Универсальная программно-аппаратная платформа автоматизированной обучающей системы на новых принципах построения | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 18 июля, печатный экземпляр отправим 22 июля.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №48 (286) ноябрь 2019 г.

Дата публикации: 29.11.2019

Статья просмотрена: 85 раз

Библиографическое описание:

Метальников, А. М. Универсальная программно-аппаратная платформа автоматизированной обучающей системы на новых принципах построения / А. М. Метальников, О. В. Карпанин, М. С. Чайкин. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 48 (286). — С. 66-68. — URL: https://moluch.ru/archive/286/64479/ (дата обращения: 05.07.2020).



В статье дается описание автоматизированной обучающей системы на основе лабораторных стендов с применением современных образовательных технологий. Показывается организация на уровне подсистем. Приводятся программное и ресурсное обеспечение, а также аппаратная часть системы.

Ключевые слова: автоматизированные измерения, автоматизированный лабораторный стенд, обучающая система, адаптивное программно-методическое обеспечение.

Предложение на рынке учебной техники автоматизированного лабораторного оборудования различными компаниями постоянно растет. Однако следует отметить, что, несмотря на потенциально широкие возможности автоматизации исследований, в настоящее время при проектировании таких стендов ведущие мировые и отечественные разработчики ограничиваются автоматизацией измерений, обработкой первичных измерительных данных и отображением результатов на экране монитора в графическом и табличном виде [1].

На кафедре «Нано- и микроэлектроника» Пензенского государственного университета более двадцати лет ведется разработка автоматизированных стендов для лабораторного практикума по материалам и элементам электронной техники [2]. Накопленный за это время опыт в создании аппаратного, программного и методического обеспечения автоматизированных лабораторных стендов позволяет коллективу разработчиков данного проекта несколько шире взглянуть на задачу автоматизации лабораторного эксперимента в учебном процессе.

На основе автоматизированного лабораторного стенда при определенной методической проработке можно создать многофункциональную автоматизированную обучающую систему (АОС), интегрирующую в рамках единого подхода современные образовательные технологии. Адаптивное программно-методическое обеспечение такой системы позволит на основе имеющейся инструментальной базы реализовать принципы многоуровневости и многонаправленности исследований при выполнении лабораторного практикума с учетом текущих знаний, направления и профиля подготовки обучаемого. Уровневый подход заключается в выполнении лабораторной работы на разном уровне сложности с точки зрения постановки цели и трудоемкости ее достижения для пользователей с разным уровнем подготовки: школьник, бакалавр, магистр, аспирант. Направленность исследований при выполнении лабораторных работ заключается в учете специфики подготовки специалиста по тому или иному научно-техническому направлению, связанной с расстановкой акцентов на те или иные вопросы процесса исследования, свойств объектов, особенностей изучаемых явлений: материалы электронной техники, физика приборов и структур, теория электрических цепей, схемотехника, измерительная техника и т. д.

Все подсистемы АОС можно разделить на две основные группы — пользовательские подсистемы и подсистемы администрирования.

Подсистемы работы с пользователем:

− Подсистема регистрации и идентификации пользователя;

− Подсистема обучения работе в системе;

− Подсистема тестирования знаний пользователя на этапе подготовки к работе и по результатам выполненной работы;

− Справочная подсистема;

− Подсистема измерений и обработки результатов;

− Подсистема оформления результатов работы и разработки отчета.

Подсистемы администрирования:

− Подсистема конфигурирования АОС;

− Подсистема мониторинга;

− Подсистема калибровки.

На уровне модулей программное и ресурсное обеспечение АОС можно разделить на три основные части:

– сервер измерительной системы;

– клиентское приложение;

– база данных и ресурсы системы.

Сервер измерительной системы — это программа, которая реализует все функции подсистемы измерений, связанные с управлением аппаратными средствами АОС при измерении параметров объекта исследований по запросу клиента, а также предварительную обработку первичных данных и передачу результатов клиенту. В сервере реализуются также функции подсистемы калибровки. Управляющие воздействия могут приниматься дистанционно от подключившегося клиента по протоколу TCP/IP.

