авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |

«Министерство образования и науки России Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова Российская Академия Наук Научно методический совет по ...»

-- [ Страница 4 ] --

Обучающий курс Информатика доступен студентам в Internet на сайте glagolevvb.narod.ru (за исключением обучающих и кон тролирующих программ), а также c начала нового учебного года будет доступен на лазерном диске (в полном объеме) Об опыте обучения студентов по специализации «Математическое и программное обеспечение за щиты информации» в МГУ им. М. В. Ломоносова.

Алексеев В. Б., Применко Э. А.

Специализация «Математическое и программное обеспечение защиты информации» открыта на факультете ВМиК МГУ им. М.

В. Ломоносова в 2001 учебном году. Эта специализация закреп лена за кафедрой математической кибернетики, что обусловлено широким применением методов математической кибернетики в прикладной и теоретической криптографии. При подготовке учебного плана по новой (для МГУ) специализации за основу был взят учебный план кафедры математической кибернетики.

Основные обязательные дисциплины специализации.

1. Математические основы криптологии, 6 семестр, 4 часа.

Цель курса: изложить необходимый математический аппарат, применяемый при построении криптоалгоритмов. В курсе из лагаются основы теории чисел, конечных полей и конечных групп подстановок. Особое внимание уделяется вычисли тельным аспектам и задачам, имеющим непосредственные приложения в криптографии (линейные рекуррентные после довательности, транзитивные многочлены, дискретное лога рифмирование, квадратичные вычеты и т.д.).

2. Теоретические основы компьютерной безопасности, 6 се местр, 2 часа.

Цель курса: дать студентам представление о формальных мо делях обеспечения защиты информации. В курсе излагаются анализ рисков, политики безопасности, математические мето ды анализа политик безопасности (модель take-grand, модель Белла-Лападула, модель «невлияния»), профили защиты и т. д.

3. Криптографические протоколы, 7 семестр, 4 часа.

Цель курса: дать студентам представление о математических моделях протоколов, решающих конкретные задачи защиты информации в компьютерных системах. В курсе излагаются формальные модели шифров, современные стандарты шиф рования, электронно-цифровой подписи, алгоритмы и стан дарты хэширования. Особое внимание уделяется «эллиптиче ской» криптографии. Излагаются основы теории построения группы точек эллиптической кривой с данными параметрами, доказывается теорема Хассе. Кроме того, изучаются протоко лы голосования, подбрасывания монеты по телефону, разде ления секрета, передачи секрета с забыванием, а также прото колы доказательств с нулевым разглашением и различные классы протоколов распределения ключей.

4. Дискретные функции в теории кодирования и криптогра фии, 7 семестр, 4 часа.

Цель курса: изложить студентам аппарат теории булевых функций. Актуальность курса обусловлена тем, что многие криптографические задачи и задачи, возникающие в теории кодирования, по существу, используют аппарат теории буле вых функций. В курсе изучаются основные числовые и мет рические характеристики булевых функций и их криптогра фические свойства. Дается классификация булевых функций.

Изучаются линейные коды и коды Рида-Маллера. Подробно рассматривается корреляционная иммунность и устойчивость булевых функций.

5. Математическая криптография, 8 семестр, 4 часа.

Цель курса: дать студентам представление о теоретико сложностных проблемах стойкости формальных криптогра фических протоколов. В курсе рассматриваются математиче ские модели односторонней функции, односторонней пере становки, псевдослучайного генератора. Изучаются формальные математические модели протоколов аутентифи кации и цифровой подписи, конфиденциальных вычислений, доказательств с нулевым разглашением.

6. Аппаратно-программная защита информации, 7-8 семестр, 2 часа.

Цель курса: дать студентам представление о современных ап паратных и программно-аппаратных средствах и методах за щиты информации в компьютерных системах.

Параллельно студенты проходят компьютерный практикум, на котором программно реализуют криптоалгоритмы и различ ные алгоритмы, связанные с вычислениями в больших конечных полях, на эллиптических кривых и т. д.

Преддипломную практику в 9 семестре студенты, как прави ло, проходят в одной из организаций АЗИ (Ассоциация защиты информации).

Учитывая ограниченность по времени, а следовательно, и по содержанию основных курсов, на факультете постоянно читают ся специальные курсы по различным аспектам информационной безопасности. Для чтения этих курсов приглашаются ведущие ученые и специалисты из соответствующих НИИ и ведомств.

Так, в 2001-2004 годах были прочитаны следующие авторские специальные математические курсы:

1. Формальные модели информационных войн, проф. Расторгуев С. П.

2. Совершенные шифры, доц. Зубов А. Ю., ИКСИ Академии ФСБ РФ.

3. Неархимедов анализ и методы построения генераторов псев дослучайных чисел, проф. Анашин В. С., зав. кафедрой фа культета защиты информации РГГУ.

4. Теоретико-автоматные методы в криптографии, проф. Бабаш А. В., ИКСИ Академии ФСБ РФ.

5. Современные технологии защиты информации, доц. Антимо нов С. Г., генеральный директор ЗАО «Диалог-Наука».

6. Методы проектирования средств защиты от НСД, доц. Коняв ский В. А., генеральный директор ВНИИПВТИ.

7. Профессиональное программирование ядра Linux, к. ф. м. н.

Махметов Г. Е.

8. Дефектология программного обеспечения, с. н. с., к. т. н.

Пальчун Б. П.

9. Смарт-технологии и платежные системы, доц. Применко Э. А., ВМиК МГУ и асп. Матвеев П. П.

Специальные курсы гуманитарного цикла.

1. Правовые основы обеспечения информационной безопасности, проф. Стрельцов А.А., начальник департамента аппарата СБ РФ.

