Главной целью процесса развития информационного пространства колледжа является создание современной информационно-коммуникационной инфраструктуры, как единой системы информационного общества и развитие информационных технологий всех сфер и сторон жизни колледжа как важнейшего инструмента повышения эффективности обучения и воспитания студентов.

Одним из условий решения задач совершенствования образовательного процесса в колледже, улучшения качества подготовки специалистов является применение информационно-коммуникационной техники во всех сферах деятельности учебного заведения.

Внедрение новой концепции обучения, помещающей студента в центр образовательного процесса, превращает его из  пассивного слушателя в  активного участника учебного процесса. Этому способствует и уровень современной компьютерной техники и программного обеспечения.

Уровень развития информационных технологий, современные концепции образования, необходимость развития у студентов умения непрерывного самообразования на всем протяжении жизни для конкурентоспособности в  современных условиях заставляет пересмотреть  и сами технологии, применяемые в образовательном процессе, выбирая из них, в первую очередь  те, которые:

-     обеспечивают  мотивы к самостоятельной  познавательной деятельности;

-     повышают эффективность и качество обучения;

-     способствуют  углублению  междисциплинарных связей.

На сегодняшний день персональный компьютер стал незаменимым инструментом для проведения анализа, исследования и моделирования процессов практически во всех областях знаний. Трудно себе представить процесс создания современных устройств электроники, начиная от проектирования полупроводниковых элементов и кончая оптимизацией процессов в функционально законченных устройствах, без применения средств вычислительной техники. Эти задачи решают многие универсальные и специализированные программы.

Приступая к изучению основ электроники, очень важно иметь простой и доступный инструмент для организации и проведения экспериментальных исследований схем широкого класса и для проверки освоенных теоретических знаний на практике.

До недавнего времени таким инструментом была только учебная лаборатория с достаточно ограниченным набором схем и небольшим приборным парком. В ней приобретались первые практические навыки планирования и проведения экспериментов с электрическими и электронными схемами. Но сегодня мы являемся свидетелями стремительного развития других программных инструментов, использующих современное математическое моделирование для создания виртуальной лаборатории. Это привело к появлению новых подходов к изучению и таких фундаментальных дисциплин, как электротехника и электроника. В настоящее время программы моделирования схем настолько развиты и доступны, что естественным образом дополняют традиционные методы их познания. Использование программ стало уже стандартом во всех зарубежных технических университетах. Это подтверждается большим количеством учебной литературы, базирующейся на использовании этого нового инструмента.

Сегодня существует значительное число программных продуктов, ориентированных на математическое моделирования задач обработки сигналов, разработки и исследования различных радиоэлектронных и електроизмерительных устройств. К ним относятся: Micro-Cap, Matlab, Mathcad, DesignLabn, Aplac, Electronics Workbench, System View и др. Но только Electronics Workbench (Multisym) и LabVIEW, на наш взгляд, в наибольшей степени учитывают специфику учебного процесса:

-       высокую скорость освоения и удобный интерфейс пользователя, что позволяет сосредоточиться на реализации проекта, алгоритмах и методах обработки, а не на изучении сложного языка программирования;

-         направленность на решение вопросов разработки средств измерительной техники;

-         наличие в пакете встроенных виртуальных контрольно-измерительных приборов;

-         большая номенклатура программных и аппаратных инструментов, необходимых для сбора, обработки, визуализации и регистрации измерительной информации;

-         наличие средств моделирования как аналоговых, так и цифровых блоков;

-         возможность создания на базе программного обеспечения измерительно-вычислительных комплексов;

-         доступность приобретения программ.

Использование интегрированных программных систем схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых радиоэлектронных устройств (Micro-Cap V, DesignLab 8.0, Aplac 7.0, System View 1.9, Circuit Maker 6.0, Electronics Workbench) позволяют решать следующие задачи:

-     создание модели принципиальной электрической схемы устройства и ее редактирование; расчет режимов работы модели; расчет частотных характеристик и переходные процессы модели;

-     провести оценку и анализ модели; наращивать библиотеку компонентов; представлять данные в форме, удобной для дальнейшей работы; разработка печатных плат; подготовку научно-технических документов и д. р.

