Организация лабораторных практикумов

ГОУ ВПО Московский энергетический институт (технический университет) Кафедра автоматизированного электропривода

Организация лабораторных практикумов на кафедре автоматизированного электропривода МЭИ

Москва, 2007

Аннотация

Изложены принципы организации лабораторных практикумов, проводимых на кафедре автоматизированного электропривода МЭИ, а также требования, предъявляемые к выполнению и оформлению лабораторных работ в учебных лабораториях кафедры автоматизированного электропривода.

Данное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению «Электротехника, электромеханика и электротехнологии» и по специальности «Электропривод и автоматика промышленных установок и технологических комплексов». Может быть полезно также студентам других направлений, изучающим дисциплину «Электрический привод» и аспирантам.

2

Введение

Лабораторные работы являются наиболее массовым видом практической деятельности студента, занимая до трети общего объема учебной нагрузки. Именно в лабораториях общепрофессиональных и специальных дисциплин происходит продуктивное освоение следующих необходимых будущему инженеру и научному работнику навыков:

−работы в коллективе,

−освоения современного исследовательского и промышленного оборудования

−постановки практических задач на реальном оборудовании,

−решения исследовательских задач (синтеза экспериментального комплекса, планирования и проведения эксперимента, анализа экспериментальных данных),

−представления и обсуждения результатов исследования.

Это обязывает выпускающую кафедру, несущую основное бремя ответственности за качество подготовки по своей специальности, уделять особое внимание техническому, методическому и организационному обеспечению лабораторных практикумов.

К сожалению, у ряда студентов складывается превратное представление о лабораторном практикуме как о второстепенной составляющей учебного процесса, своеобразном придатке теории, призванном подтвердить ее некоторые положения. Преодолеть такое представление, предоставить уникальную возможность творческого общения с современной техникой, методикой экспериментальной деятельности и высококвалифицированными специалистами – задача лабораторных практикумов специальных дисциплин, осваиваемых на кафедре автоматизированного электропривода МЭИ.

1.Общие вопросы организации лабораторного практикума

Необходимые для лабораторного практикума временные ресурсы определены учебным планом и графиком учебного процесса в текущем семестре. В учебном плане указан объем аудиторных занятий и объем часов самостоятельной работы, причем последний составляет от 50 до 100% от объема аудиторных занятий. В календарном плане дисциплины указано расписание лабораторных занятий и их тематика. Содержание лабораторных занятий определено программой дисциплины. Это содержание и календарный план работы в лаборатории сообщаются студенту лектором или преподавателем, ведущим лабораторные занятия.

В лабораториях кафедры АЭП принят бригадный метод работы с персональной ответственностью каждого члена бригады за выполненную лично им часть работы и понимание им целей и задач работы в целом. Распределение ролей и ответственности, как правило, производится студентами самостоятельно и утверждается преподавателем. При этом преподаватель контролирует ротацию ролей на протяжении всего лабораторного практикума, а также предусматривает возможные форс-мажорные обстоятельства (невыход какого-либо студента на занятие, неисправность оборудования и т.п.)

3

Оценивание качества работы каждого студента производится преподавателем отдельно за подготовку, выполнение и защиту. При этом в первую очередь принимается во внимание роль студента в данной работе и сфера его ответственности. Таким образом, за каждую работу студент в итоге получает три оценки, а результирующая определяется как средняя из них.

Оценка за подготовку ставится в начале текущего занятия по итогам короткой беседы преподавателя с каждым студентом на основе материалов Отчета о подготовке. При неудовлетворительной оценке за подготовку студент может быть допущен к выполнению работы в случае, если он доказал знание правил безопасной работы на данном стенде (Приложение 1) и представляет свою роль в выполнении работы. В противном случае студент не допускается к работе, покидает помещение лаборатории и получает результирующую оценку «0».

Оценки за выполнение работы ставятся каждому студенту на текущем занятии по факту решения поставленных перед ним задач. При неудовлетворительной оценке за выполнение работы студент не может быть допущен к защите, что влечет за собой неудовлетворительную оценку за работу в целом.

Материалами для защиты являются разделы Отчета о подготовке с внесенными данными и результатами обработки, за которые несет ответственность данный студент. На защите оценивается понимание студентом своих задач, их роли в достижении целей данной работы, владение методами эксперимента, обработки и интерпретации его результатов. При удовлетворительной подготовке к работе и ее выполнении имеются все основания к ее защите на текущем лабораторном занятии всеми членами бригады. Такая практика считается нормальной и предпочтительной. Итоговая оценка за работу представляет собой среднее арифметическое оценок за подготовку, выполнение и защиту.

