«ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА: ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ Сборник научных статей Гродно 2011 УДК 004 005.951(082) ББК 32.81я43 И38 Редакционнаяколлегия: кандидат физико-математических ...»

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Гродненский государственный университет

имени Янки Купалы»

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

И ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА:

ПРОЕКТИРОВАНИЕ, РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ

Сборник научных статей

Гродно 2011

УДК 004 005.951(082) ББК 32.81я43 И38 Редакционнаяколлегия:

кандидат физико-математических наук, доцент Л.В. Рудикова (отв. редактор);

кандидат технических наук, доцент Е. Н. Ливак;

Рецензенты доктор технических наук, профессор, зав. каф.технологий программирования БГУ А.Н. Курбацкий доктор физико-математических наук, профессор, зав. каф. дискретной математики и алгоритмики БГУ В.М. Котов И Информационные технологии и програмные средства: проектирование, разработка и применение: сб. науч.

ст. / редкол. : Л. В. Рудикова (отв. ред.) [и др.]. – Гродно : ГрГУ, 2011. – 333 с. : ил.

ISBN 978-985-518-216-1.

В сборник включены статьи по следующим научным направлениям: автоматизация управления (предприятие, финансы, кадры и т.д.); информационные технологии в медицине, биологии и экологии; информационные технологии в образовании. Дистанционное обучение; информационные технологии и программные средства: проектирование, разработка, применение; кластерные системы и параллельные вычисления; проблемы подготовки и переподготовки специалистов для IT-отрасли. В статьях предлагаются авторские решения современных научных и практических проблем. Сборник предназначен для широкого круга специалистов в области информатики и ее приложений в технике, образовании, биологии, медицине и т.д.

УДК 004 005.951(082) ББК 32.81я © ГрГУ, ISBN 978-985-518-216-

ПРЕДИСЛОВИЕ

Предлагаемый сборник научных статей «Информационные технологии и программные средства: проектирование, разработка и применение» включает оригинальные статьи по результатам работ авторов, выполненных в различных учебных, государственных и коммерческих организациях. Основная тематика сборника – использование различных информационных технологий, программных средств и сред для решения конкретных задач предметных областей.

Процессы информатизации играют значительную роль в становлении мирового сообщества. На современном этапе информационные технологии внедряются в различные сферы человеческой деятельности. Неудивительно, что использование программных средств и сред для решения тех или иных научных, педагогических или производственных задач находит с каждым годом все новые приложения в сфере рассмотрения конкретной предметной области.

В связи с этим предлагаемые в сборнике научных статей «Информационные технологии и программные средства: проектирование, разработка и применение» материалы являются актуальными и представляют собой результаты новых использований и разработок для конкретных рассматриваемых задач соответствующих информационных технологий, программных средств, сред и т.д.

В сборник включены авторские статьи, которые рассматривают как аспекты использования информационных технологий, так и практические разработки программного обеспечения, предназначенного для различных сфер научной, учебной и производственной деятельности.

Особенностью сборника является достаточно широкий диапазон рассматриваемых проблем: от использования конкретных выбранных программных средств до собственных разработок с учетом требований специфики предметной области авторских работ. Это обусловлено в первую очередь тем, что процессы информатизации затронули практически все сферы деятельности человеческого общества. Все материалы сгруппированы по следующим научным направлениям:

автоматизация управления (предприятие, финансы, кадры и т.д.);

информационные технологии в медицине, биологии и экологии;

информационные технологии в образовании. Дистанционное обучение;

информационные технологии и программные средства: проектирование, разработка, применение;

кластерные системы и параллельные вычисления;

проблемы подготовки и переподготовки специалистов для IT-отрасли.

Отметим, что материалы, представленные в сборнике, будут полезны для широкого круга специалистов: научных работников, преподавателей вузов, аспирантов, магистрантов, студентов, интересующихся современными проблемами информатики и ее приложений в технике, образовании, медицине, биологии и др. отраслях.

АВТОМАТИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ

(ПРЕДПРИЯТИЕ, ФИНАНСЫ, КАДРЫ) УДК 658.5:519. А.Д. БУРИКОВ

УПРАВЛЕНИЕ В ЭКОНОМИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ

В работе рассмотрена сущность экономических систем, как больших и сложных систем, которым присуще управление. Отмечена характерная черта каждого управления – наличие цели управления. Приведена обобщенная схема управления с математической формализацией задачи управления, которая может быть реализована при том условии, когда задана зависимость, позволяющая установить состояние объекта управления в определенные последующие моменты времени, если известны векторы состояния управляющих и возмущающих воздействий в предыдущие моменты времени. Приведен пример, конкретизирующий производственноэкономический смысл введенных понятий.

Введение Под экономической системой понимается совокупность, комплекс реальных элементов, взаимосвязанных некоторыми отношениями и выполняющих определенные функции. В результате взаимодействия элементов в системе образуются новые свойства, качества, отсутствующие у самих элементов. Такая система называется эмерджентной.

Примерами систем являются человеческое общество, причем действие людей, как правило, основывается на сведениях об окружающем нас мире и обществе; каждая отрасль народного хозяйства, элементами которой будут отдельные предприятия, предприятие, элементами которого являются отделы, цехи и т.д.

Структура многих систем может быть достаточно полно изучена на основе следующего определения: системой элементов из конечного множества М будем называть каждое бинарное отношение R на этом множестве, т.е. каждое подмножество упорядоченных пар (x,y), где (x,y)ЄМ.

Такое определение позволяет представить каждую систему в виде ориентированного графа, в которой элементы множества М являются вершинами, а R-отношения между этими элементамидугами. Так что, от вершины Х проводится дуга к вершине Y в том и только в том случае, если элемент X находится в отношении R к элементу Y.

Изучить систему, значит исследовать ее элементы и связь между ними, определить структурные и функциональные характеристики системы и цели ее функционирования.

Важными структурными характеристиками являются число связей, их направление и разветвленность. Эти характеристики используются исследователями при определении понятий «большая система» и «сложная система». Однако не существует строгого общепринятого определения этих понятий; чаще всего говоря о большой системе имеют ввиду, что существующие современные средства изучения не позволяют описать такую систему в целом.

Определение понятия «сложная система» основывается, как правило, на разветвленности связей между элементами.

Важнейшей отличительной особенностью больших и сложных систем является невозможность их полного описания, формализации в виде одной математической модели. Поэтому возникают проблемы управления такими системами.

Способы управления сложными экономическими системами (народное хозяйство страны в целом, отрасли, предприятия и т.п.) на основе общекибернестических принципов и средств изучает экономическая кибернетика-наука об оптимальном и целенаправленном управлении процессами и объектами.

Экономические системы управления характеризуются:

1. Большим количеством составляющих элементов, связанных между собой каналами передачи информации.

2. Иерархичностью структуры, допускающей включение в состав элементов управляющую систему высшего уровня, управляющих систем более низкого уровня, которые в свою очередь также содержат управляющую систему более низкого уровня.

3. Общей целью управления для всей управляющей системы и частными целями управления для каждой управляющей системы более низкого уровня.

4. Непостоянством структуры и процессом функционирования системы с течением времени.

5. Наличием людей в качестве элементов управления и контроля.

Характерной чертой экономических систем является наличие цели управления.

Кроме того, управление экономической системой в зависимости от содержания и характера выполняемых работ присущи четыре укрупненные функции: планирование, учет, контроль и анализ, регулирование.

Разнообразные процессы управления осуществляются по обобщенной схеме (рис. 1).

С точки зрения технологии функционирования система управления объектами решает три основных проблемы:

получения и передачи информации об управляемом объекте;

переработки этой информации в соответствии с заданной целью;

выдача управляющих воздействий на данный объект управления (управляемую систему).

На данном рисунке приняты следующие обозначения:

ССИ – система сбора информации;

СОИ – система обработки информации;

СПК – система передачи управляющих команд.

Обычно совокупность блоков ССИ, СОИ и СПК называют управляющей системой, а объект управления - управляемой системой.

Управляющей системой называется каждый физический объект, осуществляющий целенаправленную обработку информации и вырабатывающий на основе определенной программы управления последовательность команд, воздействующих на управляемую систему.

Информационные потоки, как видно из рис. 1, представляются в виде соответствующих векторов, в общем случае зависящих от времени:

СПК СОИ ССИ

x(t ), y(t ) – соответственно действительный и регистрируемый векторы состояния управляемой системы;

v(t ), u (t ) – вектор управляющих команд и вектор управляющих воздействий;

(t ) – вектор возмущающих воздействий;

Ф – критерий управления, формализующий цель управления.

В общем случае, как это следует из рис.1, векторы x(t ), y(t ), а также v(t ), u (t ) не совпадают.

В первом случае такое несовпадение вызвано главным образом тем, что практически удается фиксировать лишь ограниченный объем параметров состояния управляемого объекта. Во втором случае несовпадение возникает вследствие корректировки управляющих воздействий в процессе их передачи и исполнения. Кроме того следует учесть, что при приеме и передаче информации возникают ошибки, помехи, сбои и пр.

Отметим, что x(t ), y(t ), v(t ), u (t ) – действительные векторы довольно большой размерности, принадлежащие действительным пространствам R:

1) когда а станет больше b; 2) когда а станет меньше или равно b; 3) когда а станет меньше b;

4) когда а станет равно b.

3. Выполнить следующий алгоритм и записать результат:

1) написать слово ПАСТОРАЛЬ; 2) удалить ТОРА; 3) поменять местами буквы П и С; 4) вставить после буквы П слово ЛАНИТА; 5) удалить все буквы А; 6) дописать букву О после буквы П; 7) дописать букву Е после буквы Т; 8) дописать в начало слова букву И.

4. Алгоритм уборки классной доски содержит ошибки. Указать, в каком порядке нужно выполнить команды, чтобы классная доска была убрана:

1) стереть доску; 2) взять тряпку; 3) отжать тряпку; 4) намочить тряпку.

5. «– Выйдешь за меня замуж, сказал Кощей Марье Моревне, – озолочу.

– Как же за тебя замуж идти, когда у тебя сердца нет?!

– Есть у меня сердце! Есть! Спрятано оно в черном яблоке, что на черном дереве. А черное дерево растет на черной горе».

