Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Технология машиностроения. Моделирование и специализированные пакеты программ. Учебное пособие для СПО
.pdf
ǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚ
ǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎǛǜǔǩǖǝǛǗǟnjǞnjǢǔǔ
ǞǑǡǙǚǗǚǏǔǣǑǝǖǔǡǘnjǤǔǙǔǚǍǚǜǟǐǚǎnjǙǔǫ
ǛǜǚǘǧǤǗǑǙǙǧǡǛǜǑǐǛǜǔǫǞǔǕ
ǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǎǔǜǞǟnjǗǨǙǧǡǞǜǑǙnjǒǑǜǚǎ
ǔǔǡǩǗǑǘǑǙǞǚǎǐǗǫǛǜǔǎǔǞǔǫǙnjǎǧǖǚǎǜnjǍǚǞǧ
ǎǜǑnjǗǨǙǧǡǛǜǚǔǓǎǚǐǝǞǎǑǙǙǧǡǟǝǗǚǎǔǫǡ
Одним из важнейших условий разработки конкурентоспособных образцов и эффективного функционирования технологического оборудования на любом предприятии, в том числе
пищевой и перерабатывающей отраслях, является наличие
квалифицированного персонала.
Качество разработки такого оборудования в значительной
степени зависит от умения разработчиков пользоваться современными компьютерными технологиями, в частности теми,
о которых говорилось выше.
Не менее, а быть может даже более важным является
правильная эксплуатация современного технологического оборудования. Решение этой задачи требует периодической переподготовки персонала и его тренинга, в том числе и в условиях
нестандартных ситуаций, что часто связано с существенными
затратами на дополнительное экспериментальное оборудование
и непроизводительное расходование разнообразных ресурсов.
Тренинг значительно упрощается, если, используя современные компьютерные технологии, смоделировать необходимый
-241-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
технологический процесс или технологическое оборудование
и работать с «виртуальным образом» такого объекта.
Возможности реализации виртуального тренинга могут
быть обеспечены при использовании пакета прикладных программ Adobe Flash Profeschional CS 5–6.
С внедрением компьютерных технологий в образовательный процесс возникли различные направления по разработке
систем моделирования и виртуального воспроизведения изучаемых физических процессов, в частности с целью замены,
дублирования или синтеза новых экспериментальных стендов. Особое место среди таких объектов заняли те, создание
и обслуживание которых требует значительных финансовых
и трудовых затрат. На сегодняшний день существует множество подобных программных комплексов, представляющих собой
виртуальные лаборатории, в основном специализирующиеся на
определенных направлениях отдельных дисциплин.
Современный пакет Adobe Flash Profeschional CS 5–6
корпорации Adobe — это мощное средство для создания
и программного управления векторными изображениями любых
графических объектов, анимационного воспроизведения физических и иных процессов, а также реализующих их аппаратов,
в том числе оснащенных соответствующими измерительными
приборами и средствами управления ими.
Анимационных возможностей программы вполне хватает
для визуализации любого динамического процесса, а встроенная среда объектно-ориентированного программирования
ActionScript 3.0 позволяет при этом обеспечить достаточную
точность воспроизведения физических параметров объектов
и реализовать самую взыскательную интерактивность общения
пользователя с виртуальной лабораторной установкой. Имеющаяся возможность просматривать фрагменты flash-ролика
в увеличенном масштабе без ухудшения качества изображения
позволяет повышать точность регистрации показаний измерительных приборов, что является дополнительным достоинством
воспроизведения лабораторных процессов в описываемой среде.
-242-
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǮǴǼǾǿǬǷȈǹȇȁǾǼDZǹǬDzDZǼǺǮǴǴȁȉǷDZǸDZǹǾǺǮ
К числу безусловных достоинств пакета относится то, что
Flash-ролики виртуальных лабораторных работ с расширением
swf имеют малый вес (20–30 Кбайт). Это обстоятельство позволяет с успехом использовать их как в рамках кейс-вариантов
для тренинга персонала непосредственно на производстве, так
и в условиях значительного удаления обучаемых, т.е. рамках
сетевых технологий дистанционного обучения.