Клиентское приложение — это основной программный модуль системы, отвечающий за реализацию функций всех подсистем АОС, интерфейс пользователя, управление ресурсами системы и обмен данными с другими программными модулями. Работу в АОС можно выполнять без применения аппаратной части и сервера измерительной системы, используя ранее полученные и сохраненные в базе данных пользователя результаты измерений. Имеется стек коммуникаций по TCP/IP протоколу.

База данных и ресурсное обеспечение АОС — это хранилище всей информации, необходимой пользователю для работы в системе. Вся информация структурирована по различным признакам и хранится в отдельных файлах, файлах базы данных и библиотечных модулях.

Обобщенная структурная схема аппаратной части АОС представлена на рис. 1. Это структура простой автоматизированной измерительной системы на базе персонального компьютера массового применения. Для подключения измерительной части к персональному компьютеру используется интерфейс USB, к аппаратным и программным ресурсам компьютера не предъявляется особых требований. Могут применяться обычные компьютеры, которые имеются в образовательных учреждениях. Программное обеспечение АОС может работать в среде операционных систем Windows XP, Windows 7, Windows 8/8.1, Windows 10.

Безымянный

Рис. 1. Обобщенная структурная схема аппаратной части АОС

Объектом исследований является образец материала, прибор, физический процесс или явление. Свойствами объекта исследований и реализованным методом измерений определяются характеристики аналоговых преобразователей измерительных сигналов и источников воздействия. Такие характеристики контроллера, как количество каналов аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, их быстродействие и разрядность, количество каналов цифрового ввода/вывода определяются сложностью выполняемых измерений.

Преобразователи, источники воздействий, контроллер конструктивно размещаются в одном приборном корпусе — измерительном блоке (ИБ). Объект исследований либо непосредственно подключается к прибору, либо устанавливается в какое-либо внешнее приспособление или устройство, подключаемое к ИБ. Когда это возможно, пользователю дается право подключать собственные образцы для исследований.

Наличие только автоматизированных средств измерений и методики проведения измерений для выполнения лабораторного практикума является далеко недостаточным. Комплексно решить проблемы лабораторного практикума можно в рамках автоматизированной обучающей системы, для которой на данном этапе сформулированы принципы построения и разработана архитектура на уровне подсистем. Полученные результаты положены в основу разработки автоматизированной обучающей системы для подготовки специалистов, бакалавров, магистров в области материалов и элементов электронной техники.

Литература:

  1. Евдокимов Ю. К., Линдваль В. Р., Щербаков Г. И. LabVIEW для радиоинженера: от виртуальной модели до реального прибора. Практическое руководство для работы в программной среде LabVIEW. — М.: ДМК, 2007. — 400 с.
  2. Печерская Е. А., Соловьев В. А., Вареник Ю. А., Карпанин О. В. Методология научных исследований материалов нано- и микроэлектроники: модели предметной области: Учеб. пособие под ред. д-ра техн. наук, проф. Р. М. Печерской. Пенза, Изд-во ПГУ 2012 г. — 154 с.
Основные термины (генерируются автоматически): лабораторный практикум, TCP, электронная техника, ресурсное обеспечение, измерительная система, аппаратная часть, автоматизированная обучающая система, автоматизированный лабораторный стенд, адаптивное программно-методическое обеспечение, клиентское приложение.


Ключевые слова

обучающая система, автоматизированные измерения, автоматизированный лабораторный стенд, адаптивное программно-методическое обеспечение

Похожие статьи

Аппаратные и программные средства систем реального времени

Статья посвящена автоматизированным системам управления реального времени, их аппаратным и программным средствам. Ключевые слова: автоматизированные системы управления, системы реального времени, аппаратные средства, программные средства.

Программно-аппаратные средства защиты... | Молодой ученый

Программно-аппаратные средства защиты автоматизированных систем от несанкционированного доступа.

Поэтому помимо организации информационной защиты вычислительной техники от НСД в целом, как минимум, необходимо организовать все меры...

Электронный учебно-методического комплекс как средство...

− предварительного проектирования учебного процесса, методического его обеспечения

Электронный учебно-методический комплекс в сущности представляет собой

Программно-планирующий блок состоит из Федерального государственного образовательного...