Составить алгоритм, позволяющий добраться до сердца Кощея.

6. Определить, что должен сделать школьник в соответствии с алгоритмом, если ему 11 лет:

Если тебе меньше 11 лет То купить альбом и карандаши Иначе купить кисти и краски 1) купить карандаши; 2) купить альбом и карандаши; 3) купить кисти и краски; 4) купить пластилин ; 5) ничего не покупать.

7. Для выполнения программы в системе программирования Pascal ABC нужно нажать кнопку на панели инструментов … 8. Выполнить алгоритм и определить, какую задачу он решает:

Новик, И.А. Новая парадигма образовательного стандарта предметной области «Информатика» / И.А. Новик, Н.П. Макарова // Информатизация образования. – 2007. – № 4. – С. 3–12.

Лапчик, М.П. Методика преподавания информатики: учеб. пособие для студ. пед. вузов / М.П. Лапчик, И.Г. Семакин, Е.К. Хеннер; под общ. ред. М.П. Лапчика. – М.: Издательский центр «Академия», 2001. – Пупцев, А.Е. Информатика: учеб. пособие для 6-го кл. общеобразоват. учреждений с белорус. и рус. яз.

обучения с 11-летним сроком обучения / А.Е. Пупцев, Н.П. Макарова, А.И. Лаппо. – Минск: Нар.

асвета, 2008. – 126 с.

Методические материалы по теме «Основы алгоритмизации и программирования» (авт. Н.П. Макарова) [Электронный ресурс] / Адукацыйны партал Научно-методическое учреждение «Национальный институт образования» Министерства образования Республики Беларусь Национальный институт образования. – Режим доступа: http://www.adu.by/modules.php?name=News&file=categories&op =newindex&catid=142. – Дата доступа: 17.09.2009.

Гурбанова Светлана Александровна, магистрант кафедры информатики и компьютерного моделирования Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, преподаватель математики Гродненского государственного профессионального лицея строителей № 1, [email protected].

Нина Петровна Макарова, доцент кафедры информатики и компьютерного моделирования Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, кандидат педагогических наук, доцент, [email protected].

УДК 378.14:

ОРГАНИЗАЦИЯ УПРАВЛЯЕМОЙ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ

С ПОМОЩЬЮ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В статье рассматривается необходимость введения в процесс обучения управляемой самостоятельной работы студентов, а также описываются возможности использования сетевых систем e-University, Moodle, ibrain, e-Contest для организации управляемой самостоятельной работы студентов на факультете математики и информатики Гродненского государственного университета имени Янки Купалы.

Введение В современном мире все больше ценятся специалисты, которые не только умеют использовать полученные в процессе обучения знания, умения и навыки, но и подготовлены к самообразованию, то есть имеют навыки самообучения, овладения умениями самостоятельно. Именно такие специалисты считаются новым поколением в бизнесе, образовании и других сферах жизни. В связи с этим перед современными учебными заведениями стоит проблема подготовки специалистов именно такого уровня, чтобы они были конкурентно-способны и востребованы на рынке труда в контексте современных жизненных правил выживания.

Основное внимание при обучении в вузе в наши дни уделяется формированию компетенций студента, то есть не только классическому овладению знаниями, умениями и навыками, предоставленными преподавателями на лекции или семинарских занятиях, но и формированию таких компетенций, как развитие познавательных способностей, готовность к самообразованию, развитие творческих навыков, инициативы, умение организовывать свое время [1]. Как решение этой задачи – введение в педагогический процесс самостоятельной работы студентов (СРС).

В практике вузов СРС осуществляется в трех основных формах, отличающихся степенью самостоятельности ее выполнения и управления со стороны преподавателя [2-4]:

контролируемая самостоятельная работа (КСР), организуемая в аудитории под контролем преподавателя в соответствии с расписанием;

управляемая самостоятельная работа (УСР) как самостоятельное, опосредованное управление со стороны преподавателя выполнения студентом учебного (исследовательского) задания;

собственно самостоятельная работа, организуемая самим студентом в рациональное с его точки зрения время, мотивированное собственными познавательными потребностями и контролируемая им самим.

Организация УСР на базе сетевых платформ Информационная поддержка самостоятельной работы студентов УО «ГрГУ имени Я.Купалы» осуществляется на базе системы e-University.

Чем характеризуется данная система? Во-первых, использование системы e-University ведется на нескольких факультетах университета. Во-вторых, данная система позволяет организовать СРС различных видов и форм. Система e-University настолько универсальна, что позволяет выложить всю информацию по дисциплине в качестве учебно-методического комплекса, в который может входить: учебная и рабочая программа по курсу; материалы лекций и дополнительный теоретический материал (как в текстовом виде, так и других формах, например, презентации); тесты по курсу, как на уровне обучения (с возможностью обращения к теоретическому материалу), так и в виде контроля (с возможностями ограничения по времени и попыток прохождения тестов, выставлением уровня вопросов и использованием необходимой шкалы оценки теста); список рекомендуемой литературы. Данная система имеет авторизированный доступ преподавателей и студентов. К положительным моментам этой системы относится также возможность организации модульного или модульно-рейтингового обучения студентов в рамках УСРС.

Минусами данной системы является ограниченность технических возможностей как редактора тестов: нет возможности вставки формул, диаграмм, и других объектов за исключением рисунков. Поэтому преподаватель, который принял на себя такое обязательство, как использование инновационных технологий, а именно использование системы e-University в своей преподавательской деятельности, сталкивается с такой проблемой, как техническое внесение материала или разработанных тестов по теме. И данные проблемы связаны не столько с отсутствием навыков работы с компьютером и т.п., а с кропотливостью и трудоемкостью процесса. Например, если дисциплина по высшей математике: преподавателю необходимо набрать формулу, «сфотографировать» ее, сохранить как рисунок, а уже потом – загрузить как картинку в систему.

Система e-University не является обязательной для обеспечения УСРС на факультете математики и информатики. В случае неэффективного использования возможностей этой системы поддержка СРС может осуществляется на базе других сетевых платформ для дистанционного обучения, например, Moodle.

Система Moodle работает по аналогичным принципам системы e-University.

На факультете математики и информатики имеется разработанный сетевой ресурс для обучения и тестирования студентов специальности 1-400101 (Программное обеспечение информационных технологий) (ibrain).

В чем специфика этого программного продукта. Данный сетевой ресурс доступен студентам посредством сети Интернет (www.ibrain.mf.grsu.by). Это обеспечивает возможность проведения дистанционного обучения студентов, т.е. в данном случае явка студентов в аудиторию (в данном случае в компьютерный класс) не является обязательной. На данном сетевом ресурсе располагаются по различным курсам: некоторые методические разработки тем (лекции), тесты (по теоретическому материалу. Плюсы такой системы:

возможность организации самостоятельной работы студентов как в аудитории (КСРС), так и вне аудитории (УСРС);

в случае УСРС – экономия времени компьютерных классов, что остается актуальным вопросом, несмотря на введение новых компьютерных классов.

Еще один программный продукт, разработанный на кафедре информатики и вычислительной техники и используемый только для обучения программирования – система e-contest. Рассмотрим пример изучения с ее помощью дисциплины «Основы алгоритмизации и программирования» для студентов дневного отделения 1 курса специальности 1-400101 (Программное обеспечение информационных технологий). Данный сетевой ресурс позволяет протестировать практические навыки студента. Студент получает набор задач, которые необходимо выполнить до определенного срока (сроки указываются на сайте) и предоставляет на ресурс откомпилированный exeфайл. После запуска проверки этого файла программа выдает отчет его тестирования. Каждый студент имеет авторизированный доступ к ресурсу, на котором указывается информация о прохождении данного курса: количество попыток сдачи данной задачи, время и дата попыток сдачи, отчет по каждой попытке и количество набранных баллов. С учетом рейтинговой системы, принятой на факультете, работа преподавателя значительно упрощается.

Плюсы такой системы:

возможность организации самостоятельной работы студентов как в аудитории (КСРС), так и вне аудитории (УСРС);

автоматический отлаженный механизм работы по оценке СРС по различным темам.

К минусам такой системы относятся:

невозможность проверки, действительно ли студент выполнил работу самостоятельно или файл был разработан другим студентом;

ограниченность заданий и невозможность доработки тестов по внесенным задачам по отдельным темам;

довольно сложный для понимания интерфейс, отсутствие автоматического исключения задач, которые были решены верно, при переходе к тестированию следующих программ.

Для эффективности организации УСРС необходимо разработать учебно-методический комплекс (УМК) или учебно-методический комплект по дисциплине. Возможности нашего университета позволяют разместить комплексы и комплекты на сетевых ресурсах: как сайте кафедры в разделе учеба, так и на сетевом локальном ресурсе. Так на сервере имеется выделенный сетевой диск (Т:), на котором преподаватели размещают УМК, к которому студенты имеют доступ.

Заключение Таким образом, в рамках реформирования высшей школы в Республике Беларусь УСРС придается большое значение: во-первых, обучение студентов саморазвитию и самообучению, что повышает конкурентоспособность наших выпускников на мировом рынке труда; во-вторых, возвращение высшей школы на принципы научности, т.е. возвращение к поисково-исследовательской работе и повышение уровня научности в вузах.

На базе систем e-University, Moodle, ibrain, e-Contest на факультете математики и информатики в Гродненском государственном университете имени Я. Купалы, преподаватели имеют возможность организации УСРС в контексте, например, модульного, рейтингового, модульнорейтингового обучения или на базе других инновационных технологий на различных этапах процесса обучения.

Макет типовой учебной программы дисциплины цикла общепрофессиональных и специальных дисциплин для специальностей инженерно-технического профиля высшего образования первой ступени: методические рекомендации для разработчиков типовых учебных программ.

Жук, О.Л. Педагогические основы самостоятельной работы студентов / О.Л. Жук [и др.] – Минск, 2005.

Лобанов, А.П. Управляемая самостоятельная работа студентов в контексте инновационных технологий / А.П. Лобанов, Н.В. Дроздова. – Минск, 2005.

Сергеенкова, В.В. Управляемая самостоятельная работа студентов. Модульно-рейтинговая и рейтинговая системы / В.В. Сергеенкова. – Минск, 2004.

Дода Наталья Генондовна, преподаватель кафедры информатики и компьютерного моделирования Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, магистр педагогических наук, [email protected].