Безопасность общения, с точки зрения получения недостоверных результатов измерений из-за нарушения алгоритма
выполнения работы, может быть обеспечена тщательно продуманной очередностью выполнения определенных операций
и инструментом приведения лабораторной установки в исходное состояние, воспользоваться которым можно в любой момент.
Важным является и тот факт, что файлы swf, в отличие,
например, от исполняемых файлов exe, достаточно трудно разрушить или взломать.
При реализации тренингового практикума на базе Adobe
Flash Profeschional CS 5–6 есть несколько путей преодоления
ситуации возможного негативного влияния пользователя на
процесс воспроизведения. Во-первых, с помощью определенных
тегов HTML можно запрещать вывод контекстного меню плеера, что нужно делать, однако не всегда. Во-вторых, программа
Adobe Flash Profeschional CS 5–6 концептуально позволяет
спроектировать и изготовить ролик с виртуальным тренингом так, что он будет состоять из одного единственного кадра,
и тогда команды плеера не смогут нарушить ни порядок воспроизведения, ни целостность самого ролика. В таком случае соответствующие команды контекстного меню плеера оказываются
вообще недоступными. Поэтому разработанный виртуальный
тренинг, тестирующие программы к нему и теоретическое сопровождение целесообразно собирать в одном (первом) кадре
главной временной шкалы соответствующего ролика. Необходимая анимация и интерактивность ролика обеспечиваются
при этом за счет использования внедренных объектов (клипов,
кнопок, блоков динамического текста и др.) и управлением их
-243-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
характеристиками и поведением при помощи методов объектно-ориентированного программирования Action Script 3.
Изложенное выше позволяет разработать комплекс виртуальных тренингов для изучения процессов транспортировки
жидкости и газов в условиях производств пищевого профиля
с моделированием некоторых нештатных ситуаций (например,
сброса излишков давления из ресивера).
В качестве примера приведем базовый кадр из виртуального тренинга для изучения процесса течения газа по трубе
переменного сечения, например, в каналах системы кондиционирования воздуха (сопло Лаваля) — рис. 4.1. Последующие
кадры реализации работы позволяют студенту устанавливать
в ресивере некоторое постоянное давление и «по щелчку» мыши
раскрыть увеличенное изображение самого сопла с точками
подсоединения магистралей от соответствующих манометров.
Рис. 4.1. Базовый кадр ролика виртуального тренинга
Далее строятся графики распределения давления по длине
конфузорной и диффузорной частей сопла. Координаты точек
присоединения магистралей к различным точкам сечения сопла
-244-
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǮǴǼǾǿǬǷȈǹȇȁǾǼDZǹǬDzDZǼǺǮǴǴȁȉǷDZǸDZǹǾǺǮ
замеряются обучаемым размещенным в кадре мерительным
инструментом.
Имеющийся опыт использования предлагаемого варианта
реализации виртуального тренинга поднимает проблему «интеллектуально-образовательной экономики»: как обеспечить
визуализацию гидроаэромеханических процессов, не теряя
качества получаемых знаний. Выполнив виртуальный тренинг,
можно получить определенные представления о процессах, происходящих в сопле Лаваля или, например, о задаче обтекания
профиля произвольной формы, не имея в своем распоряжении
«маленькой» аэродинамической трубы. Судить о достоверности
воспроизводимого процесса, однако, трудно, не сравнив их при
моделировании с результатами, полученными в натурных испытаниях.
Резюмируя изложенное, следует сделать вывод о том, что
любые подходы к использованию моделирования для визуализации изучаемого процесса должны быть строго согласованы
с научной корректностью его представления.
Методы и инструментарий так же, как и платформы, на
которых информационные технологии реализованы в образовательном процессе, в настоящее время достаточно разнообразны.
