XII Konferencja Uniwersytet Wirtualny VU2012 M o d e l N a r z ę d z i a P r a k t y k a Andrzej ŻYŁAWSKI Warszawska Wyższa Szkoła Informatyki Marcin GODZIEMBA-MALISZEWSKI Instytut Technologii Eksploatacji Państwowy Instytut Badawczy
Geneza Założenia merytoryczne i techniczne do budowy symulatorów programowych Tematyka opracowanych ćwiczeń Przykłady wybranych ćwiczeń Podsumowanie 2/29
Symulatory programowe z dziedziny fizyki, elektrotechniki i elektroniki opracowane zostały w ramach projektu: "Z teorią w praktyce - program rozwoju oferty dydaktycznej WWSI we współpracy z pracodawcami" realizowanego przez Warszawską Wyższą Szkołę Informatyki. Zestaw ćwiczeń obejmuje reprezentatywne działy: Fizyka: kinematyka, dynamika, termodynamika, optyka Elektrotechnika: przepływ prądu Elektronika: elementy elektryczne i elektronicznych 3/29
Opracowanie i udostępnienie spójnego pakietu symulatorów programowych wspomagających proces nauczania Odwzorowanie eksperymentu z wykorzystaniem modelu matematycznego bądź na podstawie zbioru wyników pomiarów. Umożliwienie nauki na błędach. Realizacja zaplanowanego przyrostu kompetencji Opracowanie i udostępnienie scenariuszy prowadzenia ćwiczeń będących jednocześnie instrukcją i protokołem z wykonania ćwiczenia przez studenta Opracowanie i udostępnienie prezentacji będącej instrukcją dla prowadzącego 4/29
Modułowa budowa aplikacji: fasada aplikacji: organizuje dostęp do poszczególnych przyrządów wirtualnych realizujących konkretne badania oraz wyświetla niezbędne informacje o ćwiczeniu wirtualne przyrządy pomiarowe: dynamicznie ładowane przyrządy pomiarowe realizujące konkretne badania w ramach ćwiczenia Wykorzystanie pakietu oprogramowania LabVIEW do wykonania symulatorów Możliwość umieszczenia Wirtualnego przyrządu pomiarowego na stronie WWW Możliwość późniejszej integracji z systemem LMS 5/29
6/29
Spójny interfejs Dynamicznie ładowane wirtualne przyrządy pomiarowe Konfiguracja aplikacji w oparciu dane zawarte w plikach XML lub binarnych (możliwość pobierania danych z bazy danych lub systemu LMS) Dynamicznie ładowany scenariusz ćwiczenia Możliwość pobrania danych o użytkowniku za pośrednictwem usługi sieciowej Możliwość wysłania informacji o przebiegu ćwiczenia do systemu LMS za pośrednictwem usługi sieciowej 7/29
Rzut poziomy, pionowy i ukośny Równia pochyła Wahadło fizyczne Prawa gazowe Przewodnictwo cieplne metali Podstawowe zagadnienia optyki 8/29
Prawo Ohma i pomiar rezystancji Badanie praw Kirchhoffa Badanie całkującego i różniczkującego układu RC Badanie układów RLC 9/29
Badanie diody półprzewodnikowej Badanie tranzystora bipolarnego Badanie tranzystora unipolarnego Badanie wzmacniacza operacyjnego Prawo Ohma i pomiar rezystancji 10/29
11/29
1. Pomiary napięcia i natężenia prądu płynącego w obwodzie dla zadanych rezystancji 2. Pomiary rezystancji 3. Badanie termistora 4. Szeregowe łączenie rezystorów 5. Równoległe łączenie rezystorów 12/29
Celem ćwiczenia jest przedstawienie prawa Ohma oraz pokazanie zależności pomiędzy prądem a napięciem w liniowym obwodzie prądu stałego. 13/29
Celem ćwiczenia jest przedstawienie prawa Ohma oraz pokazanie zależności pomiędzy prądem a napięciem w liniowym obwodzie prądu stałego. 14/29
Celem ćwiczenia jest poznanie typowych metod pośrednich pomiaru rezystancji elementów liniowych o małej i dużej oporności oraz źródeł błędu i ich korekcja w tych pomiarach. Pomiary są wykonywane w wariantach układów pomiarowych służących do pośredniego pomiaru rezystancji opierających się na wykorzystaniu prawa Ohma. Układ poprawnie mierzonego prądu Układ poprawnie mierzonego napięcia 15/29
Konfiguracja symulacji 16/29
17/29
18/29
19/29
20/29
21/29
1. Wykorzystując metodę techniczną pomiaru rezystancji wyznaczyć charakterystyki termistora: Zależność rezystancji od napięcia zasilania (R=f(U)) dla kilku wybranych temperatur. Zależność rezystancji od temperatury(r=f(t)) przy stałym napięciu zasilania dla kilku wybranych temperatur i napięć zasilających. Na podstawie zebranych wyników sporządzić wykresy U=f(R) lub R=f(U), R=f(T) oraz ln(r)=f(t) 22/29
23/29
24/29
1. Zbadać zależność okresu drgań wahadła w zależności od jego masy dla małych (<5 ), średnich (10-15 ) i dużych wychyleń (>20 ) 2. Zbadać zależność okresu drgań wahadła w zależności od kąta wychylenia dla kilku wybranych mas 3. zbadać zależność okresu drgań wahadła w zależności od długości wahadła dla małych (<5 ), średnich (10-15 ) i dużych wychyleń (>15 ) 4. Wyznaczyć krzywą obrazującą stosunek okresu drgań własnych do okresu drgań wahadła fizycznego w zależności od kąta wychylenia 25/29
26/29
27/29
28/29
Eksperyment symulacyjny umożliwia obserwacje zachowania się modeli realnych obiektów lub zjawisk w rzeczywistości wirtualnej, stworzonej za pomocą programu komputerowego co ułatwia przyswajanie i zapamiętywanie wiedzy przez słuchaczy Ćwiczenia laboratoryjne z wykorzystaniem symulatorów programowych są pakietami wspomagającymi nauczanie podstaw fizyki, elektrotechniki i elektroniki w szkołach średnich jak i na uczelniach wyższych Eksperyment symulacyjny można wielokrotnie powtarzać, zmieniając za każdym razem parametry oraz obserwować i analizować wpływ tych zmian na przebieg zjawiska umożliwiając naukę na błędach i samokontrolę stopnia zrozumienia i opanowania materiału dydaktycznego przez słuchacza 29/29
Andrzej Żyławski andrzej.zylawski@wwsi.edu.pl Marcin Godziemba-Maliszewski marcin.godziemba-maliszewski@itee.radom.pl