УДК 373;

ЭЛЕКТРОННЫЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ КАК

ПЕРЕХОДНЫЙ ЭТАП К ОТКРЫТОМУ ДИСТАНЦИОННОМУ ОБРАЗОВАНИЮ

В работе анализируется опыт работы авторов по внедрению в учебный процесс электронных учебно-методических комплексов в качестве информационно-библиотечного обеспечения учебного процесса. Представлены известные российские системы дистанционного обучения (СДО) и приведены их основные характеристики.

Введение Развитие и массовое внедрение интерактивных технологий общения на базе современных телекоммуникационных систем во все сферы деятельности человека значительно видоизменило учебный процесс в учреждениях образования от школы до высшего учебного заведения. Профессиональное образование всех уровней предусматривает владение будущим специалистом не только теоретическими основами информатики, но и современными информационными технологиями.

Прежде всего, это информационный поиск и общение в процессе внеаудиторной самостоятельной работы:

при изучении обязательных и факультативных дисциплин учебного плана;

в процессе исследований по линии студенческих научных обществ, кружков и отдельных заданий преподавателей и научных руководителей;

общение в сети Internet по тем или иным темам, включая ведение собственных или коллективных сайтов.

Применение этих технологий поставило на повестку дня процесс создания и активного использования наряду с традиционными учебниками и учебно-методическими комплексами (УМК) их электронных аналогов (ЭУМК). Значительным достоинством последних является так называемая кейсовая комплектация по семестровому, курсовому, междисциплинарному, профессиональному либо другому признаку. Это значительно экономит время информационного поиска и рационализирует затраты на обучение.

К сожалению, минобразование не реагирует на необходимость обновления лицензионных и аттестационных требований к информационно-методическому обеспечению учебных заведений в соответствии с прогрессом в области информационных технологий.

Тенденции использования ЭУМК и формализация профессионального обучения Проанализируем положительные и отрицательные тенденции массового использования информационно-электронных учебных материалов.

Сгруппируем электронно-информационные технологии обучения в 2 класса:

класс полномасштабного дистанционного учебного процесса с его организацией в сети Интернет;

смешанная модель учебного процесса с применением традиционных дидактических методик, интегрированных в виде электронно-методических комплексов и современных телекоммуникационных систем (включая создание web-сайтов, общения на форумах и обмен e-mail сообщениями).

Применение как одних, так и вторых позволяет готовить специалистов, которые оперативно реагируют на требования работодателя в изменяющейся рыночной среде инновационных технологий, умеют работать, динамично переучиваясь, на стыке нескольких специальностей, самостоятельно находят и генерируют новые знания и практические навыки.

В первом случае наиболее существенным положительным моментом является интерактивность процесса обучения, динамичность текущего контроля знаний, наглядность и удобство отображения информации.

Во втором случае пока еще значительные финансовые затраты на процесс интерактивного обучения, хотя затраты на создание самих электронных УМК сравнительно невелики. Отмечаются и некоторые недостатки электронно-информационных технологий обучения: относительное снижение творческой активности, самостоятельности и критической оценки обучаемыми научной и учебной литературы вследствие свободного доступа к уже имеющимся материалам, т.е. использование плагиата. На этот счет преподаватель может принимать соответствующие предупредительные действия, например контрольное тестирование по темам, лекциям, разделам самостоятельной работы, а лучше всего традиционные семинары и практические занятия.

Таким образом, процесс профессионального обучения на основе информационных технологий можно формализовать в виде следующих последовательных процедур:

1. Разработка обобщенной модели специалиста конкретной специализации.

2. Оценка имеющегося в учебном заведении информационно-дидактического обеспечения и материально-технической базы для ее реализации.

3. Дополнение ее электронно-методическими комплексами в соответствии с учебным планом специальности, программами дисциплин всех его разделов и в особенности по дисциплинам специализации.

4. Создание кафедральной кейсовой информационно-методической среды для аудиторной и внеаудиторной (самостоятельной) работы со студентами.

5. Web-реализация учебно-информационного процесса обучения на основе вышеуказанных разработок с возможностью аудиторного и электронного общения студентов с преподавателями.

Анализ характеристик известных российских систем дистанционного обучения В заключительной части работы проводится методологический анализ вышеизложенного учебного процесса в сравнении с дистанционным. Важнейшие характеристики следующих известных российских систем дистанционного обучения (СДО) представлены в виде следующей таблицы [1] (см. таблицу).

Таблица – Характеристики российских СДО 1 Опыт успешного внедрения в учебных заведениях 2 Возможность установки системы у сторонних заказчиков 3 Возможность интеграции СДО с электронной информационной средой заказчика 4 Открытый исходный код 5 Учтены методологические и педагогические особенности 6 Возможность использовать rich* media (шрифты, картинки, видео, 7 Наличие инструментов у заказчика для создания (добавления) новых 8 Возможность импортировать курсы по стандартам AICC, SCORM 9 Возможность импортировать курсы 10 Модульная структура 11 Web-ориентированная структура 12 Наличие технической поддержки 13 Наличие многоязычного интерфейса 1. СДО «Прометей» (ООО «Виртуальные технологии в образовании», Москва).

2. СДО «eLearning3000» (IBS, Москва).

3. СДО «Орокс» (Московский областной центр новых информационных технологий, Москва) 4. СДО «Высшая школа» (Открытый университет бизнеса и технологий, Москва).

5. СДО МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва).

6. СДО «СТ-Курс» (Cognitive Technologies, Москва).

7. СДО «Центр Интернет-обучения – ВКШ» (Высшая коммерческая школа Минэкономразвития и торговли РФ, Москва).

8. СДО «OpenLearning» (Международный центр дистанционного обучениям «МИМ ЛИНК», Москва).

9. СДО «Оп-line обучение» (Московский государственный университет экономики, статистики и информатики, Москва).

10. СДО «WebTutor» («WebSoft», Москва).

К сожалению, в известных нам публикациях не приводятся сведения об особенностях и характеристиках подобных систем белорусских учебных заведений, хотя активная работа в этом направлении в них ведется.

Выводы Представляется необходимым провести сравнительную оценку эффективности традиционных, электронно-кейсовых и дистанционных технологий обучения на примере одной или родственных специальностей по показателям успеваемости.

Трайнев, В.А. Обзор систем дистанционного обучения в России и за рубежом / В.А. Трайнев, О.В. Трайнев // Информационные и телекоммуникационные технологии. – 2009. – № 9. – С. 68–69.

Карелин Денис Федорович, аспирант кафедры инженерной физики физического факультета Витебского государственного университета имени П.М. Машерова, магистр технических наук, [email protected].

Ключников Александр Сергеевич, зав. кафедрой инженерной физики физического факультета Витебского государственного университета имени П.М. Машерова, доктор технических наук, [email protected].

УДК 378:621.

КОМПЬЮТЕРНЫЕ СРЕДСТВА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ ТЕХНИЧЕСКОГО ВУЗА

В статье рассмотрены вопросы формирования образовательной среды учебного заведения с использованием компьютерных средств имитационного моделирования. Показано, что внедрение виртуальных средств обучения позволят сделать учебный процесс более современным, уменьшить финансовые затраты, повысить заинтересованность участников образовательной среды в научных и методических исследованиях.

Введение Появление персональных компьютеров и доступа в глобальную сеть Интернет привнесло в сферу образования не только новые технические, но и дидактические возможности. Простота диалогового общения, доступ к гигантским объемам информации и, конечно же, возможность визуализации учебного материала создают хорошие предпосылки внедрения компьютерных средств в образовательный процесс. Применение графических объектов в учебных компьютерных системах позволяет не только увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли науки качеств, как интуиция, профессиональное чутье, образное мышление.

Краткий обзор компьютерных технологий На рынке компьютерных технологий появляются перспективные для целей профессиональной подготовки технические и программные новинки. Это оптические внешние запоминающие устройства на компакт-дисках с большими объемами памяти, электронные средства хранения информации, инструментальные программные средства гипертекста, мульти- и гипермедиа системы «виртуальной реальности».

Интеграция двух этих направлений с современными техническими средствами обучения и глобальной сетью Интернет привело к появлению понятия информационно-образовательная среда. Ключевыми стали такие слова, как «виртуальная лаборатория», «виртуальная экскурсия», «виртуальный класс», «виртуальный студенческий городок», «виртуальный университет». Все они могут быть обобщены понятием компьютерные средства имитационного моделирования учебным процессом.

С началом создания виртуальных университетов произошло расширение информационной инфраструктуры и развитие глобальных образовательных сетей, которые стали включать в себя виртуальные классы, лаборатории, студенческие центры, библиотеки, выставки и пр.

Анализ мировых информационных образовательных ресурсов показывает, что в настоящий момент с помощью современных сетевых технологий можно получить доступ к значительному числу виртуальных университетов, включая Всемирную сетевую академию [1], Всемирный лекционный зал [2], Открытый университет Великобритании [3] и др.

Построение компьютерных средств имитационного моделирования в учебном процессе на основе современных информационных технологий привносит в учебный процесс новые возможности:

сочетание высокой экономической эффективности и гибкости учебного процесса, широкое использование информационных образовательных ресурсов, существенное расширение возможностей традиционных форм обучения, а также возможность построения новых эффективных форм обучения.

В методологическом плане разработка и использование компьютерных средств поддержки обучения, с самого начала развивались по двум, слабо связанным между собой направлениям.

Первое направление опирается в своей основе на идеи программированного обучения. В его рамках разрабатываются и эксплуатируются автоматизированные обучающие системы (АОС) по различным учебным дисциплинам.

Второе направление компьютеризации обучения является как бы вторичным приложением компьютеризации различных отраслей человеческой деятельности (науки, техники, экономики и др.). Это отдельные программы, пакеты программ, элементы автоматизированных систем, предназначенные для автоматизации трудоемких расчетов, оптимизации, исследования свойств объектов и процессов на математических моделях и т.п. Применение таких программных систем в учебном процессе носит более массовый характер, чем использование универсальных АОС, как в нашей республике, так и за рубежом, но, в силу своей разобщенности в содержательном плане и отсутствия единой дидактической платформы, менее известно, не достаточно систематизировано и обобщено в научно-методической литературе [4].