2. Информационное общество и информационная безопасность.

Философско-социологические аспекты, доц. Иващенко Г. В., зам. директора ИППК ФДО МГУ.

3. Основы информационно-психологической безопасности и психологической защиты личности, проф. Грачев Г. В., со ветник Управления кадров Администрации Президента РФ.

К научному руководству студентами привлекаются ведущие специалисты и ученые из различных ведомств (ФСБ, ИКСИ Академии ФСБ РФ, РГГУ, ФГУП НИИ Автоматики).

Темы дипломных и курсовых работ относятся к различным аспектам информационной безопасности: практической крипто графии, теоретической криптографии, построению и анализу ап паратно-программных средств защиты, построению и анализу моделей сетевой безопасности.

Учитывая отсутствие в учебных планах дисциплин по теории информации, в 2004-2005 учебном году вводятся дополнительно следующие спецкурсы теоретико-информационного направления:

1. Математическая теория информации, доц. Духин А. А., МИЭМ.

2. Коды аутентификации, доц. Зубов А. Ю., ИКСИ Академии ФСБ РФ.

Учитывая большой интерес студентов и востребованность в специалистах по защите информации, кафедра в 2004-2005 учеб ном году предполагает ввести специальный практикум для сту дентов по современным аппаратно-программным средствам за щиты информации отечественных производителей по следующей примерной программе:

Продукты ОКБ САПР (10 часов) СЗИ НСД семейства «АККОРД»

Программно-аппаратные комплексы СЗИ НСД семейства «Аккорд» предназначены для применения как в составе авто номных ПЭВМ, так и на рабочих станциях вычислительных сис тем и обеспечивают:

• идентификацию и аутентификацию (подтверждение подлин ности) пользователей;

• контроль целостности технических и программных средств рабочих станций (ПЭВМ);

• режим доверенной загрузки1 во всех современных операци онных средах: MS-DOS, Windows 9x, Windows Millenium, Windows NT, Windows 2000, Windows XP, OS/2, UNIX, LINUX, MCBC, QNX и других ОС, использующих файловые системы FAT12, FAT16, FAT32, NTFS, HPFS, FreeBSD, Linux EXT2FS, MINIXFS, SOL86UFS, QNX4FS и др.;

• разграничение доступа пользователей к информационным ресурсам вычислительных систем (ПЭВМ) при многопользо вательском режиме эксплуатации;

• управление потоками информации с использованием дискре ционного и мандатного механизмов управления доступом;

• регистрацию действий пользователя;

• администрирование системы защиты от НСД к информации в соответствии с полномочиями и правами пользователей по доступу к информационным ресурсам;

• значительный ряд других защитных функций, обеспечиваю щих высокий класс защищенности объектов информатизации различного уровня и назначения.

Продукты компании «Лисси» (4 часа) Программно-аппаратный комплекс «Shield Multi Services FW»

Программно-аппаратный комплекс «Shield Multi Services FW» (ПАК «SMS-FW») предназначен для построения распреде ленных автоматизированных систем, компоненты которых должны функционировать как в составе защищенных вычисли тельных сетей, так и в публичных сетях (в том числе и в сети Интернет) органов государственного управления и организаций Под термином «доверенная загрузка» понимается загрузка различных ОС только после проведения контрольных процедур: идентифика ции/аутентификации пользователя, проверки целостности технических и программных средств ПЭВМ с использованием алгоритма пошагово го контроля целостности РФ, обрабатывающих сведения, составляющие государственную тайну, и конфиденциальную информацию.

ПАК «SMS-FW» в качестве средства защиты от несанкциони рованного доступа разделяет защищенную и публичную сети и не приводит к появлению возможностей для доступа по любым сетевым протоколам из публичной сети (включая сеть Интернет) в защищенную вычислительную сеть, а также возможности дос тупа пользователей защищенной вычислительной сети в публич ную сеть (включая сеть Интернет). Обмен сообщениями (данны ми) между компонентами распределенной автоматизированной системы может быть организован с помощью базовых утилит ПАК «SMS-FW» или разработан с использованием отдельно по ставляемого набора библиотечных функций.

Применение ПАК «SMS-FW» позволяет строить комплексы, использующие технологию «клиент-сервер» и обеспечивающие взаимодействие компонент автоматизированных систем как по стандартным протоколам, так и по собственным протоколам.

Продукты ЗАО «Диалог-Наука» (4 часа) Семейство антивирусных программ Dr. Web Семейство антивирусных программ Dr. Web является полно стью российской разработкой. В них используются передовые, зачастую уникальные технологии обнаружения и обезврежива ния вирусов, троянских программ, почтовых червей и других вредоносных программ.

В России качество антивирусов Dr. Web подтверждено сер тификатами соответствия от Гостехкомиссии, ФАПСИ, ФСБ и Министерства обороны.

По своим техническим характеристикам Dr. Web для рабочих станций Windows 95-XP является на сегодняшний день самым «легким» среди надежных антивирусных решений, так как по требляет минимальное количество системных ресурсов, работает быстро и несколько раз в день обновляет вирусные базы. При этом размер каждого такого обновления минимален – несколько килобайт.

Постоянными пользователями программ семейства Dr. Web являются крупнейшие российские государственные, обществен ные и коммерческие организации. Среди них Администрация президента, Аппарат Государственной Думы и Совета Федера ции, ГАС «Выборы», Центробанк, Сбербанк, Минобороны, Мин промнауки, Минфин, Минкультуры, РФФИ, Пенсионный фонд и многие другие.

В течение последних 6 лет «Диалог-Наука» предоставляла бесплатную лицензию на версии антивируса Dr. Web для рабо чих станций для использования в государственных учебных ор ганизациях Министерства образования России.

