Практика на лабораторных стендах как метод подготовки студентов

Лабораторная практика является неотъемлемой частью образовательного процесса студентов технических специальностей в профессиональных учебных заведениях. В Политехническом колледже

Новгородского государственного университета студенты технических специальностей проходят лабораторную практику по следующим техническим дисциплинам:

• >    основы электротехники и электроники;

• >    электротехника и электропривод;

• >    пневмоприводы и автоматика;

• >    пневмоприводы и электро-пневмоавтоматика.

Использование студентами лабораторного оборудования на занятиях закрепляет знания, полученные в ходе теоретической подготовки. Развитие этих знаний, навыков и умений будет способствовать дальнейшей профессиональной адаптации и профессиональному росту.

В Политехническом колледже Новгородского государственного университета применяют интерактивный лабораторный стенд «Промышленная автоматика ЭЦиОЭ4-СКМ», а также стенды «Основы электротехники и электроники», «Пневмоприводы и электропневмоавтоматика» всего в количестве 9 штук, которые применяются для обеспечения работы на практических практикумах по техническим дисциплинам. Стенды изготавливаются фирмой ООО «Лабстенд», «ЛАБСИС. Лабораторные системы. Производство учебного оборудования». Стенды работают на процессоре, интегрирующем следующие модули:

• >    модуль функционального генератора;

• >    блок программируемого логического контроллера;

• >    блок компьютерного управления и регистрации данных

• >    модуль питания, модуль ввода/вывода.

Модули ввода/вывода измеряют напряжение, частоту и ток в электрических цепях и отображают формы сигналов на ПК. ПК дополняет испытательный стенд, собирая и обрабатывая данные с модулей, а также формируя графики и формы сигналов. Он также выполняет функции устройства управления. Комплект испытательного стенда включает в себя следующее:

• >    Комплект модулей;

• >    Сборочная плата;

• >    Комплект мини-экспериментальных модулей;

• >    ПК;

• >    Программное обеспечение;

• >    Лабораторный стол;

• >    Компьютерный стол;

• >    Шнур питания и соединительные кабели;

• >    Техническое руководство;

• >    Руководство по лабораторной работе.

Стенды позволяют студентам изучать такие предметы электротехники, как электрические цепи постоянного тока, электрические цепи переменного тока и основы электроники.

Испытательные стенды также могут быть использованы для:

• >    проверки принципа действия рабочих характеристик однофазных трансформаторов;

• >    исследования электрических цепей постоянного и переменного тока с параллельным, последовательным и смешанным соединением элементов;

• >    исследования переходных процессов в цепях и разрядов конденсаторов в цепях R-L;

• >    исследования полупроводниковых элементов в электро-цепях.

Каждый стенд содержит различные мини-модули для проведения экспериментов. Например, установка «Электрические цепи и основы электроники» содержит следующие мини-модули:

• У    модуль «Генератор функций» позволяет изменять форму напряжения и частоту, а также плавно увеличивать или уменьшать напряжение в цепи;

• У    модуль «Ваттметр» используется для измерения физических величин, таких как фазовый угол, полная мощность, активная и реактивная мощность, коэффициент мощности и частота;

• У    модуль «Вход/Выход» предназначен для вывода электрических характеристик на компьютер. Этот модуль может использоваться для отображения осциллограмм и зависимостей в электрических цепях.

В модуль «мультиметров» интегрированы 2 цифровых мультиметра фирмы « Mastech » MY 68 и UNI - T UN 33 A для измерения напряжения, сопротивления, «прозвонки» цепей, не извлекая и не изменяя схему соединения проводов в процессе выполнения лабораторных работ [1].

Измерительный модуль оснащен аналоговым миллиамперметром и аналоговым вольтметром и предназначен для обучения студентов навыкам работы с аналоговой измерительной аппаратурой [5].

Одним из основных модулей стенда является модуль «Электропитание», который содержит сетевой коммутатор и трехфазный источник постоянного напряжения с регулировкой напряжения [1].

Связь с персональным компьютером осуществляется с помощью интерфейса «USB-B»–«USB».

Перечисленные составляющие и возможности лабораторных стендов могут быть использованы при изучении дисциплин:

• У    основы электротехники и электроники;

• У    электротехника и электропривод;

• У    пневмоприводы и автоматика;

• У    пневмоприводы и электро-пневмоавтоматика.