Общепринятым подходом к решению указанной проблемы, во многом типичной для технических вузов, является использование компьютерных средств имитационного моделирования (в формате «виртуальной учебной среды»). Это вызвано тем, что в наши дни очень острой проблемой является оснащение учебных кабинетов и лабораторий техникой, которую необходимо периодически обновлять. То есть техникой, которая будет идти в ногу со стремительным развитием общества. Далеко не все учебные заведения могут позволить себе такое дорогое удовольствие.

Выход из этого положения можно найти, использовав творческий потенциал преподавателей и учащихся по созданию виртуальных лабораторных работ, стендов установок и конструкций компьютерными средствами имитационного моделирования. В качестве рабочего материала для электронных ресурсов могут использоваться ресурсы Internet, методическая литература и, самое главное, авторские работы и преподавателей и учащихся.

Современный компьютерный рынок позволяет приобрести прикладное программное обеспечение самого разного уровня (контролирующие программы – тестирование; обучающие программы – виртуальные учебники и репетиторы; моделирующие программы и программы конструкторы – виртуальные лаборатории). Для плодотворной работы учащихся в любой из перечисленных программ требуется дополнительная подготовка преподавателя. В вузах должны быть разработаны соответствующие учебные планы и программы переподготовки или повышения квалификации и пакеты приложений к ним – материалы для практических занятий по знакомству с программным обеспечением, методическими материалами, определены и обучены лидеры для инициативных групп преподавателей, разработаны и выверены пакеты заданий, надлежащим образом подготовлены к работе компьютеры (установлены программы и приложения). В противном случае работа с программами может превратиться в заурядную демонстрацию.

Современные инструментальные средства открывают широкие перспективы для визуализации и интерактивности учебного процесса. Применение графических объектов в учебных компьютерных системах позволяет не только увеличить скорость передачи информации обучаемому и повысить уровень ее понимания, но и способствует развитию таких важных для специалиста любой отрасли качеств, как интуиция, профессиональное чутье, образное мышление. Визуализацию в концепции информационно-образовательной среды следует понимать не только как насыщенность учебных материалов высококачественными цветными средствами наглядности, но и как использование анимационных изображений, построенных на основе математических моделей изучаемого объекта или явления.

Интерактивные программы, органично встроенные в тексто-графические документы, лежат в основе построения виртуальных лабораторных работ. Возможность самостоятельно менять параметры процесса, управлять измерительными приборами, изменять характеристики материалов позволяет создать для учащегося некую виртуальную творческую лабораторию, где они могут не только изучить определенный раздел, но и развить в себе навыки исследователя.

Следует отметить, что применение виртуальной лабораторной базы не исключает проведения лабораторных работ в реальной лаборатории, но позволяет заместить часть из них или более детально подготовиться к ним.

Опыт использования компьютерных технологий [5-8] показывает, что машина не может полностью заменить преподавателя, но позволяет освободить его от ряда утомительных функций, в частности от отработки элементарных умений и навыков, проверки знаний, а также сделать учебные занятия яркими и насыщенными, предоставляя при этом учащимся максимальную свободу творчества.

Таким образом, компьютерные средства имитационного моделирования в учебном процессе технического вуза, несомненно, позволяют сделать учебный процесс более современным, уменьшить финансовые затраты, повысить заинтересованность участников образовательной среды в научных и методических исследованиях.

Экспериментальная часть Нами была предпринята попытка создать ряд виртуальных лабораторных работ по одной из дисциплин подготовки специалистов на инженерно-педагогическом факультете. Изучение дисциплины «Пневматические устройства и системы» предусматривает проведение лабораторных работ. Для обеспечения выполнения экспериментальных работ необходимо наличие технически оснащенных лабораторий, которые должны иметь все необходимые инструменты и современную техническую базу, а также квалифицированный обслуживающий персонал. Однако высокая стоимость лабораторного оборудования и приборов, а так же большая вероятность выхода из строя оборудования приводит к тому, что студенты не всегда имеют возможность получить необходимые практические навыки. Частично снизить остроту проблемы помогают средства вычислительной техники и компьютерное моделирование.

Разработанные виртуальные лабораторные работы по дисциплине «Пневматические устройства и системы» снизили остроту вопроса обеспечения лабораторного практикума необходимой техникой, помогли студентам разобраться с составлением структурных схем установок. На разработанных электронных стендах последовательно отображались все элементы и протекающие процессы, а затем происходило уточнение назначения деталей установки. На рисунке приведена схема одной из виртуальных работ, с помощью которой моделируется процесс работы пневматических установок. Студенты самостоятельно осуществляли «контролируемый» впуск воздуха по трубопроводу в пневмоцилиндры, вследствие чего происходило изменение положения измерительных элементов устройства.

Материал данных экспериментов дает возможность измерения разных параметров рабочего цикла пневмоцилиндра, а результаты эксперимента, после соответствующих расчетов, отобразить в виде графиков.

Рис. Схема для моделирования работы пневматических установок Выводы Замена в процессе изучения естественнонаучных (например: физика, химия) и ряда технических дисциплин рассматриваемых явлений некоторыми эквивалентными моделями приводит к увеличению глубины познания, т.е. перехода от сущности одного порядка к сущности следующего, более высокого уровня, одна модель рассматриваемого явления заменяется другой, более совершенной. Так по узловым вопросам специальности образование инженера процесс обучения может строиться на более сложных моделях, чем образование с помощью традиционной техники, т.е. на моделях, дающих возможность более глубокого проникновения в сущность явлений. Словом более совершенные решения организации современного педагогического процесса в большинстве случаев приводят к более полным знаниям.

Национальный Интернет-портал Республики Беларусь. Всемирная сетевая академия. [Электронный ресурс]. – Минск, 2010. – Режим доступа: http://www.gnacademy.org. – Дата доступа: 28.01.2010.

Национальный Интернет-портал Республики Беларусь. Всемирный лекционный зал. [Электронный ресурс]. – Минск, 2010. – Режим доступа: http://www.utexas.edu/world/lecture. – Дата доступа: 28.01.2010.

Национальный Интернет-портал Республики Беларусь. Открытый университет Великобритании. [Электронный ресурс]. – Минск, 2010. – Режим доступа: http://www.ou-link.ru/ou/oubs.htm. – Дата доступа:

28.01.2010.

Кечиев, Л.Н. Методы и средства построения образовательного портала технического вуза / Л.Н. Кечиев, Г.П. Путилов, С.Р. Тумковский // Открытое образование. – 2002. – № 2. – С. 34–42.

Краўчэня, Э.М. Клас вылічальнай тэхнікі ў навучальных установах / Э.М. Краўчэня // Весці БДПУ. – Кравченя, Э.М. Программное обеспечение и технология тестового контроля / Э.М. Кравченя // Народная асвета. – 2004. – № 12. – С. 15-17.

Кравченя, Э.М. Эффективность использования компьютерных технологий в учебной деятельности / Э.М. Кравченя, И.А. Буйницкая // Адукацыя і выхаванне. – 2008. – № 1. – С. 62-65.

Кравченя, Э.М. Информационный ресурс и научно-исследовательская деятельность студента, как средство повышения уровня специальной подготовки инженера-педагога / Э.М. Кравченя, Ю.А. Минальд, В.И. Молочко // Вестник БНТУ. – 2009. – № 5. – С. 112-117.

Кравченя Эдуард Михайлович, доцент кафедры профессионального обучения и педагогики инженерно-педагогического факультета Белорусского национального технического университета, кандидат физико-математических наук, доцент, [email protected].

УДК 004.432:378.

ТЕХНОЛОГИЯ РАЗРАБОТКИ ДЕМОНСТРАЦИОННЫХ

УЧЕБНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПО ОСНОВАМ

ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ

В работе описывается новая технология разработки интерактивных демонстрационных учебных материалов, основанная на Java Reflection. Главным элементом разработки является механизм динамической генерации слайдов, использующий скриптовое описание демонстрационных сценариев. Благодаря этому описываемая технология не имеет жесткой привязки к изучаемым языкам программирования. Разработка ориентирована на использование при изучении дисциплин «Программирование» и «Теория алгоритмов» на младших курсах вузов.

Введение В настоящее время Республика Беларусь испытывает потребность в специалистах в области информационных технологий. Наиболее актуальной и востребованной парадигмой программирования сейчас является объектно-ориентированное программирование (ООП). Поэтому его изучение начинается уже с первых семестров обучения в вузе.

Имеющиеся электронные учебники по этой тематике в большинстве своем представляют собой электронные варианты книг (см., например, [1]). Для обеспечения наглядности в подобных учебниках обычно используются лишь статические изображения и схемы, сопровождаемые программным кодом примеров.

Дополнительные трудности на первых шагах изучения абстрактных понятий ООП привносят и используемые среды программирования. Студент вынужден, в первую очередь, уделять внимание созданию верной структуры каталогов и сохранению файлов, следованию синтаксису языка и т.п. При этом непосредственно ООП отходит на второй план. Кроме того, большинство интегрированных сред программирования разработаны для профессионального программирования, обладают огромной функциональностью и, следовательно, сложным интерфейсом, в котором студенты могут запутаться даже при попытке выполнить элементарное действие.

Не вызывает сомнения, что для более эффективного усвоения базовых понятий объектноориентированного программирования в электронные учебники следует внедрять достаточное количество динамических и, по мере возможности, интерактивных демонстрационных фрагментов.

Демонстрационная среда На кафедре прикладной математики и механики УО «ВГУ им. П.М. Машерова» разработана технология подготовки демонстрационных учебных материалов по основам объектноориентированного программирования. В основе технологии лежит демонстрационная среда, обладающая следующими характеристиками:

1. Простой и наглядный интерфейс, не загроможденный лишними деталями.

2. Независимость от используемого языка программирования.

3. Простая подготовка примеров для проведения демонстрации.

4. Возможность интеграции в электронные учебники, в т.ч. в Web-ориентированные приложения.

5. Соответствие используемых графических средств принятым в промышленном программировании.

Интерфейс среды представлен на рисунке 1. Окно приложения разделено на две части. В левой части в графической форме изображаются созданные объекты и связи между ними. Способ отображения выбран максимально близким к традиционным UML-диаграммам [2]. По умолчанию отображаются только поля объектов, при необходимости можно переключиться в режим отображения полей и методов. В правой части окна приводится текст фрагмента программы. Здесь же можно просмотреть детальные характеристики созданных объектов.