Продукты компании ALADDIN (4 часа) Технология строгой аутентификации пользователей на базе смарт-карт и ключей eToken.

Занятия предлагаются в комплекте со спецкурсом.

Продукты компании РНТ (6 часов) Система управления политикой безопасности «Урядник / Enterprise Guard»

Предназначена для выявления несанкционированных дейст вий пользователей информационной системы (ИС) на основе сбора и анализа информации о событиях, регистрируемых на рабочих станциях пользователей ИС. Система «Урядник / Enterprise Guard» обеспечивает:

• мониторинг и контроль работы пользователя ИС выявление и блокировка действий пользователя, нару шающих заданную политику безопасности ИС;

сбор доказательств, необходимых для расследования ин цидентов, связанных с нарушением пользователями ИС за данной политики безопасности;

мониторинг работы приложений, запущенных на рабочих станциях пользователей.

Система обнаружения вторжения «Форпост»

Предназначена для выявления и блокировки сетевых атак в информационных системах (ИС) на основе анализа пакетов дан ных, циркулирующих в ИС. Система «Форпост» выявляет атаки на рабочие станции пользователей, серверы и коммуникацион ное оборудование ИС. Она позволяет одинаково эффективно вы являть и блокировать атаки, как со стороны внешних, так и со стороны внутренних нарушителей.

Система «Форпост» обеспечивает:

• Обнаружение и блокирование сетевых атак, направленных на нарушение информационной безопасности ИС • Мониторинг трафика ИС на сетевом, транспортном и при кладном уровнях • Протоколирование информации о сетевом трафике • Выявление аномалий сетевого трафика ИС.

Также для развития самостоятельной работы студентов и для эффективного использования компьютерного практикума разра ботан специальный учебный проект «Электронная зачётная книжка» и курс-практикум «Проектирование и разработка за щищённых приложений». Ниже приведено краткое описание учебного проекта и курса-практикума.

Курс-практикум «Проектирование и разработка защи щённых приложений»

Основные цели практикума.

1. Анализ различных типов атак на приложения.

Этап анализа и проектирования является необходимым перед началом реализации любого программного проекта, и особен но это касается разработок в области защиты информации.

Поэтому перед реализацией проекта по разработке электрон ной торговой системы проводится анализ возможных угроз и атак на Интернет-приложения. Анализ будет проводиться на основе изучения взлома реальных приложений, зафиксиро ванных в отчётах таких организаций, как CERT.

2. Выработка и практическое освоение принципов написания безопасного кода.

На основе полученных представлений об осуществляемых на приложения атаках, будут формулироваться и изучаться на практике принципы противодействия атакам и проектирова ния защищённых приложений. Будет проводиться обсужде ние уровней защиты приложений, зависимость от защищён ности нижележащих уровней, необходимости моделирования угроз и другие вопросы.

3. Практическое использование в рамках курса среды програм мирования Unix/Linux.

Необходимым условием разработки защищённых приложе ний является использование правильной методики и инстру ментов разработки. В частности, планируется практическое использование следующих инструментов:

• Командная среда Unix/Linux;

• Виртуальные машины User Mode Linux;

• Семейство компиляторов и средства отладки GCC-GDB;

• Средство управление исходным кодом CVS(Concurrent Version System);

• Средство общения разработчиков LMWiki;

• Средства анализа, моделирования и устранения уязвимостей в программном обеспечении.

4. Подготовка к реализации проекта «Электронная торговая сис тема»

Достижение предыдущих трёх целей является необходимым предусловием для начала работы над проектом. В случае на личия достаточного количества времени будет проведён этап предварительного проектирования и моделирования разраба тываемого приложения.

Примерный план занятий.

Занятие №1. Ознакомление с курсом. Вводная информа ция.

• Ознакомление с целями и задачами курса;

• Ознакомление с планом занятий;

• Обзор программных средств, используемых в рамках курса;

• Ознакомление с веб-страницей курса в Интернете;

• Обзор типов атак на приложения и статистики осуществления атак;

Занятие №2-4. Анализ атак «Переполнение буфера».

• Переполнение буфера в стеке;

• Переполнение буфера в стеке;

• Ошибки индексации массивов;

• Ошибки в строках форматирования;

• Эксплуатация ошибок;

Занятие №5-6. Анализ атак, основанных на недостаточ ных проверках входных данных.

• Входные данные интерфейса пользователя;

• Входные данные, нарушающие требование протокола;

• Входные данные, получаемые от операционной системы;

Занятие №7-8. Анализ атак на Web-приложения.

• Кросс-сайтовые сценарии;

• Проблемы аутентификации, связанные с прослушиванием канала;

• Проблемы, связанные с хранением состояния соединения;

Занятие №9-10. Анализ атак, связанных с плохим проек тированием приложений.

• Проблема хранения секретных данных;

• Атаки типа «отказ в обслуживании»;

• Недостаточные проверки данных при пересечении границы безопасности;

Занятие №11-12. Моделирование угроз и атак.

• Анализ рисков;

• Формулирование политики безопасности;

• Построение дерева угроз;

• Выбор мер противодействия угрозам;

Учебный проект «электронная зачётная книжка» на базе ин теллектуальных карт, удовлетворяющих спецификации OpenPlatform.

Цели проекта:

• Демонстрация возможностей технологии интеллектуальных карт;

• Углубленное изучение студентами технологии JavaCard;

• Осуществление идентификации студентов и контроля доступа в здание и аудитории. Использование биометрической аутен тификации позволит исключить существующий на сегодняш ний день подмены студентов и абитуриентов на экзамене;

• Осуществление контроля и мониторинга посещаемости;

• Автоматизация учёта библиотечного фонда;

• Обеспечение возможностей реализации и контроля распреде ления льготных услуг ограниченного распространения;

• Защита от возможных подделок экзаменационных ведомостей и зачётных книжек.