Их выбор тесно связан с решаемыми проблемами. Информационные технологии, реализованные в виде виртуальных
лабораторных работ, являются незаменимым инструментом
для моделирования ситуаций в отсутствии возможности их
реального воссоздания. Использование их в образовательном
процессе развивает творческое мышление, повышает мотивацию к изучению предмета, формирует исследовательскую
культуру студентов. Они идеально подходят для обеспечения
научно-исследовательской работы в вузах. Использование виртуальных работ решает не только финансовые проблемы учебного учреждения по приобретению приборной базы и реактивов,
но и обеспечивает безопасность экспериментов с потенциально
опасными объектами. Все разработки при этом ориентированы
на индивидуальную работу студентов и содержат методические
-245-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
материалы, дающие возможность их использовать в реальном
учебном процессе. Виртуальные лабораторные работы используются в большинстве образовательных учреждений в России,
а их варианты на других языках являются лидирующими электронными ресурсами за рубежом.
Необходимость применения информационных технологий
не только при создании нового оборудования, но и в образовательном процессе для подготовки специалистов самых разных
направлений сегодня не вызывает сомнений практически ни
у кого. Вместе с тем, очевидно, что подготовка специалистов
гуманитарных специальностей и технических специалистов
требует своей специфики. Исследования затронутых проблем
проводятся во многих учебных заведениях, как в нашей стране,
так и за рубежом. Определенные трудности такие исследования
вызывают у направления подготовки специалистов, у которых
в учебном плане недостаточно времени отведено традиционной
информатике.
Авторы более 10 лет посвятили разработке и внедрению
в образовательный процесс виртуальных лабораторий. С января
2008 г., когда был создан Координационный центр по созданию,
внедрению и распространению виртуальных лабораторных
работ и виртуальных стендов в соответствии с решением Руководящего совета межвузовских комплексных работ «Инновационные технологии образования» при Минобрнауки России,
каждый год проводятся весенняя и осенняя школы по обмену
опытом и проведению мастер-классов в этой области.
В рамках такого сотрудничества выполнены терминалы
с удаленным доступом для Балтийского военно-морского института (http://www.labrabru.narod.ru/kfbvmi/), Поволжского
филиала МИИТ (http://www.labrab.ru/pfmiit/), Белгородс-
кой сельскохозяйственной академии (http://www.labrab.ru/
bgsha/), Камчатского государственного технического университета (http://www.labrab.ru/KamchatGTU/) и других образовательных учреждений [4, с. 2; 5, с.14; 6, с.8].
-246-
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǮǴǼǾǿǬǷȈǹȇȁǾǼDZǹǬDzDZǼǺǮǴǴȁȉǷDZǸDZǹǾǺǮ
Разработки нашего коллектива базируются на пакете прикладных программ Adobe Flach CS3–5.
Накопленный опыт разработки и эксплуатации виртуальных практикумов позволяет сделать некоторые выводы о том,
когда, с точки зрения повышения качества образования, их
можно использовать, а когда не нужно [7, с. 3; 4, с. 86; 9,с. 8].
На первых курсах происходит так называемое «выравнивание» знаний, систематизация полученных сведений в школе
с усилением некоторых акцентов, характерных для выбранной
конкретным вузом предметной области. Как правило, на этом
этапе курсами для использования виртуальных практикумов
становятся прикладная механика и физика [10, с. 3;11, с. 8; 12, с. 4].
Ниже на рис. 4.2 и 4.3 приведены возможные варианты таких работ.
Рис. 4.2. Растяжение стального образца
Рис. 4.3. Измерение разности уровней в сообщающихся сосудах
-247-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
Обработка многократно проделанных опытов с определением математического ожидания и дисперсии закрепляет
у студента основные понятия о физических характеристиках
твердых и жидких сред и законов их изменения.
В рамках изучения общепрофессиональных дисциплин также уместно использование виртуальных практикумов на стадии
передачи им сведений об объектах, с которыми им в дальнейшем
придется иметь дело, но в более специфических условиях. Например, нагрузкам по значениям близким к эксплуатационным.
