1.Постановка задачи

Тенденция использования виртуальных компьютерных технологий в образовании благодаря созданию виртуальных измерительных приборов распространилась и на лабораторный практикум.

Выполнение лабораторных работ является важным педагогическим приемом в преподавании естественнонаучных дисциплин. Манипулирование материальными объектами помогает развить у студента ассоциативные связи, необходимые для глубокого понимания изучаемого предмета, способствует связи абстрактного и предметного мышления, необходимых для успешного овладения выбранной специальностью. [1-2].

Виртуальные приборы имеют большую гибкость, позволяя конструировать и перенастраивать их интерфейс, комбинировать их с другими приборами, одновременно с измерениями проводить обработку результатов (в виде графиков, диаграмм, таблиц, файлов, элементов баз данных). Измерения могут происходить в распределенных системах, объекты, измерений, обработки и сохранения данных могут быть значительно отдалены друг от друга [1 -2].

Проанализировав литературу, посвященную применению Lab VIEW в естественнонаучном образовании, получим следующую классификацию:

1) При работе с реальными приборами:

а) работа при удаленном доступе (дистанционное управление);

б) индивидуальная работа с прибором;

2) Работа с виртуальными приборами:

а) прием и обработка данных реального прибора посредством VI;

б) виртуальный лабораторный стенд;

в) виртуальная лабораторная работа.

Необходимость создания виртуальной работы «Изучение магнитных свойств ферромагнетиков. Петля гистерезиса», обусловлена тем что натурный эксперимент требует на этапе предварительной подготовки, больших временных и энергетических затрат, связанных с подготовкой образца к исследованию путем циклического перемагничивания. Виртуальный эксперимент также позволяет увеличить количество опытных образцов и расширить диапазон измеряемых величин.

2. Описание решения

Ход построения петли гистерезиса это сложный процесс было решено создать идеализированную модель петли гистерезиса. Процесс создания виртуальной лабораторно работы разбитна три этапа:

I. Разработка ВП в программном пакете Maple.

II. Программирование уже созданного ВП в программном пакете Lab VIEW.

III. Создание методического пособия для ВП.

На первом этапе методом подбора и анализа определили функцию, с помощью которой можно построить петлю гистерезиса (Рис.1). Это фактически готовый ВП, но работа в программном пакете Maple предполагает достаточную математическую базу и умение программировать. Чтобы обеспечить большую наглядность ВП перенесем моделирование в программный пакет Lab VIEW, где передняя панель (пользователя) позволяет имитировать параметры натурного прибора с регулировочными ручками, тумблерами и т.д.

рис.7

Переносим подобранную функцию в программный пакет Lab VIEW. Рассмотрим переднюю панель прибора (Рис.2):

1) ручка изменения направления магнитного поля (Knob);

2) шкала напряженности магнитного поля А\м (Meter);

3) ручка регулировки напряженности магнитного поля (Dial);

4) ручка регулировки масштабной шкалы напряженности магнитного поля (Knob);

5) шкала зависимости магнитной индукции от напряженности магнитного поля «Датчик»(Gauge);

6) тумблер включения и выключения экспериментальной установки (Horizontal Toggle Switch);

7) элемент «приема данных» (Digital Indicator);

8) элемент «приема данных» (Digital Indicator);

9) элемент «приема данных» (Digital Indicator); Блок-диаграмма ВП содержит (Рис.3):

10) петля по условию (While loop);

11) формульный узел (Formula Node);

12) «сдвиговый регистр» (Case);

13) константа на панели блок-диаграммы (Numeric Constant);

14) терминал приема данных (Meter Terminal);

15) терминал приема данных (Digital Indicator Terminal);

16) терминал «Датчик»(Gauge Terminal);

17) узел-функция «сложение» и «деления» (Add Multiply Function, Divide Function).

На блок-диаграмме создаем петлю по условию (10), в которую помещаем два формульных узла (11), один из которых содержит функцию построения петли, второй предназначен для подбора входящих данных «сдвиговый регистр» (12), содержит три различных подпрограммы. Это обусловлено тем, что построение петли строится в три этапа: начальное, обратное, прямое.

Установим входящие (1, 3, 4) и исходящие (2, 5, 7, 8, 9) параметры на передней панели, одновременно данные параметры отобразятся на блок-диаграмме (14, 15, 16). С помощью инструмента «катушка» соединим параметры с формульными узлами и «Сдвиговыми регистрами».

Для удобства пользователя каждый Label входящих и исходящих параметров на передней панели подписан.

На третьем этапе создается методическое пособие, которое сдержит цель работы, задачи, теорию, описание установки, ход работы, контрольные вопросы.

По таблицам строим график Рис.4. определяя по графикам остаточную намагниченности и коэрцитивную силу и пользуясь таблицами, приведенными в теоретической части, делаем вывод, что опытным образцом является Магнико Н_с =40000 А/м;В_T,=1,23 Тл

Таблица№1

Рис.4

Создание лабораторного практикума, опирающегося на виртуальные измерительные приборы, среду визуального программирования, результаты схемотехнического моделирования, фиксация практикума в электронном виде, таким образом, предполагает создание электронного образовательного ресурса.

3. Используемое оборудование и ПО

ПК с установленным пакетом Lab View.

4. Внедрение и развитие решения

Лабораторная работа была успешно апробирована в лабораториях кафедры общей физика физико-математического факультета Томского государственного педагогического университета. Возможность повторного и регулярного использования виртуальных лабораторных работ в учебном процессе, а также тиражирования позволяет повышать его эффективность, адаптируемость к различным технологиям обучения, в том числе с учетом степени подготовленности студента.

Список литературы

1. Тревис Дж. LabVIEW для всех/Пер.с англ. Клушин Н.А. - М.: ДМК Пресс; ПриборКомплект,2004. - 544с

2. http://www.ni.com/dataacquisition/usb

3. Лобода Ю.О. Компьютерное моделирование и разработка инновационного физического эксперимента в учебном процессе педагогического вуза// Материалы международной конференции (XXVII научно-методическая конференция КемГУ) «Инновационные процессы в образовании»(1-2 февраля 2006). - Кемерово, 2006. -С.341-346.