Компоненты системы:

JavaCard-апплет «Удостоверение личности».

Задачи: Хранение идентификационных данных, аутентифика ция данных на асимметричном ключе.

JavaCard-апплет «Удостоверение личности».

Задачи: Хранение записей о сданных зачетах и экзаменах, пройденных практиках и т. п., аутентификация данных на асим метричном ключе.

JavaCard-апплет «Карта преподавателя».

Задачи: Формирование сертификатов проставления экзамена.

Ведение журнала принятых экзаменов, отмена ошибочно про ставленных экзаменов, аутентификация журнала на асимметрич ном ключе.

JavaCard-апплет «Карта библиотекаря».

Задачи: Формирование сертификатов проставления экзамена.

Введение журнала принятых экзаменов, отмена ошибочно про ставленных экзаменов, аутентификация журнала на асимметрич ном ключе.

JavaCard-апплет «МБ персонализации».

Задачи: Хранение, генерация криптографических ключей, формирование цепочек сертификатов, формирование APDU команд защищенного обмена.

База данных о принятых зачётах и экзаменах.

Задачи: Хранение информации о принятых экзаменах и заче тах. Формирование бумажных отчетов и ведомостей.

APM персонализации.

Задачи: Хранение информации и выпуск карт вышеперечис ленных типов. Хранение системообразующих криптографиче ских ключей.

APM преподавателя.

Задачи: Хранение информации и выпуск карт вышеперечис ленных типов. Хранение системообразующих криптографиче ских ключей. Возможна реализация на базе портативного двух портового кардридера или POS-терминала.

APM библиотекаря.

Задачи: Хранение информации о выданной литературе. Мо ниторинг, формирование отчётов. Рассылка абонентам уведом лений об истечении срока пользования литературой по элек тронной почте.

Аппаратные ресурсы, необходимые для реализации проекта:

• Рабочие станции Windows 2000/XP, объединённые в локаль ную сеть.

• Кардридеры.

• Карты стандарта Open Platform.

Минимальный состав:

• Руководитель.

• Системный архитектор, аналитик.

• Программист JavaCard.

• Программист Win32.

• Программист CУБД.

• Программист сетевых решений.

Этапы реализации проекта:

• Детализация архитектуры проекта.

• Изучение технологии интеллектуальных карт и системы про граммирования JavaCard. Предполагается, что разработчики имеют знания в области криптографии, сетевых приложений, баз данных и Win32API, включая разработку пользователь ского интерфейса.

• Разработка библиотеки высокоуровневой работы с кардриде рами.

• Разработка JavaCard-апплета «Удостоверения личности».

• Разработка JavaCard-апплетов «Зачетная книжка» и «Карта преподавателя».

• Разработка APM преподавателя.

• Разработка JavaCard-апплетов «Читательский билет» и «Карта библиотекаря».

• Разработка APM библиотекаря и базы данных о принятых за чётах экзаменах.

• Разработка МБ персонализации и APM персонализации.

• Оформление всех видов документации.

• Передача системы в опытную эксплуатацию.

Приложение План спецкурса по ключам и смарт-картам.

1. Введение.

• Сегмент «3a»(idc) «4a»(gartner).

• Решение компании alladin для сегмента «3a».

2. Аутентификация.

• Типы аутентификации.

• Реализация использования аутентификационных факторов.

• Аутентификация с паролем.

• Аутентификация с использованием пароля.

• Аутентификация на основе PIN-кода.

• Недостатки методов аутентификации, использующих для ау тентификации пароль.

• Аутентификация с использованием одноразовых паролей (OTP).

• Аутентификация с одним ключом.

• Запрос-ответ (Challenge-response).

• Только ответ (Response only).

• Недостатки процедур аутентификации с использованием ау тентификационных токенов.

О компьютерах, новых информационных техноло гиях, компьютерном обучении и подготовке инже неров по информатике А.П. Еремеев, д.т.н., проф., В.П. Кутепов, д.т.н., проф., В.А. Фе дин к.т.н., доц.. Московский Энергетический Институт (Техни ческий Университет), кафедра прикладной математики Секция «Методические аспекты преподавания информатики»

Компьютеры сегодня и завтра Компьютеры относятся к новому виду техники, они усилива ют умственную работу человека, а часто делают ее лучше, быст рее, эффективнее. Компьютерная техника наделена новым свой ством саморазвития и ускорения этого процесса. Каждое новое поколение компьютеров на порядок быстрее и позволяет созда вать следующее поколение еще более быстрых и более «миниа тюрных» компьютеров (расстояние между элементами инте гральных схем достигает долей микрон, на чипе размещается до нескольких десятков миллионов переключательных элементов).

«Почти» реальны компьютеры на субатомном и молекулярном уровнях и принципиально новой технологии их производства.

Это потребует объединения усилий ученых разных направлений, создания новых приборов и новых технологий производства та ких компьютеров, которые позволяют решать многие сложней шие задачи науки и техники.

Известен целый ряд научно-технических задач уникального значения для человечества, которые не могут быть решены, либо плохо решаются сегодня из-за недостаточного быстродействия компьютеров. Исследование многих процессов (горение плазмы, поведение частиц при распаде ядер физических элементов, изу чение галактики, предсказание погоды и изменение климата, планирование и управление, микробиология и генетика и др.) требует быстродействия компьютеров порядка 1012 ? оп/сек и выше.

Одна из самых быстродействующих компьютерных систем ASCI WHITE (установленная в Ливерморской правительствен ной лаборатории США для полномасштабного моделирования процессов горения плазмы и др.) содержит 8192 компьютера с суммарным быстродействием 1013 оп/сек. Такой путь построе ния вычислительных систем большого быстродействия посред ством объединения стандартных процессорных элементов стал сегодня нормой, многие фирмы и даже вузы его используют.

