ЭкологияОбразоватДеятельности / МатериалыПрактЗанятий / ЭкОбрДеят_Пр 16 / notv2009_book_1
.pdf
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
приемной комиссией спецификация. Спецификация по истории включает 30 заданий.
В основу подготовки заданий была заложена двухмерная матрица: деление материала по хронологии и историческим проблемам: социальноэкономическое, политическое развитие, внешняя политика, культура. Были определены четыре вида тестовых заданий: закрытые с формулировкой вопроса и четырьмя вариантами ответа, среди которых один единственно правильный; открытые, предполагающие дополнение формулировки; задания на упорядочения или правильную хронологическую последовательность; на установление содержательного и смыслового соответствия между элементами информации в двух колонках.
Формирование БТЗ по истории – это сложный и трудоемкий процесс. Работа над базой была начата в 2004 г. и продолжается до сего дня. БТЗ нуждается не только в наполнении, но и серьезной корректировке после каждого этапа проведенных бланковых и компьютерных экзаменов.
Компьютерное тестирование по истории в сравнении с бланковым (письменным) проявило ряд особенностей. К нулю сведен субъективный фактор при оценке результатов, поскольку все ответы оцениваются компьютером по заготовленному ключу. Было минимизировано время на проведение экзамена: 30 заданий за 90 минут. При этом каждый абитуриент получает уникальный вариант экзаменационного билета, сформированный путем случайной выборки тестовых заданий в соответствии со спецификацией.
Важную роль в подготовительной работе играет формирование шкалы оценки. Высший результат на экзамене – 10 баллов, а оценки за отдельные задания варьировались от 0,2 до 0,6 балла. Оценку абитуриент получал сразу после окончания работы. Абитуриенты, несогласные с оценкой, могли подать апелляцию на несколько заданий, которые компьютер оценил как неправильно решенные. Экспертная комиссия, проанализировав апелляции, принимала решение. Общая доля удовлетворенных апелляций оказалась в пределах среднестатистической нормы.
Статистические итоги компьютерного экзамена по истории России оказались в соответствии с поставленными задачами. Средний балл составил 4,6 – 4,7 балла. Распределение результатов оказалось близким к нормальному
– большая часть оценок приблизилась к среднеарифметическому показателю. Эксперимент с внедрением компьютерного тестирования в УГТУ-УПИ проводился в русле политики Федерального Агентства по образованию как этап на пути перехода к ЕГЭ. Имеющийся опыт УГТУ – УПИ показывает, что компьютерные экзамены в переходный период являлись наиболее перспективной формой проведения вступительных испытаний и могли бы служить обоснованной альтернативой ЕГЭ и традиционным экзаменам. Одно из преимуществ такого подхода заключается в создании предпосылок для организации системы мониторинга знаний учащихся на всех этапах
образовательного процесса.
Секция 2
Пестов С.П., Мазеин П.Г.
КОМПЬЮТЕРНОЕ И ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ЦИКЛА ДИСЦИПЛИН «ОБОРУДОВАНИЕ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА»
psp@zb-susu.ru 634340@mail.ru
ГОУ ВПО "Южно-Уральский государственный университет", филиал в г. Златоусте г. Златоуст
Для повышения эффективности подготовки техников, бакалавров и специалистов машиностроительных специальностей при изучении цикла дисциплин «Оборудование машиностроительного производства» предлагается использовать интегрированный компьютерно-обучающий комплекс, включающий обучающий блок, блок лабораторного практикума, блок практических работ и блок тестирования знаний.
We propose to use integrated computer training package that includes training block, block laboratory workshop, block practical work and block testing skills to improve training of technicians, bachelors and professionals specialized in studying engineering disciplines cycle «MECHANICAL EQUIPMENT PRODUCTION».