Методы исследования систем охлаждения | Статья в журнале...

В известных системах автоматизированного проектирования достаточно, таких как: ANSYS

Таким образом, для полномасштабного исследования систем охлаждения необходимо

6. Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования...

Организация программно-аппаратной системы по...

Развертывание программно-аппаратной системы для обучающихся с ОВЗ, относящихся к

В автоматизированное рабочее место будут входить аппаратные средства в соответствии с

Медова Н. А. Методические рекомендации по работе с книгами, предоставленными фондом...

Применение возможностей виртуальных лабораторий в учебном...

 программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты

 доступ к ресурсному обеспечению лаборатории на основе интернет-ориентированного подхода

Применение виртуальных программно-аппаратных комплексов будет содействовать в...

Программно-аппаратный комплекс (ПАК) для исследования...

Программно - аппаратный комплекс для исследования динамических и вибрационных

Еще одной особенностью является использование лабораторного комплекса для регистрации

Базовое программное обеспечение динамометра STD 201-2, который входит в программно...

Использование виртуальных лабораторий – фактор повышения...

Лабораторный стенд для отладки периферийных схем... Физический стенд представляет собой печатную плату с наличием портов ввода/вывода и.

Микропроцессорная техника обеспечила эффективное использование программируемых средств в структуре электронных систем.

Электронный учебно-методический комплекс как компонент...

Программно-техническое обеспечение, используемое для создания ЭУМК, может быть разнообразным, это определяется возможностями и задачами, реализуемыми преподавателем в содержательной части ЭУМК. Наиболее распространенные в силу простоты это Microsoft...

Похожие статьи

Аппаратные и программные средства систем реального времени

Статья посвящена автоматизированным системам управления реального времени, их аппаратным и программным средствам. Ключевые слова: автоматизированные системы управления, системы реального времени, аппаратные средства, программные средства.

Программно-аппаратные средства защиты... | Молодой ученый

Программно-аппаратные средства защиты автоматизированных систем от несанкционированного доступа.

Поэтому помимо организации информационной защиты вычислительной техники от НСД в целом, как минимум, необходимо организовать все меры...

Электронный учебно-методического комплекс как средство...

− предварительного проектирования учебного процесса, методического его обеспечения

Электронный учебно-методический комплекс в сущности представляет собой

Программно-планирующий блок состоит из Федерального государственного образовательного...

Методы исследования систем охлаждения | Статья в журнале...

В известных системах автоматизированного проектирования достаточно, таких как: ANSYS

Таким образом, для полномасштабного исследования систем охлаждения необходимо

6. Горячев Н. В. Информационно-измерительный лабораторный комплекс исследования...

Организация программно-аппаратной системы по...

Развертывание программно-аппаратной системы для обучающихся с ОВЗ, относящихся к

В автоматизированное рабочее место будут входить аппаратные средства в соответствии с

Медова Н. А. Методические рекомендации по работе с книгами, предоставленными фондом...

Применение возможностей виртуальных лабораторий в учебном...

 программное обеспечение, позволяющее моделировать лабораторные опыты

 доступ к ресурсному обеспечению лаборатории на основе интернет-ориентированного подхода

Применение виртуальных программно-аппаратных комплексов будет содействовать в...

Программно-аппаратный комплекс (ПАК) для исследования...

Программно - аппаратный комплекс для исследования динамических и вибрационных

Еще одной особенностью является использование лабораторного комплекса для регистрации

Базовое программное обеспечение динамометра STD 201-2, который входит в программно...

Использование виртуальных лабораторий – фактор повышения...

Лабораторный стенд для отладки периферийных схем... Физический стенд представляет собой печатную плату с наличием портов ввода/вывода и.

Микропроцессорная техника обеспечила эффективное использование программируемых средств в структуре электронных систем.

Электронный учебно-методический комплекс как компонент...

Программно-техническое обеспечение, используемое для создания ЭУМК, может быть разнообразным, это определяется возможностями и задачами, реализуемыми преподавателем в содержательной части ЭУМК. Наиболее распространенные в силу простоты это Microsoft...

Задать вопрос