Многие вузы Америки, Японии, Европы, теперь и России, соз дают или приобретают подобные вычислительные системы, на зываемые кластерными, для освоения новых технологий парал лельного решения задач с целью достижения необходимого быстродействия (к примеру, МГУ, ЛГУ, Нижегородский универ ситет и др. имеют кластерные установки от 32 до 64 компьюте ров). Комплекс проблем, связанных с эффективным использова нием подобной техники, создания языков и систем параллельного программирования, методов алгоритмов управле ния параллельными процессами [1].

В МЭИ в 2001 году в рамках программы развития сети ка федрой прикладной математики создан кластер из 14 компьюте ров Pentium III с суммарным быстродействием около 4 млрд оп/сек. Например, системы линейных уравнений большой раз мерности на нем можно решать в 7-10 раз быстрее, чем на одном компьютере. Ведутся эксперименты по его совершенствованию, создан консультационный центр для сотрудников МЭИ, постав лены лабораторные работы для обучения студентов.

Новые информационные технологии: безграничные воз можности и опасения Эшелонированное и ускоряющееся развитие на основе ком пьютеров молекулярной биологии, генной инженерии, нанотех нологии, робототехники, систем искусственного интеллекта – революционные достижения науки и техники и новых информа ционных технологий конца 20-го – начала 21-го века. Прогресс настолько ошеломляюще быстр, что пугает даже многих ученых, ставит неизвестные ранее проблемы в социальном, нравствен ном, политическом, законодательном и других аспектах.

Полная автоматизация производственных процессов, быстро расширяющийся круг наукоемких технологий и сокращение тра диционных профессий ставят проблему занятости населения, перераспределения ролей в пользу «умственных» профессий.

Чем занять при этом огромную массу людей, как повысить их уровень образования, так чтобы они могли найти работу в этом новом мире?

Какие должны быть законодательные акты и нравственные критерии, которые определяют границы игры с клонированием, вмешательством в изменение видов, растений, животных и др.

Знание компьютера, генетики и биологии дает возможность про водить подобные эксперименты многим, и нет уверенности, что кто-то не воспользуется «этим» во вред всем остальным.

Если компьютеры и роботы часто делают работу лучше лю дей, если генетика заявляет, что может «планировать виды», «проектировать» человека по своему усмотрению, то для рели гии возникает проблема о «божьем» происхождении человека, проблема, которая разрушает основание, на котором она стоит.

Вопросы, вопросы и еще раз вопросы. Ученые, законодатели, религиозные деятели Америки и Запада, других стран судорожно пытаются найти на них ответы, упредить возможные и необра тимые последствия достижений науки и научного прогресса [2,3]. Состояние растерянности элиты общества таково, что она во много раз превосходит ту, которая была в начале 20-го века, когда достижения науки, в частности, физики, заставили гово рить об «исчезновении» материи. Потребовался глубокий фило софский и научный анализ ( вспомним книгу « Материализм и эмпириокритицизм» В. Ленина ) реального положения дел и приведения умов «в порядок», чтобы страх и спекуляции заме нить на логику и здравый смысл.

Информатика сегодня Информатика – наука об информационных процессах незави симо от того, кто или что их совершает: компьютер, человек и др.

Информатика сегодня вполне сложившееся научное направ ление, отнесенное, как математика и физика к естественным наукам. В состав ее основных дисциплин фундаментального плана входят:

• теория информации и информационных систем, • теория алгоритмов и вычислений, • математическая логика и конструктивная математика, • наука о компьютерах, • теория и системы программирования, • искусственный интеллект и интеллектуальные системы.

О том, как функционирует и развивается информатика, о со держании подготовки специалистов по ряду перечисленных вы ше направлений информатики мы писали в наших статьях [4,5,6].

Очевидно, что только ясное понимание информатики в целом как научной дисциплины, знание тенденций ее бурного развития – необходимое условие для того, чтобы избежать ошибок при организации подготовки специалистов по различным ее направ лениям, в том числе в различных областях технического, эконо мического и др. образования.

Кафедра прикладной математики МЭИ в течение 25 лет осу ществляет подготовку инженеров, магистров и научных кадров по специальности «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов систем и сетей» и в течение 10 лет готовит специалистов по направлению «Искусственный интеллект и интеллектуальные системы» [6].

Учебно-методическое обеспечение по важнейшим разделам подготовки инженеров по этой специальности было удостоено в 2000 г. Премии Президента РФ в области образования[8].

Кафедра активно участвовала в разработке программы канди датского экзамена по специальности 05.13.13.

Информатика и информационные технологии в инженер ной деятельности Постоянно растущие возможности компьютеров в решении многих задач моделирования и управления, создание приклад ных программных систем самого различного назначения и большой универсальности (назовем, к примеру, САПР, MathCAD, MatLab) провоцирует чисто «потребительское отно шение» к компьютеру, нажимая в нужной последовательности кнопки которого можно получить «все». Конечно, можно играть в шахматы, вовсе не задумываясь о том, как это делают компью теры, можно не знать, как осуществляются арифметические дей ствия компьютером, тем не менее, достаточно успешно этим пользоваться.

Однако инженерная деятельность тем и отличается, что в ней всегда присутствуют элементы исследования и проектирования, а, следовательно, смена парадигм, построение моделей и мето дов, расчеты и анализ. И чем выше планка творческого начала в этой деятельности, тем беспомощнее выглядит даже самый со временный компьютер. «Богу богово, а... «. Поэтому, хорошее знание возможностей компьютеров и умение пользоваться арсе налом его стандартных программных средств, а при необходи мости и самому разрабатывать алгоритмы для решения встаю щих задач – необходимое условие эффективности применения компьютеров в инженерной деятельности.