Вобразовательных учреждениях высшего и среднего профессионального образования студентам, обучающимся по направлениям подготовки «Автоматизированные технологии и производства» и «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств» в учебные планы включают дисциплины, связанные с изучением современного оборудования или их разделами всё более широко внедряемым компьютеризованным машиностроительным производствам. Оборудование таких производств имеют в своём составе станки с ЧПУ, промышленные роботы, гибкие производственные системы, мехатронные системы и средства вычислительной техники с установленными CAD/CAM системами. В различных образовательных учреждениях такие учебные дисциплины включаются или в блок специальных дисциплин или в блок дисциплин, назначаемых по выбору учебного заведения. Эти дисциплины могут иметь, в соответствии с учебными планами заведений, различные названия, например такие: «Оборудование машиностроительного производства», «Оборудование автоматизированного производства», «Оборудование компьютеризованного производства», «Станки с ЧПУ и промышленные роботы», «Автоматизированные станочные системы и комплексы» и т.п. Указанные учебные дисциплины предполагают изучение современного оборудования машиностроительного производства и их можно отнести, в общем случае, к циклу дисциплин «Оборудование машиностроительного производства».
Внастоящее время осуществляется всеобщая компьютеризация обучения, внедряются дистанционные формы организации учебного
231
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
процесса, отмечается возрастающая роль самостоятельной работы студентов.
С другой стороны, отсутствуют полноценные учебно-методические пособия,
втом числе - компьютерные, для подготовки специалистов по широко внедряемым в машиностроении компьютерным производствам. Кроме того, в большинстве учебных заведений отсутствует лабораторное оборудование, позволяющее получать студентам знания и навыки по оборудованию современного машиностроительного производства. Таким образом, вопросы компьютерного и программно-технического обеспечения при изучении цикла дисциплин по оборудованию машиностроительного производства остаются актуальными. Решение указанных проблем может быть основано на разработке интегрированных компьютерно-обучающих комплексов.
Рассмотрим предлагаемый компьютерно-обучающий комплекс по курсу «Оборудование компьютеризованного производства». Применение разработанных подходов, а также компьютерных и программно-технических средств в рассматриваемом курсе можно использовать и для других учебных курсов или их разделов, скорректированных в соответствии с учебными планами и трудоёмкостью дисциплины.
Структура компьютерно-обучающего комплекса по курсу «Оборудование компьютеризованного производства» включает четыре обучающих блока и представлена на рис. 1.
Рис. 1. Структура компьютерно-обучающего комплекса
Блок 1. Компьютерно-обучающая программа.
Для создания компьютерно-обучающей программы по курсу «Оборудование компьютеризованного производства» в виде электронного учебного пособия выбран пакет создания мультимедийных приложений Macromedia Authorware 4. Алгоритм построения учебного курса с помощью Authorware включал следующие основные действия:
определение общей концепции курса, его целей и уровня обучаемости, который должен быть достигнут с его помощью;
разработка структуры курса и представление её в виде схемы курса;
Секция 2
наполнение содержанием основных страниц (обучающих кадров) курса;
создание дополнительных средств навигации между страницами курса;
публикация курса в форматах:.а4r и.exe.
Курс ориентирован на студентов четвёртого курса очной формы обучения и должен обеспечить формирование знаний основных понятий и терминов по данной дисциплине. В состав курса входит 10 тем (глав), разделенных на параграфы (пункты). Темы включают параграфы (вопросы для изучения). Каждому из параграфов в схеме курса соответствует отдельный обучающий кадр. Обучающие кадры содержат учебный материал в виде текста (в формате.txt) с возможностью скроллинга и рисунки. В состав обучающей программы помимо текста и рисунков для отдельных параграфов включены и видеофильмы соответствующей тематики.
Блок 2. Лабораторный практикум.
Данный блок включает выполнение студентами семи лабораторных работ по изучению мини- и малогабаритных токарных и фрезерных станков с компьютерным управлением, а также миниробота с техническим зрением и компьютерным управлением. Здесь студенты получают практические знания и навыки по устройству, программированию и эксплуатации мини- и малогабаритного оборудования с компьютерным управлением. При этом следует отметить, что для подготовки специалистов не имеют значения массогабаритные параметры оборудования, эффективность обучения определяется функциональностью оборудования. Применяемое современное учебно-лабораторное оборудование и программное обеспечение для его управления производится в Уральском филиале РНПО «Росучприбор» под руководством профессора, д.т.н. Мазеина П.Г. (кафедра «Станки и инструмент» Южно-Уральского ГУ).