Развитие соответствующего программного обеспечения компьютеров позволяет моделировать любые электронные устройства, производить всевозможные измерения, а так же с помощью численных методов расчёта исследовать достаточно сложные модели, при этом точность полученных результатов приближается к точности экспериментальных исследований на реальных объектах.

Электронные образовательные ресурсы с высокой степенью интерактивности, реализующие полноценный режим общения обучающегося с компьютером, способствуют развитию интереса обучающегося к освоению нового материала и формированию познавательной и творческой активности.

Таким образом, в распоряжении преподавателей есть современные электронно-виртуальные лаборатории. Причем, с точки зрения сборки цепей и подключения измерительных приборов нет разницы между реальными и виртуальными элементами и устройствами. В виртуальной среде можно устанавливать любые параметры элементов для получения полного сходства их с характеристиками реальных элементов. Это открывает широкие перспективы использования электронно-виртуальных лабораторий, в которых нет опасности ни для студентов, ни для оборудования и приборов, для проведения лабораторного практикума по электротехническим дисциплинам.

Программа  Electronics Workbench (Multisym)  является  на   сегодня  одной   из   наиболее   удобных   и доступных   для  моделирования  и  анализа  электрических  и  электронных схем.  Ее  достоинства   заключаются   в   том,  что   от   пользователя  не требуется   специальной   подготовки,  углубленных   знаний  по  информатике  и   программированию,  а   сам   процесс   моделирования  очень  напоминает  реальный  эксперимент.  При   этом  экспериментатор   с  помощью  мыши   и   клавиатуры  выполняет   привычные  операции,  а  именно:  собирает  схему   из   отдельных   компонентов,  устанавливает  их  параметры   в   рабочем   диапазоне,  подключает  необходимые  из - мерительные   приборы   и   регистрирует  результаты  измерений .

Пакет EWB содержит в своем составе большую библиотеку электронных компонентов и позволяет создавать и исследовать принципиальные схемы аналоговых и цифровых измерительных приборов практически неограниченной сложности. Встроенная в пакет лаборатория виртуальных измерительных приборов позволяет выполнить анализ различных электрических параметров измерительных сигналов на всех этапах их преобразования и в произвольных точках принципиальной схемы.

Использование виртуальных лабораторий в учебном процессе позволяет с одной стороны предоставить возможность обучающемуся провести эксперименты с оборудованием и материалом, отсутствующим в реальной лаборатории колледжа или другого образовательного учреждения, получить практические навыки проведения экспериментов, ознакомиться детально с компьютерной моделью уникального дорогостоящего объекта, исследовать процессы и явления происходящие в реальном мире не опасаясь за возможные последствия. С другой стороны, подключение имеющегося лабораторного оборудования и приборов к компьютеру в рамках виртуальной лаборатории позволяет перевести традиционную лабораторию на новый уровень технологий, соответствующий сегодняшнему уровню развития науки и техники.

Результаты измерений, проведенных в электронно-виртуальной лаборатории, более точны, чем на практике, так как не подвержены влиянию плохих контактов в цепях, обрыва проводов и т.д.

 На основе этого пакета разработан цикл лабораторных работ по дисциплине «Основы электроники, микроэлектроники и схемотехнике», в котором реализована новая технология исследования работы измерительных схем, базирующаяся на модельном эксперименте и обеспечивающая быстрое и качественное восприятие больших объемов информации при изучении данной дисциплины.

Лабораторные работы состоят из кратких теоретических сведений, виртуальной модели и хода выполнения исследования. Лабораторный практикум позволяет выполнять весь цикл исследований при дистанционной и заочной формах обучения.