Выполнение программы осуществляется пошагово. На экране, по мере создания, отображаются объекты и связи между ними. Пользователи могут неоднократно возвращаться к предыдущему шагу, вплоть до начального состояния, и повторно просматривать процесс выполнения программы.

Реализация приложения При разработке демонстрационной среды использовался язык программирования Java.

Благодаря этому было получено переносимое приложение, а модуль проигрывания слайдов может легко встраиваться в Web-документы в виде апплетов.

Структурная схема приложения приведена на рисунке 2.

На вход программы поступает XML-скрипт с описанием демонстрационного сценария. После анализа скрипта на корректность осуществляется его преобразование во внутреннюю форму.

Дальнейшая обработка скрипта осуществляется модулем виртуальной машины. С использованием технологии Java Reflection, по командам скрипта, таким как создание объектов, присваивание, вызов методов, выполняются операции над реальным объектами. На каждом шаге исполнения фиксируется набор объектов, их состояние и связи между ними.

Полученные описания слайдов передаются модулю проигрывателя, который осуществляет отображение объектов на экране. Данные описания могут быть сохранены в виде отдельного файла, пригодного для использования проигрывателем, встраиваемым в виде апплета в Webстраницы.

Пример В качестве примера приведем фрагмент скрипта, описывающий создание объекта «Треугольник» на основании трех объектов «Точка».

Листинг 1. Пример фрагмента скрипта, описывающий создание объекта «Треугольник»

Triangle ABC(A,B,C);

В каждой команде необходимо указать объект, над которым будет выполняться операция (в примере это объект-треугольник ABC), описание операции (в примере это вызов конструктора), а также описать параметры данной операции (в примере это три объекта-точки – A, B и С).

Описание каждой команды завершается текстовой строкой, отображаемой на экране в процессе выполнения программы. Это позволяет сымитировать выполнение программы, записанной на любом языке, имеющем подходящую структуру.

Заключение Использование разработанного приложения должно повысить эффективность первоначального изучения ООП. Кроме электронных лекций, данное приложение может использоваться при проведении практических занятий, а также при самоподготовке студентов. При размещении демонстрационной среды в сети Internet, она может использоваться для заочного и, в частности, для дистанционного обучения.

Мейер, Б. Основы объектно-ориентированного программирования [Электронный ресурс] / Б. Мейер // http://www.intuit.ru/department/se/oopbases.

Бабич, А.В. Введение в UML [Электронный ресурс] / А.В. Бабич // Интернет университет информационных технологий. – 2008. – Режим доступа: http://www.intuit.ru/department/ se/intuml.W. Hall. Hypermedia and The Web – An engineering Approach / J. Wiley and sons, 1999. – 299p.

Кунцевич Сергей Петрович, доцент кафедры прикладной математики и механики Витебского государственного университета имени П.М. Машерова, кандидат физико-математических наук, [email protected].

Павлюкова Лариса Николаевна, студентка 5-го курса математического факультета Витебского государственного университета имени П.М. Машерова, [email protected].

УДК 378.016:

ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ОБУЧЕНИЯ В КОМПЬЮТЕРНОЙ

ПОДГОТОВКЕ БУДУЩИХ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ МАТЕМАТИКИ И ИНФОРМАТИКИ

В статье делается акцент на методологии использования адаптивных технологий обучения в рамках учебных курсов «Методы программирования и информатика» и «Методика преподавания информатики» для студентов специальности 1-31 03 01-02 «Математика» на примере Гродненского государственного университета имени Янки Купалы.

Введение Необходимость обновления содержания образования и пересмотра существующих технологий подготовки студентов университета обусловлены, прежде всего, необходимостью ориентации образования на новые требования общественного развития и устранения отставания университетского образования от новейших достижений педагогической, компьютерных и других наук.

Авторский подход к решению проблемы В педагогической литературе акцентируется внимание на адаптивном характере современных технологий обучения, предусматривающем междисциплинарную подготовку обучаемых, многовариантность профессионально-педагогической деятельности, а также управление и самоорганизацию на основе рефлексии [1].

В практике подготовки студентов Гродненского университета по специальности 1- 01-02 «Математика» эта адаптивность базируется на внедрении личностно ориентированных технологий обучения, обеспечивающих индивидуальную траекторию обучения каждого отдельного студента. Адаптивные технологии обучения практикуются в рамках преподавания курсов «Методы программирования и информатика» и «Методика преподавания информатики».

В объеме методической подготовки будущих преподавателей математики и информатики осуществляется включение учебных задач в контекст профессиональных проблем, что способствует адаптации студентов к будущей профессии накануне педагогической практики в школе. Например, студенты решают методические проблемы: Как правильно прочитать числа 548, 1002, 1E,216? В какой последовательности Вы, как учитель, будете вводить основные понятия темы? Может ли существовать «всемогущий исполнитель», для которого любое действие является допустимым? Какой дидактический принцип следует использовать учителю для установления связи теоретических знаний с практикой? и др.

Содержание учебных задач представлено в системе дистанционного обучения MOODLE.

Здесь же приводятся другие учебные материалы, входящие в состав учебного методического комплекса (учебная и рабочая программа дисциплины, тексты лекций, компьютерные презентации, образцы выполнения учебных задач, задания для индивидуальной и контролируемой самостоятельной работы, материал для семинарских и практических занятий, компьютерные тесты, электронные учебники).

Собственно система MOODLE представляется для студентов примером системы дистанционного обучения, и работа в ней готовит выпускников для организации в будущей практической деятельности дистанционного обучения школьников. Это проявляется через развитие способностей к формированию нового знания, рефлексии, к многовариантному решению задач, проектированию своей профессиональной деятельности и умению вступать во взаимодействие с профессиональной средой.

В рамках курса «Методика преподавания информатики» будущие преподаватели самостоятельно моделируют процесс обучения (деятельность учения и деятельность преподавания) на основе сформулированных преподавателем учебных вопросов, базы конечных результатов обучения (знаний, умений и навыков). Эти виды деятельности проектируются преподавателем на модельный урок, подготовленный студентом и представленный в виде фрагмента деловой игры. Самоанализ и коллективное обсуждение результатов моделирования учебных ситуаций позволяют выявить возможные источники ошибок и погрешностей в профессиональной деятельности, что способствует формированию умений предварительного осмысления (умственного моделирования) хода учебного процесса.

Одним из важным компонентов культуры будущего учителя является информационная культура, которая позволяет широко использовать новые программные средства, мультимедийные технологии и Web-ресурсы. Информационная культура формируется через проектную деятельность преподавателя информатики (программирование педагогического процесса; проектирование инновационного процесса; проектирование внеурочной деятельности и т.д.), через технологии обучения информатике (продуктивные, суггестотехнологии, игровые технологии обучения информатике) и технику преподавателя информатики (техника речи, техника перевоплощения) [2].

Анализ опыт обучения информатике и методике ее преподавания свидетельствует, что наиболее продуктивными методами являются деловые игры, метод учебных проектов [3]. Последний основан на исследовательской деятельности студентов по решению задач из данной предметной области и способствует профессиональному становлению студентов, формированию устойчивых навыков коллективной деятельности.

Студенты готовят индивидуальные проекты по предлагаемым направлениям и темам, например, «Анализ школьных учебников по информатике», «Подготовка учителя информатики к новому учебному году» и т.д.

При проектировании структуры содержания учебного процесса актуальным представляется модульно-интегративный подход, который предполагает формирование у студентов тезауруса в виде многосвязной сети различных модулей [4].

Технология организации обучения студентов по индивидуальным образовательным траекториям основана на использовании компьютеризированного учебно-методического комплекса и включает следующие этапы: диагностика начального уровня компьютерной подготовки студента;

определение уровня сложности индивидуальных заданий; выполнение индивидуальных заданий;

самооценка и оценка деятельности студента; демонстрация результатов деятельности и коллективное обсуждение; выводы и обобщения [5, 6].

Рыбакова, Т.В. Интенсификация методической подготовки будущего учителя математики при изучении темы «Векторы» и приложений векторов в школьном математическом образовании: дис.... канд. пед.

наук: 13.00.02. / Т.В. Рыбакова. – Москва, 2003. – 222 c.

Власова, Е.З. Теоретические основы и практика использования адаптивных технологий обучения в профессиональной подготовке студентов педагогического вуза: автореф. дис.... д-ра пед. наук:

13.00.08 [Электронный ресурс] / Е.З. Власова // © Научная электронная библиотека, 2003-2009. – Режим доступа: http://www.lib.ua-ru.net/diss/cont/106060.html. – Дата доступа: 13.03.2010.

Абдуразаков, М.М. Совершенствование содержания подготовки будущего учителя информатики в условиях информатизации образования: автореф. дис. … д-ра пед. наук: 13.00.02; 13.00.08: / М.М. Абдуразаков. – М., Аналитический обзор международных тенденций развития высшего образования № 5 (январь – июнь 2003 г.) [Электронный ресурс] / Издания Центра проблем развития образования Белорусского государственного университета. – Режим доступа: http://charko.narod.ru/index15.html. – Дата доступа 13.03.2009.

Макарова, Н.П. Роль и место интерактивных педагогических технологий в вузовском преподавании (на примере курса «Методика преподавания информатики») / Н.П. Макарова // Веснiк Гродзенскага дзяржаўнага ўнiверсiтэта iмя Янкi Купалы. – Серыя 3. – 2009. – № 2. – 140-142.

Макарова, Н.П. Использование методов активного обучения в преподавании курсов по программированию / Н.П. Макарова // Современные информационные компьютерные технологии: сб.

науч. ст. – Гродно: ГрГУ, 2006 – 302 с. – С. 139–143.

Макарова Нина Петровна, доцент кафедры информатики и компьютерного моделирования Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, кандидат педагогических наук, доцент, [email protected].

УДК 004.

КОНТРОЛЬНО-ОЦЕНОЧНАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

В ПРЕПОДАВАНИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

В статье рассматриваются основные этапы контрольно-оценочной деятельности в преподавании вузовского курса «Информационные технологии». Представляются составляющие компоненты этапов этой деятельности, дается их краткая характеристика. Особое внимание уделяется организации компьютерного контроля.