Стоит задуматься, почему математики так осторожно исполь зуют в своих курсах, казалось бы, вобравшие все известные рас четные процедуры пакеты MathCAD или MatLab. Увы, они по строены как чисто пользовательские, в них нет никаких объяснительных механизмов, раскрывающих математическую суть (используемый метод, его точность, сходимость, сложность и т.д.) используемых алгоритмов, информации о том, как эти ал горитмы можно лучшим образом приспосабливать к своим нуж дам. Как следствие, эти пакеты почти бесполезны для обучения даже вычислительной математике, не говоря о математике во обще.

Несколько слов об информационных технологиях в инженер ном деле. Процессы научного исследования, проектирования, технологического и другого управления производством сегодня немыслимы без компьютеров, а, следовательно, использования информационных технологий, соответствующих программных средств. В силу интеграционных процессов многие технологиче ские схемы и программные средства становятся общими, в то же время остается необходимость в их настройке на конкретную проблемную среду. Задача инженера уметь системно анализиро вать «вещи» и эффективно и быстро приспосабливать «общее» к решению конкретных задач.

Также должно быть ясное понимание того, что компьютер только помощник в конкретной инженерной деятельности, он ни когда не заменит ее творческую ( часто главную ) составляющую его деятельности, но с его помощью процессы инженерного труда теперь осуществляются невероятно быстрее и эффективнее [7].

Информатика в инженерном образовании Границы шкалы, определяющей место и значение информа тики для различных категорий лиц, простирается от профессио налов-разработчиков компьютеров, их программного обеспече ния и новых информационных технологий на одном конце и простых пользователей, применяющих компьютеры в своей жи тейской практике: ведение «документооборота», получение нужной информации через Internet, обмен, компьютерные игры, обработка видеосъемок и пр., на другом.

Для инженера, профессиональная деятельность которого свя зана с проектированием, моделированием, системным анализом, технико-экономическим обоснованием принимаемых решений и разработкой технологии производства создаваемых объектов, компьютер и соответствующая программная и информационная среда – необходимые условия его конкурентоспособности на рынке труда.

Однако, если для инженера конкретной профессии часто дос таточно знаний и умения, чтобы пользоваться достаточно узким «набором» программных средств для своей работы, компьютер ное образование в подготовке инженера должно опираться на сумму знаний по информатике, универсальную для многих ( возможно, родственных ) направлений инженерной подготовки.

Что должно быть включено в эту универсальную составляю щую подготовки инженера по информатике?

1. Освоение устройства и принципов работы компьютеров, процессов и технологий алгоритмизации и программирова ния задач.

2. Освоение стандартных программных средств системного на значения: операционных систем, систем управления базами данных, поиском информации в Internet, организации парал лельной и распределенной обработки информации.

3. Освоение прикладного программного обеспечения общего на значения: технологий и средств делопроизводства, средств работы с «графикой», таблицами, изображениями, математи ческими пакетами MathCAD, MatLab и др., пакетами автома тизированного проектирования, моделирования и др.

4. Освоение современных технологий и инструментальных средств разработки программных и информационных систем с учетом специфики подготовки инженера.

Более подробно содержание непрерывной подготовки студен тов технических вузов по информатике рассматривается в нашей статье [9].

Что должно учитываться при реализации компьютерной под готовки инженера? Направление подготовки, специальность: яс но, что инженеру-теплофизику в большей степени необходимо освоение программных средств для моделирования, вычисли тельных экспериментов, знание математических пакетов, а ин женеру по конструированию (турбин, двигателей и др.) вдобавок необходимо также умение работать с пакетами автоматизиро ванного проектирования, трехмерной графикой и др. Должна соблюдаться непрерывность в компьютерной подготовке инже нера, ее тесная увязка с учебными планами подготовки по спе циальности. Должны быть созданы условия (хорошее обеспече ние компьютерной техникой, необходимым программным обеспечением) для широкого использования компьютеров и компьютерных технологий как для осуществления самого про цесса обучения, так и для выполнения студентами курсовых и научно-исследовательских работ и проектов.

Сегодня в учебных планах подготовки инженеров по боль шинству направлений на базовую компьютерную подготовку отводится в среднем 120-150 часов. Приблизительно столько же добавляется на старших курсах. Суммарно, это порядка 300 ч.

или 7% от общего времени обучения. Конечно, это без учета са мостоятельной работы «за компьютером» студента в процессе выполнения расчетных, курсовых и др. заданий. Много это или мало, если мы признаем, что компьютер неотъемлемый инстру мент в работе инженера?

О компьютеризации учебного процесса Компьютер позволяет широко использовать «безбумажные»

электронные формы распространения и использования учебных материалов (книг, пособий и т.п.).

Компьютер может существенно упростить и сократить время, которое преподаватель тратит на организацию работы со студен тами. Хорошо сделанный преподавательский сайт «путеводитель» для студента по основным учебным и методиче ским материалам по курсу. Соединенный с электронной почтой – он удобное средство выдачи заданий студентам и получения результатов их выполнения, а для типовых заданий – компью терного контроля их правильности и выставления «баллов».

Автоматизированные учебные курсы, «тренинги» и т.п., сис темы компьютерного контроля знаний, могущие эффективно функционировать в сети, – следующий, более высокий уровень полезного «вмешательства» компьютеров в образовательный процесс.