Данные стенды используются на лабораторных занятиях по дисциплине «Теоретические основы электротехники» обучающимися по образовательной программе «Слесарь по контрольно-измерительным приборам» направления подготовки 18494 Профессиональное обучение (по отраслям) [8].

Количество экспериментальных работ, проведенных на этих стендах, было следующим:

• >    «электрические цепи постоянного тока» — 5 [6];

• >    «электрические цепи переменного тока» — 9 [2];

• >    «основы электроники» — 12;

• >    «пневмоприводы и автоматика» — 19;

• >    «пневмоприводы и электро-пневмоавтоматика» — 21;

В зависимости от отраслевой специализации и направления подготовки на данных стендах будут представлены соответствующие разделы экспериментальных работ.

К настоящему времени экспериментальные работы проходили по направлениям «Теоретические основы электротехники», «Электротехника и электропривод», «Пневмоприводы и автоматика», «Пневмоприводы и электро-пневмоавтоматика» по двум разделам: «Электрические цепи постоянного тока» и «Электрические цепи переменного тока». По направлению «Пневмоприводы и электро-пневмоавтоматика» необходимо разработать новое методическое обеспечение экспериментальных работ, которые стенды позволяют сделать.

По результатам экспериментов, проведённых в течение семестра, можно сделать следующие выводы:

• 1 .    Все эксперименты были рассчитаны на проведение в течение одного учебного часа (2 часа). Это время позволило студентам ознакомиться с

• 2 .    Во время практического занятия группам из 18-27 студентов будет поручено выполнение одного лабораторного задания (2 часа). В связи с ограниченным пространством в аудитории и количеством рабочих мест, группы будут разделены на две подгруппы для эффективного использования рабочих мест. На одном рабочем месте будет работать не более 2-3 студентов.

• 3 .    Методический документ, прилагаемый к стенду, будет содержать такую информацию, как цель работы, оборудование, необходимое для успешного завершения экспериментальной работы, этапы экспериментальной работы, содержание отчета об экспериментальной работе и проблемы, связанные с экспериментальной работой.

экспериментальным оборудованием и его характеристиками, проанализировать эксперименты и повторить материал лекций.

По окончании лабораторного практикума были получены как положительные, так и отрицательные отзывы:

Положительные отзывы включают:

• >    схемы в руководящих документах понятны, а сами стенды легко собираются;

• >    сами стенды легко освоить;

• >    эти стенды можно использовать для сборки и других электрических цепей. Такие навыки сборки цепей необходимы для получения опыта в будущих профессиональных областях;

• >    стенды очень надежны и безопасны. [4]

Недостатки:

• >    приведенные в руководстве лабораторные работы недостаточно полно раскрывают суть лабораторной работы и не способствуют приобретению глубоких знаний, навыков и умений в данной области;

• >    имеются большие расхождения между измерениями внутренних минимодулей и измерениями идентичных модулей;

• >    приведенные в руководстве электрические схемы не всегда соответствуют порядку выполнения лабораторных работ;

• >    в руководстве не всегда приведены формулы, необходимые для расчета тех или иных величин.

С помощью ПО стенды позволяют вести дистанционное управление при помощи удалённого компьютера. В комплекте поставки лабораторных стендов входит ПО « Delta Profi ». Данная программа имеет открытый исходный код программирования, что позволяет создавать новые лабораторные работы и редактировать уже существующие. Для удалённого управления можно использовать ПО, поставляемое в комплекте с лабораторными стендами. Для выполнения лабораторных работ на каждом стенде нужен как минимум один персональный компьютер.

Дистанционное управление стендами с помощью программного обеспечения не всегда можно использовать для выполнения лабораторных работ, так как для измерений разных характеристик, требуется замена мини-модулей на самом стенде, а это невозможно без участия обучающихся.

В заключение можно сказать, что данные стенды могут помочь в проведении исследований по отдельным направлениям, связанным с электротехникой, но для повышения качества экспериментальных работ необходимо самостоятельно разрабатывать методические указания по экспериментальным работам и исследуемым электрическим цепям.

Данные стенды идеально подходят для базовой подготовки студентов по направлению «Слесарь по контрольно-измерительным приборам» направление 18494 Профессиональное обучение (по отраслям) в высших и средних учебных заведениях. Они вооружают студентов навыками сборки электрических цепей, анализа экспериментальных методов и разработки новых лабораторных методик.