Если по каким-либо причинам работу не удается защитить на текущем занятии всей бригаде или одному или нескольким членам бригады, преподаватель ставит оценки за выполненные элементы работы соответствующим студентам и передает материалы не успевшим ее защитить для выполнения заключительных Отчетов по работе с указанием конкретных разделов для каждого исполнителя. Эти отчеты представляются к защите в самом начале следующего лабораторного занятия. Студенты, не представившие их, получают неудовлетворительную оценку.

Поскольку неудовлетворительные оценки за лабораторные работы рассматриваются кафедрой как исключительный случай, никаких дополнительных лабораторных занятий для студентов, не допущенных к выполнению работы или получивших неудовлетворительную оценку, не предусмотрено. Исключение составляют студенты, имеющие направление на лабораторную работу, выданное дирекцией соответствующего института. Для таких студентов назначается дополнительное занятие, как правило, на неделе, предшествующей зачетной. Поскольку бригады в данном случае формируются случайным образом, индивидуальные задания студентам выдает преподаватель.

Зачетная оценка студентам, имеющим средний балл по итогам усреднения результирующих оценок за все лабораторные работы 3,5 и выше, ставится без

4

опроса на последнем перед зачетной неделей занятии. Остальные сдают зачет на зачетной неделе в часы занятий по данной дисциплине по расписанию. Зачет включает обсуждение теоретических вопросов по тематике лабораторных работ, а студенты, имеющие неудовлетворительные оценки за отдельные работы, выполняют также практические задания на лабораторном оборудовании.

Примерный сценарий лабораторных занятий приведен в Приложении 2

2. Подготовка к очередной лабораторной работе

Подготовка к предстоящей лабораторной работе осуществляется в часы самостоятельной работы с использованием конспекта лекций и учебных пособий по курсу. Однако начать подготовку целесообразно на предшествующем лабораторном занятии, чтобы заранее увидеть и записать параметры испытательного и измерительного оборудования, решить организационные вопросы. Общие задачи очередной лабораторной работы определяются преподавателем. В процессе подготовки студенты

−формулируют конкретные задачи лабораторной работы и распределяют обязанности по их решению между членами бригады – каждый студент несет ответственность за решение одной или нескольких задач,

−разрабатывают и описывают методику и схемы экспериментов,

−выбирают состав испытательного и измерительного оборудования,

−приводят алгоритмы обработки данных,

−делают заготовки таблиц и графиков для регистрации и интерпретации экспериментальных данных,

−прогнозируют ожидаемые результаты.

Разработка методики и схем экспериментов, выбор испытательного оборудования и средств измерений требуют предварительного знакомства с лабораторным стендом и его комплектацией. Поэтому эти составляющие относятся к подготовке ко второй и последующим лабораторным работам. При подготовке же к первой работе надо ознакомиться с программой и организацией лабораторного практикума, правилами оформления отчетов, разумно сформировать бригады, запастись необходимой литературой, средствами вычислений и оформления документации.

Разработка методик экспериментов и алгоритмов обработки экспериментальных данных при подготовке должна заканчиваться представлением конкретных работоспособных схем и расчетных формул, по которым можно осуществить необходимые вычисления. Для каждого опыта должны быть сформулированы и записаны его условия: напряжение питания, диапазоны изменения задающих и наблюдаемых величин, должна быть определена последовательность включения аппаратуры и дан прогноз событий, происходящих при той или иной манипуляции коммутирующей и регулирующей аппаратурой.

Для регистрации экспериментальных данных должны быть заготовлены таблицы, в которых необходимо предусмотреть достаточное число ячеек для записи непосредственных результатов опытов, а также промежуточных и окончательных вычислений. Переменные в формулах, схемах и таблицах должны обозначаться одинаковыми символами, им должно сопутствовать обозначение

5

размерностей. Для построения графиков должны быть заготовлены координатные сетки с масштабами по осям, соответствующими ожидаемым диапазонам изменения переменных. Рекомендуется на этих сетках изобразить предполагаемые характеристики, если имеется возможность их построить с использованием номинальных данных оборудования.

В результате подготовки у каждой бригады к началу очередной работы формируется Отчет о подготовке, включающий все вышеперечисленные составляющие.