Введение Одним из актуальных направлений проникновения научно-технического прогресса в образование является информатизация образования, и как необходимый ее компонент – компьютеризация контроля знаний, навыков и умений. Под информатизацией высшего образования будем понимать реализацию комплекса мер, направленных на повышение уровня подготовки специалистов путем расширения сферы использования компьютерных технологий в учебной работе и управлении учебным процессом [1].

Основной целью контроля является оценка качества полученных теоретических знаний, практических умений и навыков, проверка глубины усвоения основного теоретического аппарата, степени применения и использования полученных знаний в практической деятельности.

Всю контрольно-оценочную деятельность условно можно разделить на несколько этапов, каждый из которых включает следующие компоненты: цель, объект контроля и оценки, эталон, с которым сравнивается объект, результат контрольно-оценочной деятельности. В качестве объекта контроля и оценки может выступать: 1) изучение студентом лекционного материала, подготовка и защита сообщения, реферата по тематике изучаемого материала, подбор информации и ее систематизация по тематическим разделам в виде презентаций, опорных схем; 2) выполнение лабораторных работ из предлагаемого преподавателем перечня, предоставление решения практических заданий. Эталоном контроля является представление субъекта (преподавателя), осуществляющего контроль, о нормативном характере (состоянии) объекта контроля [2].

Этапы контрольно-оценочной деятельности Применительно к преподаванию информационных технологий этапы контрольно-оценочной деятельности представляются нами в виде совокупности вопросов для: самопроверки при подготовке теоретического материала занятия; допуска к выполнению лабораторного занятия; тестового, ключевого, контрольного задания лабораторного занятия; выполнения задания по образцу, с указанием пооперационных действий или приведением алгоритма решения задачи; контрольной работы после изучения темы; коллоквиума, который предполагает промежуточный контроль теоретических знаний; зачета, демонстрирующего глубину усвоения основных технологических приемов решения задач и степень использования практических навыков при решении типовых задач по информатике; экзамена.

Сам контроль представляет собой процесс сравнения, сличения, установления одинаковости или различий объекта и эталона. Для оценки результатов контроля в зависимости от цели каждого этапа контрольно-оценочной деятельности преподаватель избирает какой-то критерий и с его помощью производит оценку объекта контроля [3].

Результат оценивания формулируется преподавателем в развернутой устной форме, фиксируется принятием или отрицанием объекта контроля, оценивается количественной шкалой.

Обзор этапов контрольно-оценочной деятельности Дадим характеристику сущности контроля на некоторых этапах контрольно-оценочной деятельности.

1. Допуск к выполнению лабораторной работы. Цель данного контрольно-оценочного этапа:

установление уровня овладения студентами учебным теоретическим материалом, необходимого для реализации практических заданий. Объектом контроля в данном случае являются знания студентов по теме, определенной лабораторным занятием. Эталоном для проведения контроля является теоретический материал, представленный на лекциях, в учебниках и учебных пособиях. Результат контроля: правильность и полнота знаний студента, недочеты и пробелы в его ответах. В результате контроля преподаватель осуществляет допуск студента к выполнению лабораторного занятия. Критерием контроля для преподавателя на этом этапе служит степень усердия студента в учебной деятельности. Этот критерий носит субъективно-личностный характер, и основан на сравнении результата текущего контроля с прошлыми результатами контроля студента.

2. Выполнение лабораторной работы. Контрольно-оценочная деятельность на этом этапе ставит своей целью отслеживание правильности, скорости и результативности исполнения студентом возможной последовательности технологических приемов и алгоритмов действий для решения типовых задач информационных технологий. При этом происходит установление факта выполнения всех заданий лабораторной работы, совпадение результата выполнения контрольного, тестового, ключевого задания с образцом, либо получение единственно верного ответа при решении задачи. Объект контроля как бы скрыт, явно проявляется лишь оценочное воздействие преподавателя на студента, оценивающая стимуляция в виде согласия, одобрения, поощрения, замечания, отрицания и др. [3]. Эталоном контроля является правильное выполнение последовательности действий, достижение желаемого результата, получение верного ответа. Критерий контроля – выполнение всех заданий лабораторной работы. На этом этапе происходит контроль и логическое оценивание (выполнено, не выполнено).

3. Компьютерная контрольная работа, как этап контрольно-оценочной деятельности, имеет своей целью установление уровня овладения студентами учебного материала, как теоретического, так и практического. Объектом контроля в этом случае являются умения и навыки студентов в решении задач определенного раздела, включенных в контрольную работу. В результате контроля преподаватель устанавливает в отношении каждого студента следующие акценты: правильно ли последний решил каждую задачу, выполнил задание, является ли его решение рациональным, оригинальным, какие недочеты или ошибки допущены в решении, чем они объясняются [4]. Происходит оценка выполнения каждого задания, каждой задачи и отметка всей работы в целом. Критерием при этом служат официальные нормы оценок. На этом этапе осуществляется контроль и оценивание.

4. Проведение коллоквиума, целью которого является промежуточный контроль знаний студентов, выявляет уровень систематизации, классификации и глубину усвоения теоретического материла. Объектом контроля в данном случае являются знания студентов по нескольким темам и теоретическим разделам. Эталоном для проведения контроля является теоретический материал, представленный на лекциях, в учебниках и учебных пособиях. Результат контроля: правильность и полнота знаний студента, недочеты и пробелы в его ответах. В результате контроля преподаватель оценивает глубину и полноту теоретических знаний студента. В качестве критериев контроля на данном этапе преподаватель использует официальные нормы оценок и степень усердия студента в учебной деятельности. На этом этапе происходит не только контроль, но и оценивание.

5. Целью зачета, как контрольно-оценочного этапа, является демонстрация степени и качества применения практических навыков при решении практических задач, проблем прикладной тематики, узнавания заданий и оценивание скорости применения усвоенных технологических приемов для получения результата. Объектом контроля в данном случае является уровень развития у студентов зрительной и моторной памяти, степень восприятия и осознания проделанной практической работы, умение применить теоретические знания, изученные приемы и алгоритмы при решении типовых задач информатики. Эталоном для проведения контроля является получение решения задачи, либо предоставление пошагового перечня технологических приемов для достижения цели практического задания. Результат контроля – оценивание практической деятельности студента (зачтено, не зачтено). Критерием на этом этапе служат официальные нормы оценивания.

6. Экзамен является итоговым контрольно-оценочным этапом. Его цель – оценивание уровня и глубины усвоения полученных знаний при рассмотрении проблемных теоретических ситуаций и качества применения знаний и навыков при решении задач прикладного характера. Объектом контроля выступают знания и умения студентов, полученные в результате изучения теории, навыки и умения, приобретенные после выполнения комплекса лабораторных работ.

Заключение Таким образом, контроль знаний, навыков и умений является важной составляющей в преподавании курса «Информационные технологии». Выделение компонентов контрольно-оценочной деятельности позволяет правильно спроектировать взаимодействие обучаемых и преподавателей.

Бычко, Е.С. Дидактические условия внедрения информационных технологий в процессе подготовки инженеров-педагогов // Е.С. Бычко, О.Н. Кулик // Современная радиоэлектроника: научные исследования и подготовка кадров: сб. материалов (по итогам работы МНПК, Минск, 23–24 апреля 2008 г.): в 3 ч. Ч. 3 / М-во образования РБ, Учреждение образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»;

под общ. ред. проф. Н.А. Цырельчука. – Минск: МГВРК, 2008. – 270 с. – С. 38–40. – [Электронный ресурс]. – Официальный сайт МГВРК. – Режим доступа: http://www.mgvrk.by/index.php. – Дата доступа: 11.10.2009.

Фридман, Л.М. Педагогический опыт глазами психолога: кн. для учителя / Л.М. Фридман. – М.: Просвещение, Ананьев, Б.Г. Человек как предмет познания / Б.Г. Ананьев. – Л. Изд-во Ленинградского университета, 1968. – Новейший психолого-педагогический словарь / сост. Е.С. Рапцевич; под общ. ред. А.П. Астахова. – Минск:

Современная школа, 2010. – 928 с.

Масальская Елена Владимировна, магистрант кафедры информатики и компьютерного моделирования Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, ст. преподаватель кафедры МАИВТ физико-математического факультета Могилевского государственного университета, [email protected].

Макарова Нина Петровна, доцент кафедры информатики и компьютерного моделирования Гродненского государственного университета имени Янки Купалы, кандидат педагогических наук, доцент, [email protected].

УДК 74.

ГОТОВНОСТЬ БУДУЩИХ УЧИТЕЛЕЙ ФИЗИКИ

К ИСПОЛЬЗОВАНИЮ НА УРОКАХ И ФАКУЛЬТАТИВНЫХ ЗАНЯТИЯХ

С УЧАЩИМИСЯ ИНТЕРНЕТ-ТЕХНОЛОГИЙ

(анализ результатов педагогического эксперимента) В статье приводится анализ опытно-экспериментальных данных, полученных в рамках реализации задач педагогического эксперимента на базе Гимназии №3 г. Гродно по выявлению педагогических условий, обеспечивающих формирование у будущих учителей физики готовности к использованию в учебном процессе Интернет-технологий.

Введение Реализация методической задачи повышения эффективности обучения физике на современном этапе развития общеобразовательной школы, обусловливает необходимость определения и раскрытия с этой целью педагогических условий использования возможностей Интернеттехнологий. Однако успешность реализации данной задачи во многом определяется уровнем готовности будущего учителя физики к данной деятельности. Теоретический анализ профессионально-методической готовности говорит о сложности и многогранности данного педагогического свойства личности учителя, что обусловило необходимость обращения к идеям компетентностного подхода (Е.В.Бережнова [1], И.А.Зимняя [2], А.В.Хуторской [3] и др.) в целях выявления содержания данной готовности.

