Компьютерные технологии в лабораторном практикуме

Прогресс в компьютерной технике за последние десять лет обусловил бурное развитие информационных технологий. Появились мощные компьютеры с огромными быстродействием и ресурсами памяти, специализированное программное обеспечение, сетевые технологии. Внедрение новых компьютерных информационных технологий в науку и производство находит свое отражение и в учебном процессе. Это машинные методы расчета объектов и явлений, численная обработка результатов измерений, компьютерные тренажеры по учебным дисциплинам, автоматизированный контроль знаний, обучающие компьютерные системы, имитационное моделирование лабораторных работ, тестирование, учет успеваемости и-обработка учебной документации.

Одним из новых направлений развития информационного обеспечения является внедрение в вузах сетей Интернет и Интранет. Появление телекоммуникационных сред не только меняет обеспечение традиционного обучения, но и порождает принципиально новые формы образовательно- го процесса, которые могут стать одновременно и массовыми, и дифференциальноиндивидуальными. Благодаря сетевым технологиям становится возможным освобождение в полной мере преподавателей от рутинной деятельности. Студенты получают дополнительные возможности для изучения учебной дисциплины вплоть до самостоятельного интерактивного дистанционного обучения. Компьютерное моделирование позволяет осуществлять технические эксперименты. Разумеется, все это достижимо лишь при наличии необходимой компьютерной базы и соответствующей квалификации. В настоящее время в Мордовском госуниверситете отсутствует внутривузовская компьютерная сеть (Интранет), что тормозит внедрение новых сетевых технологий в процесс обучения.

На кафедре ТОЭ ведутся работы по компьютерному моделированию лабораторных работ по курсу «Теоретические основы электротехники». На компьютерах проводятся работы, моделирующие физические явления, в основном по тем темам, по которым затруднена или невозможна

КЙЖВЙВ^^     № 4,2000 ^^^^^^^^

постановка традиционных лабораторных работ на физической модели. Назовем некоторые из них:

• -    переходные процессы в линейных и нелинейных электрических цепях;

• -    цепи с распределенными параметрами;

• -    резонанс в электрической цепи;

  -электрические и магнитные поля.

Компьютерная лабораторная работа, очевидно, должна содержать какие-то общие сведения об исследуемом процессе с необходимыми формулами и иллюстрациями, вопросы, помогающие подготовиться к работе, задание для выполнения работы, имитацию эксперимента и расчетную часть. Опыт проведения таких занятий показывает, что они способствуют лучшему усвоению физических закономерностей, так как позволяют провести более полный анализ благодаря варьированию исходных данных.

Большой эффект при создании компьютерных лабораторных работ дает применение визуального конструктора компьютерных программ «Сценарий», работающего под управлением операционной системы Windows. В работе со «Сценарием» задействована новая технология взаимодействия человека и компьютера, обеспечивающая использование конструктора различными категориями пользователей независимо от уровня их подготовки в области программирования, обладающая простой графической и текстовой средой, доступностью иудобством их использования, высокой производительностью разработки компьютерных программ.

Поскольку при разработке «Сценария» предполагалось, что он будет в основном применяться для создания электронных учебников, то его вычислительные возможности ограничены. Однако он имеет специальные элементы, которые позволяют под ключить внешние программы (файлы *.ехе и команды ДОС), подготовленные вне среды конструктора на любом алгоритмическом языке, и организовать их выполнение.

В качестве примера можно привести описание компьютерной лабораторной работы «Электростатическое поле двухпроводной линии». Средствами «Сценария» изображается схема линии, задаются ее параметры (напряжение между проводами, геометрические размеры, среда и ее диэлектрическая проницаемость). В качестве подготовки к работе предлагается вычислить положение электрических осей, емкость на единицу длины линии, линейную плотность заряда электрических осей, потенциалы проводов. При этом на экране приводятся соответствующие формулы. Напряжение между проводами задается преподавателем.

В разделе «Порядок выполнения работы» требуется построить эквипотенциальные линии электрического поля, линии с заданной разностью потенциалов, считая известными плотность зарядов, радиус провода и положение электрических осей. Расчет эквипотенциальных линий выполняется прикладной программой, которая запускается с экрана. После распечатки их на бумаге необходимо построить силовые линии (графическим способом), те. получить полную картину поля. Наконец, пользуясь полученной картиной поля, студенты должны определить максимальную напряженность и максимальную плотность зарядов на поверхности проводов.

Таким образом, при выполнении этой работы студенты небольшую часть расчетов делают «вручную», а большую их часть осуществляет программа. Выбор разумного соотношения «ручных» и машинных расчетов является одной из трудностей, возникающих при разработке компьютерных лабораторных работ.