Как правило, отдельные разделы Отчета о подготовке выполняются разными членами бригады, ответственными за конкретные участки работы. В этом случае перед лабораторным занятием они компонуются в общий Отчет о подготовке с соблюдением последовательности решаемых задач, нумерации страниц, рисунков, таблиц и графиков, единообразия обозначения оборудования и физических величин. В отчете о подготовке допустимо смешение стилей оформления (рукописный и машинописный с различным форматированием), однако неукоснительно должны соблюдаться разборчивость, техническая и лингвистическая грамотность текста и иллюстраций. Понимание своей роли в выполнении работы и взятую ответственность каждый студент подтверждает подписью на титульном листе отчета о подготовке.

Отчет выполняется на одной стороне листов белой или линованной бумаги формата А4. Оборотная сторона оставляется для комментариев и обсуждений в процессе работы и на защите. Пример Отчета о подготовке приведен в Приложении 3, где жирным курсивом выделены фрагменты (разделы 6 - 8), добавленные в процессе выполнения лабораторной работы.

Одна из главных целей подготовки к работе – организовать эффективную плодотворную работу на реальном оборудовании. Аккуратно и полностью оформленный Отчет о подготовке является основой для Заключительного отчета. Если он в процессе выполнения работы не претерпел сильных изменений, то может быть представлен в ходе текущего занятия к защите как Заключительный. Обстоятельное и творческое выполнение подготовки позволяет быстро выполнить программу работы и получить высокую оценку.

3. Выполнение работы

Лабораторные занятия проходят по расписанию в соответствующей учебной лаборатории. Сценарий большинства занятий выглядит следующим образом.

1.Предъявление Отчета о подготовке, его обсуждение и получение у преподавателя персональной оценки за подготовку и допуска к выполнению лабораторной работы. Уточнение роли каждого члена бригады в работе. Уточнение программы работы.

2.Подготовка оборудования к работе. Выбор испытательного оборудования (ИО) и средств измерений (СИ) и их регистрация в отчете. Сборка схемы текущего эксперимента. Определение и установка диапазонов измерения СИ.

6

3.Обсуждение внутри бригады, а затем с преподавателем порядка включения ИО, всех действий в процессе очередного эксперимента и прогнозируемой реакции оборудования на эти действия. Получение у преподавателя разрешения на проведение данного эксперимента (включение ИО и работу на нем).

4.Проведение эксперимента, регистрация его результатов.

5.Обработка результатов эксперимента, построение графиков, формулировка выводов.

6.Переход к следующему эксперименту по пп. 2 – 5.

7.По выполнению программы работы или решению преподавателя - переход к защите работы.

8.Уточнение программы и подготовка к следующей лабораторной работе.

При проведении очередного эксперимента в целях безопасности все манипуляции (коммутации и регулировки) проводятся одним членом бригады (оператором) одной рукой, при этом вторая рука свободна и не должна касаться никаких деталей оборудования или конструкций. За выполнением этого условия постоянно следит второй член бригады, находящийся во время эксперимента рядом (наблюдающий). Он же контролирует последовательность действий оператора, в промежутках между манипуляциями оператора считывает и регистрирует показания приборов и, закончив запись результатов, дает разрешение оператору на следующие манипуляции.

При числе членов бригады более двух целесообразно обработку данных и анализ результатов предыдущего эксперимента проводить одновременно с подготовкой и проведением следующего. Однако при этом необходимо иметь в виду, что анализ результатов проведенного эксперимента может потребовать его повторения или продолжения. Поэтому обработку, анализ, осмысление и обсуждение экспериментальных данных откладывать нельзя.

Анализ результатов очередного эксперимента или серии однотипных экспериментов заканчивается лаконичными, но конкретными выводами в письменном виде. Выводы могут представлять собой количественную интерпретацию различия характеристик (фактических и расчетных для одного и того же объекта, фактических - для разных, снятых при разных параметрах объекта и воздействиях на него и т.п.), описание возможных причин различия и его последствий.

При надлежащей подготовке на лабораторном занятии студентам остается уточнить схемы и условия экспериментов, провести опыты, записать и обработать данные, сформулировать выводы.

4. Защита лабораторной работы

Защита работы, как правило, проводится на текущем занятии сразу после ее выполнения. При обстоятельной подготовке к работе и аккуратном ее проведении защита принимается по факту представления Отчета о подготовке с впи-

7

санными в него данными, полученными при выполнении работы. При плохой подготовке, небрежном выполнении экспериментов и оформлении отчета, преподаватель обычно не может сразу оценить вклад каждого студента, задает дополнительные вопросы, может дать дополнительное практическое задание, либо ставит неудовлетворительные оценки, если время занятия истекает.

На защите работы проверяется ясность понимания смысла проведенных экспериментов, умение объяснять полученные результаты, сопоставлять их с теоретическими представлениями. Проверяется также умение представить результат в Отчете в лаконичной, наглядной и убедительной форме.