Описание каждой лабораторной работы, кроме соответствующего материала информационно-обучающего характера, содержит методический материал: цель работы; порядок выполнения лабораторной работы; контрольные вопросы; содержание отчёта по лабораторной работе. В качестве примера ниже приведено оглавление учебного пособия по лабораторной работе «Изучение программы STEPPER CNC для компьютерного управления мини- и малогабаритными станками»:
1.Цель работы
2.Порядок выполнения лабораторной работы
3.Система координат станка и детали
4.Формат кадра в программе STEPPER CNC
5.Задание значений координат и параметров
6.Задание режимов обработки и параметров инструмента
7.Задание подготовительных функций
8.Задание вспомогательных функций
9.Формат файла управляющей программы
10.Примеры подготовки управляющей программы
233
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
11.Контрольные вопросы
12.Содержание отчёта по лабораторной работе
Блок 3. Практические работы.
Данный блок содержит практические работы по изучению методов технологического программирования в отечественной интегрированной системе ADEM. В этом блоке студенты овладевают теоретическими знаниями и практическими навыками по использованию модулей CAD/CAM автоматизированной системы ADEM при программировании токарных и фрезерных операций для мини- и малогабаритных станков с компьютерным управлением. Методическое обеспечение включает два учебных пособия по выполнению практических работ. Порядок выполнения практических работ следующий:
1.получить индивидуальное задание;
2.ознакомиться с интерфейсом CAD/CAM/CAPP системы ADEM;
3.изучить практический курс модуля ADEM CAD;
4.разработать геометрические модели заданных деталей в модуле ADEM CAD;
5.изучить практический курс модуля ADEM CAM;
6.подготовить в системе ADEM управляющие программы для заданного миниили малогабаритного станка;
7.смоделировать процесс обработки в системе ADEM;
8.смоделировать процесс обработки на имитаторе минималогабаритного станка;
9.подготовить и представить к защите отчёт по практическим работам. Блок 4. Тестирование.
Данный блок представляет собой компьютерную программу тестирования, т.е. проверки уровня знаний, полученных за время изучения курса «Оборудование компьютеризованного производства.
Разработанный компьютерно-обучающий комплекс позволяет студентам машиностроительных специальностей эффективно приобрести, на основе комплексного и системного подхода, базовые теоретические и практические знания по оборудованию широко внедряемым компьютеризованным производствам.
Предлагаемый компьютерно-обучающий комплекс по курсу «Оборудование компьютеризованного производства» применяется в учебном процессе филиалов г. Златоуста и г. Усть-Катава Южно-Уральского ГУ при подготовке специалистов по специальностям 220301 – «Автоматизация технологических процессов и производств» и 151001 – «Технология машиностроения». Материалы рассмотренного компьютерно-обучающего комплекса могут быть также использованы при разработке и других аналогичных курсов в системе высшего и среднего профессионального образования.
Секция 2
Понетаева Н.Х.
РАЗРАБОТКА УЧЕБНОГО КУРСА ИНЖЕНЕРНОЙ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ ДЛЯ БАКАЛАВРОВ
pnx@mail.ustu.ru
ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"
г. Екатеринбург
Курс разработан на основе системы Autodesk Inventor. Основное внимание уделено компьютерному геометрическому моделированию.
Изучение инженерной графики начинается с моделирования по аксонометрическому изображению геометрического тела. При выполнении темы «Рабочие чертежи деталей» детали являются реальными, студенты имеют возможность рассмотреть деталь, проанализировать форму, снять размеры, воспользовавшись штангенциркулем, определить шероховатость поверхности, сопоставив с эталонными значениями шероховатостей поверхностей. Заключительной работой является чтение чертежа общего вида, создание моделей составных нестандартных деталей и выполнение рабочих чертежей деталей по их геометрическим моделям, создание сборки.