Цикл включает следующие лабораторные работы:

1. Знакомство с моделирующей программой Electronics Workbench 5.12
2. Исследование полупроводниковых приборов
3. Исследование характеристик и параметров биполярных транзисторов
4. Исследование усилителей на биполярном транзисторе
5. .Исследование операционных усилителей
6. Исследование логических элементов в Electronics Workbench
7. Исследование цифровых микропроцессорных устройств
8. Исследование однофазных  и трехфазных выпрямители переменного тока

Особенностью внедрения такого стиля обучения является обязательная,  детальная предварительная разработка интерактивного учебного курса с включением всех  необходимых составляющих.

При этом необходимо создание детальной базы данных по хранению и обработке информации о количестве пройденных каждым студентом разделов курса: на каком модуле (разделе) находится каждый из студентов, об уровне  прохождения им тестовых и проверочных заданий. Причем часть этих заданий должна быть направлена на проверку полноты  знаний и навыков, которыми должен овладеть студент после изучения каждого из этих разделов.

Переход к следующему разделу допускается только после достижения указанного  уровня усвоения материала предыдущего раздела.

Исследование возможностей компьютерной лаборатории показало, что ее можно использовать в лабораторном практикуме с использованием методических указаний, разработанных для стендов. Возможности виртуальной лаборатории «Electronics Workbench» с точки зрения элементной базы и измерительных приборов гораздо шире. При этом программа может служить тренажёром для усвоения принципов работы с реальными измерительными приборами и схемами и формировать необходимые для этого навыки.

Сочетание виртуальных лабораторных работ с математическими пакетами «Maple, Mathcad, Matlab» и др. позволяет не только быстро обрабатывать экспериментальные данные и строить графики, но и исследовать динамику изменения процессов в цепи при изменении каких-либо параметров или нарушении режимов работы.

Виртуальный лабораторный практикум, безусловно, отдаляет студентов от реальных физических объектов, однако имеет свои достоинства:

-       Широкий набор приборов, который вряд ли будет доступен в реальной жизни, позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.

-       Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.

-       Интуитивность и простота интерфейса делают программу доступной любому, кто знаком с основами использования Windows.

-       Используя компьютерные технологии в повседневной учебной практике, студенты демонстрируют успешность освоения материала

Виртуальная   лаборатория  Electronics Workbench обладает   очень   большими   возможностями   при   экспериментальном  исследовании  различных   схем по  двум  основным   причинам:

−   во- первых,  здесь   исключаются  аварийные   нештатные  ситуации  (перенапряжения,  перегрузки,  короткие  замыкания),  возникающие   на  реальном  оборудовании  и   приводящие   к   выходу  элементов  из   строя;

−   во- вторых,  по  набору  различных   электронных   компонентов, измерительных  приборов  и   диапазону   их  изменения   виртуальная лаборатория   намного   превосходит   реальную,  т.е.  налицо  существенная  экономия  в   материальных  ресурсах  и   затратах   времени   на исследования.

Вышесказанное  заставляет преподавателя-разработчика курса сформулировать очень детальный перечень знаний и навыков по каждому из разделов, подготовить перечень вопросов и заданий для их проверки и тестирования.

Выводы и перспективы дальнейших исследований:

1. Исследования элементов электроники и схеотехнике требует наличия дорогостоящего лабораторного оборудования и измерительных приборов, однако они являются наиболее оптимальным методом проведения лабораторных работ, так как дают возможность получить навыки работы с реальными электрическими цепями и измерительными приборами несмотря на определенные трудности проведения экспериментов.

2. Применение электронно-виртуальных лабораторий в процессе обучения позволяет расширить круг решаемых задач, помогает студентам создавать математические модели устройств, моделировать и создавать разные режимы роботы электрических схем, исследовать в широком диапазоне особенности работы электрических цепей, проводить детальный анализ полученных результатов с помощью математических пакетов. При этом главное достоинство виртуальных лабораторий - возможность дистанционного проведения лабораторных работ.