Обратная сторона: никакой компьютер не заменит «учителя», не создаст ту психологическую атмосферу живого общения пре подаватель – студент, которая только и способна продуцировать желание, творческую состязательность и т.п. Образно говоря, компьютер хороший локомотив для транспортирования извест ного груза знаний, но плохо пригоден в «нестандартном деле», каким является творческий процесс, в том числе процесс реше ния любой нетривиальной задачи. Наверное, известное изрече ние «Истина рождается как ересь и умирает как предрассудок»

может быть перефразировано: «Компьютер – хорошее вмести лище для предрассудков, а не для поиска истины».

О дистанционном обучении. Пока оно рассматривается как средство более быстрого общения преподаватель – студент по сети. Эффективное дистанционное мультимедиа обучение в ре альном времени (речевое, текстовое, визуальное) пока только желаемое. Нужны более быстрые каналы связи, новые техниче ские и программные средства, чтобы преодолеть существующий барьер.

Вместо заключения В Московском Энергетическом Институте (МЭИ) два года назад разработана и успешно реализуется «Концепция организа ции учебного процесса в МЭИ на базе комплексного применения информационных технологий».

Кафедра прикладной математики, осуществляющая препода вание базового курса по информатике и готовящая специалистов по двум специализациям «Математическое и программное обес печение ЭВМ, комплексов и сетей» и «Искусственный интеллект и интеллектуальные системы». Совместно с информационным вычислительным центром и центром новых информационных технологий МЭИ активно внедряют новые информационные технологии в учебный процесс. В МЭИ – одна из лучших среди вузов информационно-вычислительная сеть. Программа подго товки студентов всех специальностей по информатике [9] со ставлена с учётом передового опыта отечественных и зарубеж ных вузов, в ней фундаментальная часть хорошо сбалансирована с прагматикой, в ней учитываются быстрые изменения в про граммных средствах общего назначения, которые важны для ос воения будущими специалистами.

Создан компьютерный учебник по курсу «Информатика» (ав тор, проф. Башмаков И.А.), составляющий основу развиваемого портала МЭИ учебного направления, который постоянно расши ряется серией АУК (автоматизированных учебных курсов), сис тем автоматизированного контроля знаний.

Активно ведутся работы по дистанционному обучению – соз данию необходимых программных средств и методик дистанци онного обучения.

Литература 1. Кутепов В.П. «Об интеллектуальных компьютерах и больших компьютерных системах», Теория и системы управления, 1996, №6.

2. Джон Хейлеман, Второе пришествие, Компьютер сегодня, 2001, №12.

3. Рэй Курвейл, Жизнь с ускорением, Компьютер сегодня, 2001, №12.

4. Кутепов В.П. «Информатика на пути к интеграции», Вестник МЭИ, 1995, №2.

5. Кутепов В.П., Поспелов Д.А., Пашинцев В.Д. «О новом на правлении подготовки специалистов «Информатика и программ ные системы», Программирование, 1997, №5.

6. Кутепов В.П. «О содержании и программе подготовки специа листов в области искусственного интеллекта и интеллектуаль ных систем», Новости искусственного интеллекта, 1997, №2.

7. Башмаков А.И., Башмаков И.А. «Информационные техноло гии: наука или ремесло?», Вестник МЭИ, 1997, №2.

8. Вагин В.Н., Еремеев А.П., Кутепов В.П. «Учебно методический комплекс: методы и программные средства конст руирования интеллектуальных систем принятия решений и управления», Вестник МЭИ, 2002, №13.

9. Кутепов В.П. и др., «Цикл программ компьютерной подготов ки студентов технических вузов», Вестник МЭИ, 1997, №2.

Дистанционное обучение в режиме реального времени (на примере школьной геометрии) А.П. Афанасьев, О.С. Естехин, В.Е. Кривцов, А.С. Тарасов, Д.А. Хуторной, Д.И. Шарыгин, А.А. Ярославцев (ИСА РАН) Информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) совершают революцию в области обучения. Электронные инте рактивные учебники открыли многие новые возможности: муль тимедийное содержание, виртуальные лаборатории, решение задач, автоматическое оценивание результатов, сохранение ре зультатов работы, их автоматический учет при последующем обучении и т.п. Однако существующие в настоящее время элек тронные учебники, как правило, предназначаются для локально го использования – только на персональном компьютере учаще гося. Введение в обучение продвинутых дистанционных версий подобных учебников может многократно усилить их возможно сти и повысить заинтересованность обучающихся. Например, в школе учащийся при изучении предмета в пределах учебного года общается с одним преподавателем и не может его выбирать – в Интернете он может выбрать любого преподавателя. В классе учащийся общается только с одноклассниками – в Интернете выбор круга общения практически неограничен. Все учебные курсы и результаты работы пользователей будут храниться на сервере, что упрощает добавление новых курсов, позволяет осу ществлять работу многих пользователей одновременно, а также предоставляет возможность продолжить обучение в любое время с любого компьютера, у которого есть доступ в Интернет.

До недавнего времени используемые в обучении дистанцион ные формы работы с электронными учебными материалами ог раничивались традиционными возможностями Интернет и были достаточно примитивны:

• рассылка учебных материалов и последующее общение с преподавателем через e-mail;

• доступ через Интернет к мультимедийным курсам (звук, текст, видео, рисунки и т.д.);

• ограниченная интерактивность, диктуемая работой с гипер текстовыми учебниками, а также навигация между ними по ссылкам.

Подобные технологии поддержки дистанционной работы не в состоянии реализовать весь современный потенциал электронно го обучения – его возможности гораздо шире. Примеры развер нутого описания продвинутой функциональности дистанцион ных обучающих систем (ДОС) следующего поколения можно найти в [1,2].

