CC BY
62
держанию, формам, методам и средствам. Авторы статьи смеют надеяться, что взгляды, высказанные в данной статье по вопросам проектирования нормативной и учебнопрограммной документации в вузе в контексте компетентностного подхода, организации работы ЦПК и ППК МГАУ по подготовке преподавателей к этой деятельности, вызовут понимание и конструктивную критику всех, кому не безразлично состояние дел в отечественной высшей школе и кто заинтересован в оптимальном решении проблем ее модернизации в соответствии с общеевропейскими стандартами качества при сохранении богатыхтрадиций российского образования.
Литература
1. Медведев В., Татур Ю. Подготовка преподавателя высшей школы: компетентност-
ный подход II Высшее образование в России. - 2007. - № 11.
2. См.: Байденко В. Компетенции в профес-
сиональном образовании (К освоению компетентностного подхода) II Высшее образование в России. - 2004. - № 11; Зеер Э.Ф., Павлова А.М., Симанюк Э.Э. Модернизация профессионального образования: компетентностный подход. - М., 2005; Зимняя И А. Ключевые компетенции - новая парадигма результата образования II Высшее образование сегодня. - 2002. - № 5; Хуторской А.В. Определение общепредметного содержания и ключевых компетенций как характеристика нового подхода к проектированию образовательных стандартов II Компетенции в образовании: опыт проектирования: Сб. науч. тр. - М., 2007.
3. Вишнякова С.М. Профессиональное обра-
зование: Словарь. Ключевые понятия, термины, актуальная лексика. - М., 1999.
И. МИНАЕВ, профессор А. ВОСТРУХИН, доцент Е. ВАХТИНА, доцент Д. УШКУР, ассистент Ставропольский государственный аграрный университет
Занимаясь подготовкой инженеров-элек-триков в Ставропольском государственном аграрном университете (СтГАУ), мы сталкиваемся с теми же проблемами модернизации технического образования, которые четко обозначены ректором МАДИ (ГТУ), членом-корреспонден-том РАН В.М. Приходько [1]. Одной из актуальных является подготовка будущих специалистов к продуктивной и инновационной деятельности в быстроизменяющих-ся условиях. Ее решение мы видим в организации опережающего обучения, при котором содержание профессионального образования и технология его реализации формируют у будущих специалистов зону ближайшего развития (Л.С. Выготский), позволяющую им не только адаптироваться и утвердиться в своей профессии, но и
Создание
лабораторной базы
опережающего
обучения
сформировать готовность к постоянному совершенствованию. Для этого в содержании инженерного образования акцент с достигнутого (актуального) уровня развития производства, науки и техники должен быть перенесен на перспективный (потенциальный), а педагогические технологии проектироваться с учетом постоянного обновления содержания.
Однако осуществление опережающего обучения, особенно его практической составляющей, сопряжено с такой трудностью, как непрерывно обновляющаяся номенклатура технических средств и инструментария, которая требует постоянного совершенствования лабораторной базы и разработки методик ее использования в образовательном процессе.
Получив реальную возможность обнов-
Навстречу международному симпозиуму 11
ления лабораторной базы (вуз стал одним из победителей в конкурсе инновационных проектов), все кафедры СтГАУ включились в процесс поиска эффективных способов вложения средств. Поделимся опытом кафедры автоматики, электроники и метрологии в решении этого вопроса.
Прежде всего, мы провели исследование рынка выпускаемого в России и странах СНГ лабораторного оборудования и убедились в том, что для таких дисциплин, как автоматика, электроника и измерительная техника, готового решения, удовлетворяющего поставленной задаче опережающего обучения, нет. Пришлось искать его самостоятельно. С этой целью проанализировали содержание дисциплин и методы обучения и соотнесли их с потребностями современного производства, достижениями науки и техники. Оказалось, что для блока рассматриваемых дисциплин характерны: 1) динамично развивающаяся элементная база, 2) методы обучения, базирующиеся на информационных технологиях, и 3) тесные междисциплинарные связи.
Первое. Содержание обучения по автоматике, электронике и измерительной технике должно быть наполнено сведениями о современных достижениях науки и техники, применяющихся в промышленных, аграрных и транспортных технологиях. Логика познания (преподавания) требует включения в содержание дисциплин информации о принципах действия и характеристиках новых компонентов и функциональных узлов, а также об элементах программирования, участвующих в выработке нового технического мышления при управлении современными измерительными приборами и системами. Обновление элементной базы происходит настолько быстро, что производство лабораторных стендов -монолитов с общим корпусом, встроенными приборами и источниками питания, рассчитанных на подготовку поколения специалистов, - оказалось нецелесообразным. Поэтому на современном рынке учебного оборудования образовался пробел - дефи-
цит лабораторных стендов по автоматике, электронике и измерительной технике, укомплектованных новыми компонентами и построенных по иерархическому принципу кибернетических систем.