В рамках проводимого исследования, под готовностью учителя физики к применению педагогических возможностей Интернет-технологий в учебном процессе нами понимается устойчивое интегративное качество личности педагога, характеризующееся целостностью теоретического и практического компонентов в структуре личности педагога, обусловливающее профессиональнометодическую компетентность учителя физики в использовании технологий и ресурсов Интернета в целях повышения эффективности процесса обучения при организации урочной деятельности и факультативных занятий с учащимися. Базовыми компонентами готовности педагога к применению педагогических возможностей Интернет-технологий являются теоретические и практические компетенции. Это обусловлено тем, что данные компетенции задают готовность учителя к использованию технологий и ресурсов Интернета в процессе обучения физике в теоретическом и практическом аспектах. К теоретическим компетенциям можно отнести следующие: аналитико-прогностические, проективно-технологические, рефлексивные умения. Практические компетенции по В.А.Сластенину определяются организаторскими и коммуникативными умениями. На наш взгляд, данная готовность педагога может проявляться на различных уровнях: высоком, среднем и низком.

Основная часть В целях выявления представлений у будущих учителей физики о возможностях использования Интернет-технологий для повышения качества обучения физике на современном этапе, нами изучалась педагогическая деятельность студентов 4 и 5 курсов физико-технического факультета Гродненского государственного университета имени Янки Купалы во время прохождения ими педагогической практики на базе гимназии № 3 г. Гродно. При этом мы подвергали анализу:

1) содержание проводимых установочных и итоговых бесед со студентами; 2) результаты интервьюирования будущих учителей физики по вопросам использования возможностей Интернета в практике проектирования и проведения уроков и факультативных занятий с учащимися; 3) экспертизу посещения уроков и факультативных занятий, проводимых студентами.

Изучение педагогической деятельности студентов в период педагогической практики (2004-2006 гг.) позволило нам сделать следующие выводы.

1. Анализ бесед со студентами показал недостаточный объем их знаний о педагогических возможностях использования технологий и ресурсов Интернета в практике обучения физике в школе.

2. Большинство будущих учителей (80 %) применяло при подготовке планов-конспектов уроков и факультативных занятий методические ресурсы Интернета. Однако Интернеттехнологии не использовались ими при проведении уроков и факультативов по физике в качестве средства (одного из средств) проведения занятий с учащимися.

3. Уровень готовности студентов использовать в практике работы с учениками Интернеттехнологии оказался явно недостаточным для обеспечения эффективного процесса проектирования и проведения с помощью Интернета уроков и занятий на факультативах по физике исходя из конкретных условий (уровня подготовленности класса, материально-технической базы учебных лабораторий физики и др.).

4. Пользовательские навыки работы с Интернет-технологиями развиты у будущих учителей физики на достаточном и оптимальном уровнях (в оценках самих студентов).

5. Наибольшие затруднения у будущих учителей физики в связи с использованием Интернеттехнологий возникают в процессе: 1) организации самостоятельной учебно-познавательной деятельности учащихся на уроках физики и факультативах с использованием технологий и ресурсов Интернета (у 90 % студентов); 2) организации инновационных форм проведения занятий по физике с использованием Интернет-технологий (у 84 % студентов); 3) отбора и анализа содержания Интернет-ресурсов по физике, которые могут быть использованы на уроках и факультативных занятиях с учащимися (у 65 % студентов); 4) выявления условий эффективного использования Интернет-технологий в практике обучения физике (у 52 % опрошенных студентов) и др.

Между тем 95 % будущих учителей ответили положительно на вопрос: «Есть ли необходимость использования Интернет-технологий в обучении физике на современном этапе?»

Таким образом результаты констатирующего эксперимента позволили сделать следующий вывод: готовность будущих учителей физики использовать возможности Интернет-технологий в учебном процессе является недостаточной.

В формирующем эксперименте (2008-2010 гг.) принимали участие студенты – будущие учителя физики Гродненского государственного университета имени Янки Купалы (n=40 человек). Научно-методическим обеспечением данного процесса явилась специально конструируемая система учебных занятий, обеспечивающая обогащение профессионально-методической подготовки будущих учителей физики в ходе изучения спецкурса «Информационные технологии в преподавании физики». Данный спецкурс изучается студентами физико-технического факультета Гродненского государственного университета имени Янки Купалы со второго семестра на 4 курсе.

При этом пропедевтический этап подготовки студентов осуществлялся со второго семестра на курсе при изучении методики внеклассной работы по физике и курса методики преподавания физики.

В рамках экспериментальной работы с будущими учителями физики была организована и проведена блочно-модульная система учебных занятий «Разработка уроков физики и факультативных занятий с использованием Интернет-технологий». Она представлена совокупностью вариативных форм проведения занятий. В цикле лекций данной тематики была определена значимость формирования готовности учителя к использованию Интернет-технологий в практике работы с учащимися, раскрыты основные дидактические предпосылки использования Интернета в обучении физике, обоснован алгоритм разработки факультативов по физике с использованием Интернет-технологий, а также структура информационно-познавательных заданий по физике для организации учебно-познавательной деятельности учащихся в Интернете. Лекции дополнялись практическими и семинарскими занятиями. На семинарских занятиях студентам были представлены этапы конструирования учебных заданий по физике с применением Интернет-ресурсов, проиллюстрированы возможности образовательных ресурсов Интернета применительно к обучению физике в школе, а также вариативные формы организации учебных занятий по физике с помощью Интернет-технологий. На практических занятиях проводилась отработка действий по проектированию и проведению элективных курсов по физике с использованием Интернет-технологий на основе выполнения будущими учителями специальных методических заданий, которые позволяли на задачной основе обеспечить формирование и передачу опыта студентам в области обучения физике в средней школе.

В процессе прохождения педагогической практики студенты также выполняли методические задания исследовательского характера, которые позволяли им проанализировать педагогические аспекты проектирования и проведения уроков и факультативных занятий с использованием Интернет-технологий непосредственно в школе: разработайте факультативное занятие по физике, построенное с использованием технологий и ресурсов Интернета; составьте анкету для учащихся в целях выявления отношения обучаемых к использованию учителем на уроках и факультативах по физике Интернет-технологий; охарактеризуйте особенности усвоения программного материала различными категориями учащихся с использованием Интернета; выявите проблемы, которые могут возникнуть у учителя физики в связи с использованием Интернет-технологий; разработайте учебное занятие с использованием виртуального физического эксперимента и др.

Диагностика исходного уровня готовности будущих учителей физики использовать Интернет-технологии в практике проектирования и проведения элективных курсов осуществлялась нами в начале формирующего эксперимента, повторная диагностика проведена в марте 2010 года.

При этом нами использовался контрольно-оценочный цикл методических заданий. Данный цикл заданий был построен таким образом, чтобы по результатам его выполнения студентами можно было бы судить об уровне сформированности у респондентов каждого из умений, входящих в совокупные показатели теоретических и практических компетенций готовности учителя физики к использованию Интернет-технологий в учебном процессе. Каждый из параметров оценивался по 10-балльной шкале. При этом уровни готовности педагогов определялись следующим образом:

1) высокий уровень – оценивался от 8 до 10 баллов, 2) средний уровень – от 5 до 7 баллов, 3) низкий уровень – от 2 до 4 баллов.

Содержание контрольно-оценочных циклов методических заданий, предлагавшихся для выполнения студентам на этапе диагностики исходного и итогового уровней готовности к использованию технологий и ресурсов Интернета, позволило выявить количество будущих учителей с высоким, средним и низким уровнем готовности к использованию Интернет-технологий.

Качественным показателем эффективности экспериментальной работы с педагогами стал высокий и средний уровни сформированности готовности учителей физики к использованию Интернет-технологий в обучении у 65 % студентов физико-технического факультета, с которыми проводилась экспериментальная работа (таблица 1).

Общая положительная динамика полученных эмпирических данных свидетельствует об эффективности и целесообразности проделанной работы по формированию готовности учителей физики к использованию Интернет-технологий при проектировании и проведении уроков физики и факультативных занятий.

Таблица 1 – Показатели изменений уровня готовности студентов физико-технического факультета к использованию Интернет-технологий по результатам проведения экспериментальной работы (n=40), % Уровень готовности Студенты физико-технического факультета Достоверность произошедшего приращения оценивалась нами с использованием Tкритерия Вилкоксона (таблица 2).

Таблица 2 – Результаты расчета T-критерия при сопоставлении замеров уровня готовности студентов физико-технического факультета «до» и «после» проведения экспериментальной работы Отмеченные критерии значимы на уровне p 0 выполнения заказа и запрещением разбиения его на части при обработке. Данная задача реализуется следующей задачей булева программирования:

Во втором случае предполагается наличие разнотипного, но взаимозаменяемого оборудования, обслуживающего операции с различной производительностью. Определим через tij > 0 время выполнения единицы заказа i, i = 1, 2, …, N, на оборудовании j, j=1, 2, …, M. Допускается разбиение заказа на подпартии xij так, чтобы суммарное количество единиц во всех подпартиях равнялось величине заказа ni, i = 1, 2, …, N. Подпартии закрепляются за теми единицами оборудования, которые обеспечивают по этой номенклатурной позиции наивысшую производительность.

При этом наряду с суммарной максимальной производительностью оборудования достигается и выпуск максимального объема продукции. Данную задачу можно представить следующей многокритериальной моделью:

при ограничениях:

В третьем случае обеспечивается выбор режима работы оборудования, его производительности, с целью обеспечения экономии энергетических ресурсов. Предполагаются известными длительности tij > 0 выполнения деталеопераций, порядок прохождения заказом технологического оборудования в производственном цикле, которое в этом случае не является взаимозаменяемым.

Если единица технологического оборудования выполняет операцию со скоростью vj > 0, то время выполнения деталеоперации на этом оборудовании равно aij = tij / vj. Используя в качестве критерия функционал где C0, C1, …, CM – положительные действительные константы, q0, q1, …, qM – положительные целые константы, t max (v1, v2,..., vM, N ) – наименьшее значение момента завершения обслуживания всех заказов множества N, можно определить порядок поступления заказов на обработку и выбрать подходящие значения скоростей выполнения операций единицами оборудования.

Рассмотрим математическую модель задачи оптимальной загрузки технологической линии.

Пусть имеется технологическая линия, содержащая множество М = {1, 2,..., m} станков и множество S = {1, 2,..., s} комплектов приспособлений. Каждый из станков j, j M, допускает установку любого комплекта приспособлений из подмножества L j комплектов приспособлений L j S, j M, определяемого техническими характеристиками станка.