Построение 3D модели сводится к предварительному созданию простых трехмерных элементов, объединяемых в объект операциями синтеза.
Проектируемая деталь в результате анализа разбивается на отдельные простые элементы. Трехмерные элементы создаются из двумерных эскизов путем их выдавливания, вращения, по сечениям, перемещением эскиза по траектории, использованием спирали или разбиением грани эскиза.
Создание твердотельного элемента начинается с создания его двумерного эскиза. После создания на эскиз накладываются ограничения и устанавливаются параметрические размеры. Далее к эскизу применяется одна из перечисленных операций создания трехмерного элемента.
В большинстве случаев эскиз создается с примерным указанием размеров его элементов (длин сторон, радиусов окружностей и дуг и т.д.), однако на эскиз накладываются требуемые ограничения (параллельность или перпендикулярность сторон, угол наклона одной из сторон, взаимозависимости между отдельными размерами). После уточнения размеров и ограничений выполняется автоматическое точное построение эскиза с учетом наложенных ограничений. При изменении некоторых размеров параметрической детали выполняется автоматическое изменение всех других размеров, связанных параметрическими зависимостями.
Проектирование сборки. В состав сборки входят разработанные детали. Существуют три метода создания сборок. При методе «снизу-вверх» сначала в отдельных файлах создаются детали, которые затем объединяются в файле сборки. При методе «сверху-вниз» сборка начинается с файла сборки. Соединенные в этом файле детали размещаются в отдельных файлах деталей. Гибридный метод создания сборок включает как метод «снизу-вверх» так и метод «сверху-вниз». Правильное расположение деталей в сборке и их
235
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
выравнивание осуществляется с помощью ограничений, накладываемых на компоненты сборки.
Возможности системы Autodesk Inventor позволяют создавать ортогональные виды, сечения и разрезы по созданной геометрической модели, извлекать размеры из модели, наносить недостающие размеры на чертеж, проставлять знаки шероховатости поверхностей.
В статье рассматривается пример создание геометрической модели детали, изготавливаемой механической обработкой, и выполнение рабочего чертежа детали по разработанной модели (рис. 1 – 3).
Рис. 1. Создание эскиза отверстия и выдавливание отверстия
Рис. 2. Выполнение конструктивных элементов отверстия и резьбы в отверстии
Рис.4. Рабочий чертеж и модель детали
Секция 2
Курс инженерной компьютерной графики позволяет вести преподавание на высоком уровне с использованием современных информационных технологий. Такое изложение курса инженерной графики способствует приобщению студентов к компьютерным технологиям и сквозной компьютеризации учебного процесса.
Проскуряков В.С., Соболев С.В.
ВИРТУАЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
vpros@mail.ru
ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"
г. Екатеринбург
Виртуальный лабораторный практикум обеспечивает идентичность визуального восприятия информации на экране монитора по отношению к физической лабораторной установке. Средствами пакета LabView обеспечивается широкий диапазон параметров элементов, разнообразие режимов работы исследуемых электрических цепей и электротехнических устройств.
Virtual laboratory training provides the identity of visual information perception on a screen of a monitor relatively to the physical experiment. LabView pack tools provide the wide parameters range of the elements, the diversity of the operating modes of an electrical circuits and electrical equipments to be investigated.
Важное место в системе обучения занимает лабораторный практикум. Изучение теоретического материала также сопровождается экспериментами. Проведение демонстрационных экспериментов способствует глубокому пониманию и лучшему усвоению учебного материала. Обязательность обеспечения дисциплины "Электротехника" лабораторным практикумом и практическими занятиями определена ФГОС ВПО.
Выполнение лабораторных работ позволяет приобрести практические навыки работы с электрооборудованием, способствует формированию общепрофессиональных и инструментальных компетентностей бакалавра.