Второе. Система образования должна активно осваивать и адаптировать к процессу обучения информационные технологии. Так, например, различные среды схемотехнического моделирования уже успешно вошли в образовательную практику многих вузов. Они позволяют моделировать различные электромагнитные явления и процессы, визуализируют их и существенно ускоряют математическую обработку. Поэтому включение компьютерного моделирования в лабораторные практикумы, курсовые и дипломные работы стало необходимым фактором развития современной системыобучения. На сегодняшний день во многих вузах России используются лабораторные платформы NI ELVIS (разработчик National Instruments) [2]. Процесс освоения технологий будет постоянным: чтобы готовить специалистов для передового производства, система образования должна у него учиться.
Третье. Тесные междисциплинарные связи в блоке «автоматика, электроника и измерительная техника» позволяют комплексно решать в процессе обучения задачи формирования профессиональных компетенций.
Эти соображения дают лишь общие ориентиры для дидактического проектирования лабораторной базы опережающего обучения. Они объясняют и отсутствие готового промышленного решения, что, кстати сказать, осознается не только преподавателями, но и производственниками. Поэтому первый из предложенных к обсуждению проектов был выработан в ходе взаимовыгодного сотрудничества с производителями аппаратных средств.
Выбирая технические средства для переоснащения лабораторий автоматики и электроники, мы остановились на продукции научно-производственного объединения «ОВЕН» (Москва), имеющего широ-
кую дилерскую сеть на территории России и стран СНГ и успешно внедряющего свои разработки за счет высокого качества и надежности, а также доступности цен и гибкой системы скидок. Существенным преимуществом НПО «ОВЕН» по сравнению с другими производителями является наличие программы поддержки вузов (бесплатная поставка оборудования), что сделало наш выбор окончательным.
При проектировании лабораторных стендов использован блочно-модульный подход, положительно зарекомендовавший себя в образовательной практике. Реализована следующая схема универсального лабораторного стенда (рис. 1).
Лабораторный стенд содержит модуль ввода аналоговый (МВА8), модуль вывода управляющий (МВУ8), программируемый логический контроллер (ПЛК-100), универсальный автоматический регулятор (ПИД-регулятор ТРМ151), блок питания (БП-15), эмулятор печи (ЭП-10). Кроме того, на каждом стенде установлены: блоки аналоговых датчиков (АД), блок дискретных датчиков (ДД), блок исполнительных механизмов (ИМ) и светодиодов для имитации срабатывания того или иного ИМ. Предусмотрена комплектация стендов более сложными моделями регуляторов, сигнализаторов и измерителей.
Для каждого стенда установлена компьютерная система, подключенная к локальной сети, и тепловой объект с элект-родвигательным ИМ, управляющим положением «задвижки».
Так как в лабораторных условиях трудно создавать потоки газа или жидкости для имитации технологического процесса, то роль «задвижки» вы-
полняет лабораторный автотрансформатор, управляющий нагревателем теплового объекта.
Помимо локальных систем управления предусмотрены два «удаленных» технологических процесса, которыми студенты могут управлять по сети стандарта RS-485 с каждого стенда (программное обеспечение - SCADA-система MasterSCADA OWEN PROCESS MANAGER).
Методическое обеспечение лабораторного стенда состоит из разработанных преподавателями кафедры рекомендаций по соблюдению правил безопасности, технологии выполнения лабораторных работ, тестов контроля знаний и предоставленных НПО «ОВЕН» руководств по эксплуатации приборов. Самостоятельное ознакомление с последними является для студентов обязательным; оно формирует навыки работы с технической документацией по эксплуатации новых технических средств.
Созданный лабораторный стенд позволяет студентам в процессе обучения выполнить полный объем экспериментальных работ, способствующих развитию следующих профессиональных компетенций:
• умение анализировать технологический процесс как объект управления;
Рис. 1. Структурная схема стенда по автоматике
Навстречу международному симпозиуму 13
• способность использовать информационные технологии при проектировании автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП);
• навык применения современных методов наладки АСУ ТП;
• готовность к участию в проектировании новой техники и технологии.
Положительный опыт сотрудничества с НПО «ОВЕН » явился основой для перспективных планов дальнейшей деятельности кафедры автоматики, электроники и метрологии (сотрудниками кафедры открыто ООО НПО «Электроимпульс», одним из направлений работы которого стал выпуск унифицированных лабораторных стендов по дисциплине «автоматика»).
В вузе реализуется и другой подход к созданию лабораторной базы опережающего обучения. Если в первом варианте использовались приборы и устройства НПО «ОВЕН », а техническое и дидактическое проектирование, монтаж и наладка осуществлялись сотрудниками кафедры, то во втором варианте в основу проектируемых лабораторных стендов легли запатентованные научные разработки преподавателей кафедры.