Обозначим через N = {1, 2,..., n} – множество заказов, поступающих на обслуживание. В соответствии с описанием технологического процесса для обслуживания каждого заказа i, i N, на станках необходимо установить последовательность комплектов приспособлений. Обозначим ее через Si = {a1, …, aj, …, am}, где aj L j, j M, если на j-м приборе выполняется обслуживание i-го заказа, и aj = 0 в противном случае.

Тогда задача состоит в том, чтобы найти такое разбиение множества N на группы заказов, при котором обеспечивается минимальное количество остановов технологической линии на переналадку. Данная задача может быть решена поэтапно. Пусть ti, i N, суммарное время обслуживания заказа i, i N, данной технологической линией. Следует отыскать такое подмножество Т, T Все требования, для которых Si T составят первую группу Р1. Выбросив из множества N заказы первой группы, получим новое множество заказов N1 = N \ P1, для которого также найдем решение аналогичной задачи. Процесс будет повторяться до тех пор, пока множество Nk не станет пустым.

Предлагаемый алгоритм решения задачи основан на методе ветвей и границ и алгоритме решения одного класса задач целочисленного программирования [2].

Рассмотрим математическую модель и методы решения задачи оптимального выбора комплекта приспособлений, возникающей в подсистеме технологической подготовки производства в системе управления гибкого участка механообработки для деталей корпусного типа. Перед подачей на станок корпусные детали должны быть предварительно установлены на специальных площадках, паллетах. Для их крепления используются комплекты приспособлений, устанавливаемые заранее на паллетах. Смена комплекта приспособлений на паллете является достаточно трудоемкой операцией, в связи с чем, и возникает задача выбора комплектов, допускающих по возможности установку максимально возможного числа деталей на паллете без смены комплекта приспособлений.

Обозначим через N = {1, 2,..., n} – множество типов корпусных деталей, поступающих на обработку. Каждому из типов деталей i, i N, для установки на паллете требуется комплект приспособлений Ji S, где множество S = {1, 2,..., s} содержит полный перечень типов приспособлений, имеющихся в секции монтажа и загрузки паллет. Обозначим через R максимальное число позиций на паллете, где могут быть установлены приспособления. Тогда задача состоит в разбиении множества деталей N на группы деталей таким образом, чтобы для одной группы обеспечивалась установка максимально возможного числа деталей на паллете без смены комплекта приспособлений.

Данная задача может быть решена поэтапно. Пусть mi – количество деталей типа i, i N.

Следует отыскать такое подмножество T S, T R, что Все детали, для которых Ji T составят первую группу Р1. Выбросив из множества N детали первой группы, получим новое множество деталей N1 = N \ P1, для которого также найдем решение аналогичной задачи. Процесс будет повторяться до тех пор, пока множество Nk не станет пустым.

Построенный алгоритм решения задачи основан на методе ветвей и границ и максимально учитывает специфику решаемой задачи.

Задача оперативно-календарного планирования и регулирования обеспечивает гибкость планирования расчетов, возможность оперативно и качественно реагировать на возмущающие воздействия производственной среды, что в конечном итоге обеспечивает повышение коэффициента использования дорогостоящего технологического оборудования ГПС.

В задаче выделяется три этапа. На первом этапе формируется производственная программа ГПС на планируемый период. В зависимости от конкретной ситуации для каждой партии деталей m, m = 1, 2, …, M, включаемых в программу на данный плановый период, планируется одна или несколько деталеопераций j, j = 1, 2, …, J m. Размеры партий запуска pmjxmj Pmj X mj по каждой деталеоперации j берутся кратными размерам Pmj транспортных партий, X mj – определяемое количество транспортных партий. Для расчета используются следующие величины: директивный план выпуска nm, трудоемкость t ij 0 обработки одной детали m на j-й деталеоперации на i-м оборудоm вании, коэффициент напряженности выпуска J m, число различных единиц оборудования I, требующихся согласно технологическому маршруту JM для обработки партий деталей на участке, фонды fi, i = 1, 2, …, I, рабочего времени технологического оборудования, величина задела zm и количество деталей ymj, находящихся в незавершенном производстве по j-ой деталеоперации для партии деталей m. При этом может быть обеспечено либо функционирование оборудования с наивысшей производительностью, либо равномерность загрузки оборудования. Математическая модель задачи может На втором этапе строится граф взаимосвязи операций согласно сформированной производственной программе, граф сменно-суточных заданий. Вершины графа представляют собой деталеоперации, каждая из которых связывается с двумя другими вершинами: одна из которых является следующей деталеоперацией технологического маршрута данной партии, а вторая является деталеоперацией другой партии, выполняемой на том же технологическом оборудовании вслед за рассматриваемой деталеоперацией. На дугах графа откладываются либо время пролеживания детали перед следующей деталеоперацией, либо время простоя технологического оборудования до начала выполнения следующей технологической операции.

Задача регулирования, решаемая на третьем этапе, состоит в нахождении минимальных локальных резервов времени партий деталей и общих резервов расписания, а также в выполнении корректирующих действий, позволяющих устранить рассогласование реального состояния производственного процесса с планируемым. Знание резервов расписания позволяет определить порог чувствительности системы оперативного управления, а также выработать стратегию корректировки расписания работы оборудования в течение заданного интервала времени. Диапазон возможных корректировочных действий достаточно широк и включает в себя как простые операции сдвига деталеопераций за счет имеющихся локальных резервов, так и сложные операции репланирования сменно-суточных заданий, связанные с построением нового графа расписания. Регулирование осуществляется в реальном режиме времени на основании информации, поступающей от технологических объектов, хранящейся в базе данных и поступающей от оператора.

Для решения задачи построен комплекс точных и приближенных алгоритмов.

Сотсков, Ю.Н. Математические модели и методы календарного планирования / Ю.Н. Сотсков, В.А. Струсевич, В.С. Танаев. – Минск: Университетское, 1994. – 232с.

2. Hirabayshi, P. Optimal tool module design problem for NC machine tools / P. Hirabayshi, H. Suzuki // Journal Operation Research Society. – 1989. –V. 27, – № 3. – p.205.

Бондаренко Светлана Петровна, старший преподаватель кафедры технологии программирования факультета прикладной математики и информатики Белорусского государственного университета, [email protected].

Акинфина Марина Александровна, доцент кафедры информационных технологий факультета финансов и банковского дела Белорусского государственного экономического университета, канд. физико-математических наук, [email protected].

УДК 621.382.8.049.

ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ЧЕРЕЗ ИНТЕРНЕТ

Приведено описание программно-аппаратного комплекса для проектирования через Интернет, его реализация с учетом выбора оптимальных средств и современных Интернеттехнологий. Комплекс активно используется в лекционных курсах и компьютерных лабораторных занятиях в рамках дисциплин, связанных с проектированием в микроэлектронике.

Введение Существенной проблемой, особенно в области микроэлектроники, является высокая стоимость и, как следствие, недоступность современного программного обеспечения для проектирования интегральных схем (ИМС). Так, общая стоимость программного обеспечения для проектирования ИМС на мировом рынке в 2007 г. составляла около 900 миллионов долларов, и она постоянно возрастает с темпом порядка 8% в год. Программы, распространяемые бесплатно (по лицензии Open Source) обладают ограниченной функциональностью, содержат много ошибок и недоработок. Отсутствие возможности изучать и использовать современные и полнофункциональные средства проектирования ИС ощутимо сказывается, в частности, на уровне подготовки и повышения квалификации специалистов-разработчиков ИМС.

Очевидно, что использование среды Интернет для обучения навыков работы с недоступным проектировщику программным обеспечением, а также для осуществления проектирования в режиме клиент-сервер посредством необходимого программного обеспечения, размещенного на центральном сервере, является чрезвычайно эффективным. Еще одним аспектом использования сети Интернет для проектирования является совместная работа над одним проектом (под управлением координатора) разделенными в пространстве специалистами, обладающими различным уровнем профессионализма и опыта. Примером такой системы групповой разработки приложений, применяемой при разработке крупных проектов, является технология CVS, широко используемая в SourceForge.

Методологические требования к комплексу удаленного проектирования Анализируя потребности в области проектирования технологии ИМС, можно сформировать основные требования, как к самим научно-техническим задачам, так и к комплексу удаленного проектирования в целом.

Самым главным требованием для организации комплекса удаленного проектирования является обеспечение такого выбора стандартных средств и технологий, чтобы гарантировать разработчикам устойчивые удаленные соединения с программным комплексом микроэлектроники с одновременным обеспечением минимальной нагрузки на центральный сервер и его сетевой интерфейс.

Основные требования:

1. Возможность наращивания функциональности комплекса удаленного проектирования.

2. Обеспечение возможности обработки запроса одного или одновременно нескольких пользователей.

3. Обеспечение функционирования комплекса удаленного проектирования с использованием различных аппаратных платформ и операционных систем.

4. Организация технологии клиент-сервер на программном обеспечении; при этом наиболее ресурсоемкие расчеты осуществляются на серверной части.

5. Реализация математических алгоритмов осуществляется с помощью кроссплатформенного объектно-ориентированного языка программирования Java, серверная часть – на языке программирования C или аналогичном.

6. Обеспечение создания некоторых программных блоков согласно тематике задачи.

7. Защищенность передаваемой информации от искажений, несанкционированного доступа и подмены.

Выполнение выше перечисленных требований при проектировании и разработке программного комплекса позволяет создавать необходимые и оптимальные условия построения динамической, распределенной системы, способной решать задачи проектирования технологи ИМС в удаленном режиме.

Методика анализа эффективности стандартных средств и технологий при реализации комплекса удаленного проектирования Формализованная схема реализации программно-аппаратного комплекса, предназначенного для обучения и, в частности, для проведения компьютерных лабораторных работ по проектированию технологии в микроэлектронике можно представить следующим образом:

1. Формализация и классификация механизмов, лежащих в основе существующих программных средств для компьютерного проектирования технологии ИМС в сети Интернет.

2. Разработка методики комплексной оценки эффективности стандартных инструментов и платформы, используемых в области современной информатики.

3. Выбор инструментов и платформы на основании анализа современного мирового рынка информационных технологий; проведение оценки их эффективности и возможности применения в построении комплекса удаленного проектирования в сети Интернет.