КОМПЬЮТЕР В СОСТАВЕ ЛАБОРАТОРНОГО ПРАКТИКУМА ПО ФИЗИКИ. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ИНТЕРФЕЙСЫ

Введение 3
Глава I. Обзор современных цифровых лабораторий (ЦЛ) для учебного физического эксперимента 5
1. Что такое ЦЛ 5
2. Наиболее распространенные бренды ЦЛ и их сравнительные
характеристики 6
2.1 ЦЛ Relab 6
2.2 ЦЛ Архимед 3.0.: Физика 7
2.3 ЦЛ einstein LabMate+ 9
2.4 ЦЛ ЛабДиск Физика 10
2.5 ЦЛ L-микро 12
Глава II. Самодельные датчики для физических измерений 14
1. Программирование и калибровка аналоговых устройств для ЦЛ 14
1.1 Калибровка устройства 17
1.1.1 Внешняя калибровка 17
1.1.2 Внутренняя калибровка 18
1.2 Создание типового измерительного приложения 18
1.2.1 Элементы управления вводом-выводом 18
1.2.2 Создание VISA приложения 19
1.3 Пример создание программы 19
2. Изготовление датчиков для совместной работы с компьютером под
управлением комплекса “LabView” 23
2.1 Цифровой термометр с подключением через COM-порт 23
2.2 Вольтметр на основе AVR микроконтроллера 26
2.3 Датчик Холла на основе микроконтроллера Arduino 30
Глава III. Учебный физический эксперимент с использованием самодельного
оборудования для ЦЛ 36
Изучение фазового перехода плавления 36
Заключение 40
Источники 41

Купить

Более двух десятков лет в педагогическом сообществе России обсуждается внедрение компьютерных технологий в процесс обучения физики и другим естественным наукам. В последнее время на рынке появился целый спектр систем автоматизированного сбора и обработки данных, иначе говоря - цифровых лабораторий. У каждой из них есть свои достоинства и недостатки. Выбор преподавателем того или иного комплекса диктуется его предпочтениями и финансовыми возможностями учреждения. В начале нулевых годов на рынок России зашла американская компания "National Instruments" (NI) с программно-аппаратным комплексом "LabView". Данная система приобрела большую популярность, и начался процесс активного внедрения ее компонентов как в промышленность, так и в систему подготовки научных, инженерных и педагогических кадров. В настоящее время работает серьезная программа поддержки освоения продуктов NI как на федеральном, так и на региональных уровнях. Иногда темпы развертывания и вовлечения людей в программы освоения цифровых лабораторий принимало характер кампании в худших проявлениях. Поэтому существует угроза качеству подготовки профессионалов в инженерии и точных науках в замене реального учебного эксперимента в пользу его моделирования или виртуализации.
Использования систем автоматизированного сбора данных, условно, можно разделить на три уровня: промышленный (инженерия), научно - исследовательский и образовательный (подготовка профессиональных кадров).
Стоит подробнее рассмотреть образовательный уровень. Будущий физик-исследователь и просто учитель физики несомненно должны обладать всеми навыками планирования, постановки эксперимента и обработки его результатов. На уровне прививания этих навыков будущему специалисту, использование автоматизированных систем контроля эксперимента должно сводиться к минимуму. Иначе имеет место опасность воспитания потребителя ''формальных инструкций'' - студента, выполняющего пошаговые рекомендации и слабо понимающего суть исследуемого явления. Ведь за него до занятия все сделал преподаватель (учитель), а во время занятия - компьютер. Поэтому очень важно, чтобы обучающийся имел возможность ознакомиться с ''классическими'' способами, разобрался с тонкостями измерений и обработки результатов, а лишь затем оценил помощь компьютерных систем, но лишь как послесловие к работе проделанной своими руками.
Особое внимание следует обратить на получившее широкое распространение явления полной ''виртуализации'' физического эксперимента. В этом случае обучающемуся вообще не предлагается работа на реальной установке, а лишь компьютерная программа с простым интерфейсом, работа которой основана на теоретических представлениях создателя об исследуемом явлении. При этом исключается участие обучаемого в процессе настройки установки, наблюдения, у студента нет возможности проявить свой талант или смекалку. Всё-таки виртуальный эксперимент оправдан лишь тогда, когда нет абсолютно никакой возможности поставить эксперимент реальный. Некоторые педагоги находят достоинства виртуального эксперимента над реальным. То, что называют достоинствами виртуализации в процессе обучения, являются в действительности ее недостатками (простота, наглядность и пр.). Студент, изучающий физику, должен столкнуться с реальным миром учебного и научного эксперимента. Именно поэтому дистанционное обучение точным наукам обречено на провал. Из дистанционных технологий при изучении точных наук можно использовать лишь некоторые их элементы. Исключением, которое следует активно обсуждать, является работа с людьми с ограниченными возможностями. В этом случае компьютер может обеспечить, например, мультимедийную поддержку обучающемуся при работе на экспериментальной установке.
В представленной работе рассматриваются виды и способы создания измерительного оборудования для совместно использования с технологиями NI, а так же пример лабораторной работы с компромиссным использованием цифровых технологий на основе комплекса LabView.
Задачи:
• изучить технологии проектирования самодельных датчиков автоматизированного сбора данных;
• освоить принципы создания программного обеспечения для самодельных датчиков.

Купить