов Генератор вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов. Можно регулировать амплитуду импульсов, коэффициент заполнения (скважность) и частоту следования импульсов. Отсчет амплитуды импульсов генератора производится от вывода, противоположного выводу
Базовые компоненты (Basic):
соединяющий узел
Узел применяется для соединения проводников и создания контрольных точек. К каждому узлу может подсоединяться не более четырех проводников. После того, как схема собрана, можно вставить дополнительные узлы для подключения приборов.
?
источник сигнала «логическая единица» При помощи этого источника устанавливают уровень логической единицы в узле схемы.
ключ, управляемый клавишей (клавиша задается в Key)
Индикаторы (Indicators):
пробник логического уровня
Пробник определяет логический уровень (0 или 1) в конкретной точке схемы. Если исследуемая точка имеет уровень логической 1, индикатор загорается красным цветом. Уровень логического нуля свечением не отмечается. На вкладке Choose Prob в меню Component Properties можно изменить цвет свечения пробника.
Логические элементы (Logic Gates):
логическое НЕ
Элемент логическое НЕ или инвертор изменяет состояние входного сигнала на противоположное. Уровень логической 1 появляется на его выходе, когда на входе не 1, и наоборот. Таблица истинности:
Вход Выход
0 1
1 0
логическое И
Элемент И реализует функцию логического умножения. Уровень логической 1 на его выходе появляется в случае, когда на один и на другой вход подается уровень логической единицы. Таблица истинности:
Вход Вход Выход
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
логическое ИЛИ
Элемент ИЛИ реализует функцию логического сложения. Уровень логической 1 на его выходе появляется в случае, когда на один или на другой вход подается уровень логической единицы. Таблица истинности
Вход Вход Выход
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1
исключающее ИЛИ
Двоичное число на выходе элемента исключающее ИЛИ является младшим разрядом суммы двоичных чисел на его входах. Таблица истинности:
Вход Вход Выход
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0
элемент И-НЕ
Элемент И-НЕ реализует функцию логического умножения с последующей инверсией результата. Он представляется моделью из последовательно включенных элементов И и НЕ. Таблица истинности элемента получается из таблицы истинности элемента И путем инверсии результата. Эквивалентная модель элемента: Таблица истинности:
Вход Вход Выход
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
элемент ИЛИ-НЕ
Элемент ИЛИ-НЕ реализует функцию логического сложения с последующей инверсией результата. Он представляется моделью из последовательно включенных элементов ИЛИ и НЕ. Его таблица истинности получается из таблицы истинности элемента ИЛИ путем инверсии результата. Таблица истинности:
Вход Вход Выход
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0
иск шэщее ИЛИ-НЕ Данный элемент реализует функцию "исключающее ИЛИ" с последующей инверсией результата. Он представляется моделью из двух последовательно соединенных элементов: исключающее ИЛИ и НЕ. Таблица истинности:
Вход Вход Выход
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1
Инструменты (Instruments):
coco
логический преобразователь Служит для исследования логических схем, можно производить анализ логических схем: строить таблицы истинности и получать логические выражения. С его помощью можно также производить синтез логических схем, т.е. по таблице истинности получить логическое выражения, а затем схему.
Задание: составить схему (рис. 1.2). В последующих схемах заменить элементы и проверить таблицы истинности.
Рис. 1.2. Схема подключения элемента