Известно, что в содержании блока дисциплин «автоматика, электроника и измерительная техника » ключевым звеном являются микропроцессорные системы (микроконтроллеры). Область их применения многогранна и охватывает информационноизмерительные системы и системы управления технологическими процессами, т.е. системы, реализующие основные информационные функции: сбор, хранение, обработку, передачу и использование информации. К ним относятся интеллектуальные датчики различного назначения, спутниковые навигационные системы, автомобильные системы управления, медицинская техника, автоматизированные системы управления различными объектами и процессами. Знание структуры, функциональных возможностей микроконтроллеров, методов и средств разработки устройств и сис-
тем на их основе является необходимым для каждого специалиста в области электроники, автоматики, вычислительной и измерительной техники [3].
Микроконтроллер представляет собой законченное устройство. Студенту остается выбрать наиболее подходящий, подключить к нему датчики, клавиатуру, индикатор, ключи и т.д., а также разработать программу. Наиболее сложная и трудоемкая часть микроконтроллерного устройства -это программа. Отсутствие учебно-методического обеспечения, ориентированного на подготовку студентов к программированию, существенно тормозит освоение микропроцессорных систем. Это проявляется в том, что в большинстве студенческих дипломных работ и даже в диссертационных исследованиях, затрагивающих области применения электроэнергии и содержащих разработки цифровых электронных устройств, отсутствуют микроконтроллеры, что существенно снижает качество этих работ. Поэтому первой задачей в создании лабораторной базы опережающего обучения была разработка учебного пособия «Введение в программирование микроконтроллера AVR на языке Ассемблера », оказывающего практическую помощь студентам и аспирантам в освоении процесса разработки программ для популярных микроконтроллеров семейства AVR. Эти устройства по соотношению цена/ производительность/ энергопотребление занимают лидирующее место на мировом рынке микроконтроллеров.
В пособии рассмотрены вопросы программирования типовых функций микропроцессорных систем управления (сбор, хранение, обработка, передача и использование информации), разработана система заданий для их отработки, приведены примеры выполнения каждого из видов заданий, а также тесты для контроля и самоконтроля.
Для отработки практических навыков программирования создан лабораторный стенд, в котором заложена возможность
реализации аналого-цифровых преобразователей нескольких распространенных типов, один из которых запатентован как изобретение. Лабораторный стенд спроектирован по принципу архитектуры ПК и состоит из двух модулей, структура которых аналогична и представлена на рис. 2.
Рис. 2. Структура модуля лабораторного стенда для изучения программирования типовых функций микропроцессорных систем
Функциональные возможности стенда позволяют разрабатывать ряд измерительных и преобразовательных устройств, в том числе аналого-цифровые преобразователи циклического, следящего и последовательных приближений. На стенде можно создавать: цифровые вольтметры и автоматические регуляторы, работающие от датчиков с аналоговым выходом в форме унифицированных сигналов напряжения или тока, а также от термопреобразователей сопротивления; частотомеры; генераторы прямоугольных импульсов; измерители временных параметров сигналов с широтно-импульсной модуляцией и т.п.
Например, если студент получает задание разработать программу для реализации генератора прямоугольных импульсов с заданной частотой их следования, то проверить работу этого генератора он может с помощью второго модуля, запрограммировав его на работу в качестве частотомера. Если студент получает задание разработать программу для реализации измерительного преобразователя, то второй модуль позволяет обрабатывать и выводить на индикатор значение измеряемой физической величины.
Таким образом, стенд предназначен для
многоцелевого применения в учебном процессе и научно-исследовательской работе; он относительно недорогой и достаточно универсальный, что обеспечивает максимальную эффективность его использования. Авторы готовы поделиться опытом с коллегами, проявившими интерес к нашей
работе.
Основной задачей совершенствования современной лабораторной базы является формирование наиболее эффективных условий для выработки у студен-
тов нового технического мышления, готовности к самостоятельному освоению нового и участию в его создании.
В работе по модернизации лабораторной базы был задействован организационный, проектировочный и научно-исследовательский потенциал ученых кафедры, в инновационную деятельность были вовлечены студенты и аспиранты, налажено взаимовыгодное сотрудничество со стратегическими партнерами - производителями новой техники.
Литература
1. См.: Инженерная педагогика: вызовы со-
временной эпохи (Интервью с В.М. Приходько и В.М. Жураковским) // Высшее образование в России. - 2008. - №4.
2. См.: Сепоян П.Р. Новые подходы в обуче-
нии студентов электротехническим дисциплинам на основе разработок компании National Instruments // Традиции и педагогические новации в электротехническом образовании (НИТЭ-2006): Материалы VII Международной научно-методической конференции. - Астрахань, 2006.
3. См.: Бродин В.Б., Шагурин И.И. Микро-
контроллеры. Архитектура, программирование, интерфейс. - М., 1999.