Традиционная форма лабораторного практикума предполагает выполнение работ на лабораторных стендах с физическими моделями электрических цепей и электротехнических устройств. Однако проведение физических экспериментов и лабораторного практикума связано со сложностью и дороговизной современного лабораторного оборудования. В этой ситуации особое значение приобретает создание виртуальных лабораторных установок, которые удовлетворяют главному требованию: идентичности визуального восприятия по отношению к реальной физической лабораторной установке, и реализуются с помощью компьютерных средств.
237
Новые образовательные технологии в вузе – 2009
Виртуальные эксперименты на компьютере существенно дешевле, чем эксперименты с реальными устройствами. Кроме того, они позволяют использовать более широкий диапазон элементов и их параметров, обеспечивают большее разнообразие режимов работы исследуемых устройств. Виртуальная лабораторная установка позволяет моделировать ситуации, недопустимые в физических установках, например аварийные режимы работы оборудования, без материального ущерба. Виртуальные лабораторные стенды позволяют выполнять работы на неограниченном количестве рабочих мест без дополнительных затрат на создание лабораторных установок, что является существенным преимуществом в условиях вуза.
Поэтому разработка и использование виртуальных лабораторных практикумов является актуальной задачей, решение которой способствует большей эффективности учебного процесса.
Кафедрой ЭЭТС УГТУ-УПИ разрабатывается и внедряется комплекс виртуального лабораторного практикума по курсу электротехники. Программы (виртуальные лабораторные стенды) выполнены в среде графического программирования LabVIEW. Возможности этого пакета позволяют создавать на экране монитора образы объектов экспериментов, измерительных приборов, идентичные реальным физическим устройствам. Блок-схема и алгоритм работы виртуального лабораторного стенда моделирует поведение и процессы в реальных устройствах. В целом визуальное восприятие виртуальной лабораторной работы идентично восприятию реальной лабораторной работы на физическом оборудовании.
Например, общий вид разработанного виртуального лабораторного стенда «Электрические измерения в электрических цепях» показан на рис.1.
Цель работы: ознакомление с электроизмерительными приборами и их характеристиками, приобретение навыков их подключения и проведения измерений, оценка возможных погрешностей измерений.
Лицевая панель имитирует панель реального стенда и содержит несколько вкладок, на каждой из которых предложен один из вариантов схемы электрической цепи с включенными в нее измерительными приборами. В том числе некоторые из вариантов содержат типичные ошибки, допускаемые студентами.
Выбрав одну из схем, студент с помощью манипулятора «мышь» может включить источник электроэнергии, указав на выключатель, который при этом устанавливается во включенное состояние. С помощью мыши можно, поворачивая рукоятку регулятора на виртуальном стенде, установить желаемый режим работы электрической печи, которая является приемником электрической энергии. При этом обеспечивается визуальное восприятие работы устройства, плавным изменением температуры печи.
Секция 2
Рис.1. Виртуальная панель лабораторного практикума «Электрические измерения в электрических цепях»
Оперируя только мышью, студент может менять пределы измерения приборов, менять режим работы цепи, т.е. выполнять все те же операции, что и на физическом лабораторном оборудовании.
На рис. 2 показан общий вид виртуального лабораторного стенда для исследования процессов в цепи синусоидального тока.
Лабораторная панель содержит все типы характерных элементов электрической цепи: регулируемый источник электрической энергии, индуктивную катушку с ферромагнитным сердечником, реостат, батарею конденсаторов.
Методическая разработка вариантов исходных данных и параметров элементов виртуальной панели обеспечивают разнообразие режимов работы исследуемых устройств, вариантов индивидуальных заданий при выполнении учебного лабораторного практикума.
Органы управления и навигации виртуального практикума позволяют обращаться к методическим указаниям и рекомендациям, которые могут открываться в отдельном окне без потери основного окна.
Анимированные элементы виртуальной лабораторной панели позволяют управлять виртуальными устройствами с помощью манипулятора «мышь». При этом не требуется владения специальными прикладными программами. Достаточно лишь элементарных практических навыков пользователя ПК.
239