Рис. 4.4. Исследование режима псевдоожижения при сушке кофе
На рис. 4.4 приведен кадр виртуального практикума другого
типа. Не смотря на то, что он предназначен для изучения процессов тепломассобмена в достаточно распространенных условиях
контакта твердого тела с газовой средой, при изучении, так называемого псевдоожиженного, кипящего или фонтанирующего
слоя его вряд ли можно рекомендовать для изучения каких то
фундаментальных положений без наличия в распоряжении
преподавателя реальной установки реализующей этот эффект.
Допущения или пренебрежение некоторыми из краевых условий, соответствующих аналитических постановок отдельных
специфических задач, может повлечь за собой значительные
расхождения в теоретических и экспериментальных результа-
-248-
ǔǽǻǺǷȈdzǺǮǬǹǴDZǮǴǼǾǿǬǷȈǹȇȁǾǼDZǹǬDzDZǼǺǮǴǴȁȉǷDZǸDZǹǾǺǮ
тах, а у студента сформировать ложную слишком упрощенную
схемы реально происходящих процессов. Компромисс может
быть найден при прохождении производственной практики
студентом с использованием одной из таких установок [13, с. 12;
14, с. 8].
Кроме того, можно выделить две характерные тенденции,
которым следуют процессы информатизации образовательного
процесса.
Первую из этих тенденций можно условно назвать «глобальная информатизация». Суть ее состоит в том, что некая
инициативная группа преподавателей используя одну из
платформ, реализует в ней, например, определенный контрольно-измерительный материал, как средство тренировки
студентов перед экзаменом или зачетом. Первоначально это
делается для одной из конкретных дисциплин. Убедившись
в педагогической эффективности выполненных разработок, эта
же группа (по собственной инициативе, по просьбе коллег или
на договорных условиях) продолжает свою деятельность для
той же дисциплины, но для другой образовательной программы
и, может быть, другого вуза. С течением времени в сферу интересов этой группы могут попасть информационные разработки
и другого назначения: компьютерные учебники, виртуальные
лабораторные практикумы и др. Достоинством такого подхода
является сравнительное постоянство членов группы и их глубокое владение предметом, обеспечивающее высокое качество
электронного контента [15, с. 6; 16, с. 21].
Вместе с тем с точки зрения, например, дистанционного
обучения которое, как и все остальные формы обучения, структурируется в виде целого набора образовательных дисциплин,
такой подход вряд ли приемлем, поскольку не позволяет ни
одну из образовательных программ реализовать полностью дистанционно. Кроме того, при реализации различных дисциплин
на разных платформах (при наличии разных групп разработчиков) студенту дополнительно приходится осваивать различные
интерфейсы, что может и не входить в его профессиональную
-249-
ǏǗnjǎnjǔǝǛǚǗǨǓǚǎnjǙǔǑǔǙǠǚǜǘnjǢǔǚǙǙǚǘnjǞǑǘnjǞǔǣǑǝǖǔǡǝǜǑǐǝǞǎ
ориентированность в рамках выбранной образовательной
программы. Целесообразно опробовать и вторую из тенденций
информатизации образовательного процесса, которую можно
условно назвать «локальная информатизация». Инициативная группа одной из выпускающих кафедр, в состав которой
обязательно должен входить профессиональный программист,
выбирает в качестве платформы для компьютерного моделирования некоторый пакет и делает попытку разработать серию
виртуальных практикумов по всем курсам направления. В этом
случае становится возможным говорить о полном переходе на
дистанционную форму обучения, оставляя пока открытой тему
поблочной, семестровой или годовой защиты полученных знаний [17, с. 3; 18, с. 2].
Обобщая накопленный опыт, можно рекомендовать следующую последовательность выполнения виртуальных лабораторных работ по тем дисциплинам, по которым принято решение
о их методической целесообразности.
Выполнение виртуальных лабораторных работ может производиться по общей схеме, изображенной на рис. 4.5.
Рис. 4.5. Примерный порядок выполнения виртуальной
лабораторной работы
-250-
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]