Если по каким-либо причинам – небрежности в подготовке, недостаточная активность при выполнении работы и т.п. – бригаде или отдельным ее членам не удается защитить работу на текущем занятии, не защитившие выполняют Заключительный отчет и представляют его к защите вместе с Отчетом о подготовке к началу следующего занятия. В противном случае они к занятию не допускаются, что расценивается как пропуск по неуважительной причине.

После получения итоговой оценки за работу бригада начинает подготовку к следующей лабораторной работе.

Заключение

Вы познакомились с принципами организации и проведения лабораторных работ на кафедре автоматизированного электропривода МЭИ. Главные принципы – ответственность за взятые на себя обязательства, самостоятельность в выборе и решении задач, слаженность и продуктивность работы коллектива, безусловное и полное соблюдение правил техники безопасности. Вы получили рекомендации - как организовать свою работу таким образом, чтобы эффективно достичь своих личных и коллективных целей.

Вместе с тем Вы должны понимать, что никакое пособие не может охватить всего многообразия ситуаций, возникающих при активном взаимодействии людей и техники. Это – широчайшее поле, на котором достаточно места познанию и творчеству. Так освойте же его.

8

Приложение 1

ИНСТРУКЦИЯ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ при прохождении лабораторного практикума на кафедре АЭП МЭИ

1.Перед прохождением лабораторного практикума студенты обязаны пройти вводный инструктаж о правилах безопасной работы и порядке эксплуатации оборудования и, ознакомившись с настоящей инструкцией, расписаться в контрольном листе. Допуск к выполнению лабораторных работ возможен только после выполнения этих требований.

2.Лабораторные стенды находятся в помещении, называемом по степени опасности поражения электрическим током помещением с повышенной опасностью с напряжением до 1000 В. Стенды считаются действующими электроустановками, так как находятся полностью или частично под напряжением или на них в любой момент может быть подано напряжение.

3.Перед выполнением каждой лабораторной работы необходимо изучить описание этой работы, подготовить схемы экспериментов и знать работу оборудования при любых действиях оператора. К выполнению работы студенты приступают только с разрешения преподавателя и выполняют работу только в его присутствии.

4.Выполнение лабораторной работы на одном стенде производится бригадой из двух и более человек одновременно.

5.Перед началом работы необходимо убедиться, что стенд обесточен: все выключатели находятся в положении «выключено», стрелки всех приборов находятся в нулевом положении.

6.Сборку схем и все переключения в них с помощью соединительных проводов производятся только при обесточенном стенде (см. п.5).

7.При сборке схем особое внимание обращается на исправность изоляции соединительных проводов.

8.Категорически запрещается включать схему без разрешения преподавателя.

9.При проведении опытов в работающей схеме все операции выполняются одним членом бригады и только одной рукой. Вторая рука должна быть свободной и не касаться корпусов приборов, других частей установки, металлоконструкций помещения. Второй член бригады в это время следит за выполнением данных требований и не занят другой работой.

10.Во время лабораторной работы запрещается класть на стенд портфели, одежду, другие посторонние предметы.

11.Не использованные при сборке схемы соединительные провода, приборы и т.п. не должны лежать на стенде.

12.Запрещается касаться вращающихся частей электрических машин и

9

приводных муфт.

13.При проведении измерений с помощью электронных приборов (звуковой генератор, осциллограф, катодный вольтметр и т.п.) измерительные проводники присоединяются к специально предназначенным для этих целей клеммам.

14.При возникновении в схеме каких-либо нарушений, неисправностей или аварийных режимов (зашкаливание приборов, перегорание предохранителей, срабатывание автоматов, появление запаха горящей изоляции, посторонних звуков, искрения щеток или загорания оборудования) схема должна быть быстро отключена от сети с соответствующим оповещением преподавателя.

15.Выполнение лабораторной работы на неисправном стенде не разрешается.

16.Студентам запрещается самостоятельно устранять неисправности оборудования.

17.После окончания работы стенд должен быть обесточен, схема разобрана, соединительные провода и дополнительные приборы убраны в указанное преподавателем место.

18.Студенты должны знать расположение средств пожаротушения и аварийного отключения электропитания лаборатории, а также порядок и пути эвакуации в аварийных ситуациях.

19.В случае нарушения студентами правил техники безопасности они удаляются с занятий и допускаются к ним только после повторной проверки знаний этих правил. Если эти действия повлекли за собой порчу оборудования или несчастный случай, нарушители привлекаются к административной или уголовной ответственности в установленном законодательством порядке.

10