Помимо требования продвинутой функциональности совре менные ДОС должны удовлетворять еще, как минимум, одному требованию: продвинутые функции дистанционного обучения должны быть доступны в режиме on-line и даже в режиме реаль ного времени. Для большинства существующих ДОС это не так:

для них, скорее, характерно практически полное отсутствие бы стрых взаимодействий «вопрос-ответ» между учащимся и пре подавателем – всегда обратная связь реализуется в режиме off line. Такая скорость реакции при дистанционном обучении при емлема для взрослых, но категорически не годится для детей: из за задержек в ответах теряется их мотивированность в обучении.

В результате, дети могут просто потерять интерес к учебе.

Современные ИКТ при грамотном использовании уже сейчас в состоянии обеспечить поддержку требуемых функций в реаль ном времени. Вопрос состоит в том, как их правильно для этого применить.

Дистанционное обучение и стандарт SCORM Для поддержки разнообразия учебных курсов в распределен ных системах обучения должен использоваться определенный стандарт построения учебных курсов, чтобы создатели курсов (например, учителя, методисты) могли самостоятельно написать новый курс, а затем сделать его доступным пользователям лю бой подобной системы. Примером такого стандарта является SCORM (Sharable Content Object Reference Model).

Основными компонентами SCORM являются спецификации CAM (Content Aggregation Model) и RTE (Run-Time Environ ment).

CAM определяет состав и расположение файлов, из которых формируется учебный курс (например, HTML-страницы, доку менты PDF или TXT, изображения, видео и аудио клипы, кото рые содержат учебный материал). Кроме того, CAM задает фор мат и расположение дополнительных файлов, служащих для описания учебного курса, связывания в единое целое различных его частей, описания порядка прохождения и хранения другой вспомогательной информации. CAM не ограничивает возможно сти создателей курса по оформлению учебных материалов, а лишь определяет способ компоновки и адресации всех состав ляющих курса, как единого целого. Это нужно для того, чтобы система управления обучением LMS (Learning Management System) могла найти и передать пользователям необходимые обучающие материалы. Например, LMS должна определять, ка кую именно логическую часть курса (урок) необходимо предос тавить пользователю в данный момент, и какие именно файлы содержат физическое представление этого урока (например, текст урока и поясняющие изображения).

RTE определяет протокол текущего взаимодействия между системой управления обучением и каждым уроком, необходимый для того, чтобы правильно интерпретировать результаты прохож дения учебного курса, предоставленного в виде, описанном в CAM.В частности, в рамках этого протокола система управления должна уметь выполнять фиксированный набор команд, генери руемых обучающими материалами в ответ на действия пользова теля. RTE не накладывает ограничений на внешний вид и другую функциональность обучающей системы, а лишь определяет ос новные возможности по обработке учебных курсов.

Таким образом, компьютерная обучающая система в целом разбивается на два отдельных компонента – пассивные учебные курсы и программу управления обучением, предъявляющую эти курсы пользователю. При этом, благодаря следованию стандарту SCORM, обеспечивается их полная интероперабельность. А именно, один и тот же учебный материал, независимо от его внутреннего формата, выбираемого конкретным производите лем, может быть использован управляющими программами от любых других производителей, и, наоборот, одна и та же управ ляющая программа может обрабатывать любые учебные курсы от любых производителей. Такое свойство позволяет создавать учебные курсы и управляющие системы независимо друг от дру га, увеличивая общую эффективность процесса.

Система управления обучением В рамках этого подхода в ИСА РАН была разработана SCORM-совместимая система управления обучением LMS, по строенная по технологии «клиент-сервер». С точки зрения поль зователя созданная система представляет собой Web-сервер, на котором хранятся все учебные курсы. Обучающийся может зай ти на сервер при помощи любого web-браузера с любого компь ютера, выбрать интересующий его учебный курс и пройти не сколько уроков. Результаты прохождения уроков отправляются обратно на сервер и служат для определения последовательности прохождения дальнейших уроков, например, пропуска слишком легких или дополнительного повторения сложных. Система за поминает все результаты обучения для каждого пользователя и использует их при повторном вхождении. Например, пользова тель может в любой момент прервать обучение, выйти из систе мы и при следующем заходе продолжить с того места, на кото ром остановился.

Технически система реализована в виде web-приложения с использованием технологий Java Servlets и Java Server Pages.

Информация о пользователях хранится в базе данных, доступ к которой осуществляется посредством JDBC. Поддерживается формат курсов, описанный в стандарте SCORM 1.2 [3].

Курс геометрии Год назад была начата работа по созданию электронной вер сии школьного учебника по геометрии И.Ф.Шарыгина для 7- классов [4]. Игорь Федорович Шарыгин был педагогом со все мирной известностью, и его учебники пользуются заслуженной популярностью не только в России, но и за рубежом.

В электронном виде учебник был разбит на отдельные уроки.

Каждый урок представляет собой страницу в формате html, со стоящую из теоретической части, включающей тексты и инте рактивные иллюстрации к ним, и контрольных вопросов для оценки усвоения пройденного материала. По окончании урока оценка сообщается в LMS.

Для воспроизведения интерактивных иллюстраций использу ется специально разработанный графический планшет. Описание возможностей планшета приводится ниже в разделе «Планшет для геометрических построений».

Уроки объединены в единый курс, который обучающийся может либо проходить целиком, либо изучать только интере сующий его материал. В последнем случае по запросу пользова теля система автоматически формирует сокращенный вариант курса – мини-курс.

Возможность формирования мини-курсов по запросу учаще гося открывает принципиально новую организацию обучения, когда непонятный вопрос становится основой при формирова нии учебного курса. В результате, традиционная схема работы учащегося с учебным материалом может быть в корне пересмот рена. Знакомство с абстрактными положениями теории, часто трудно воспринимаемыми школьниками, будет происходить не до обращения к конкретным заданиям (задачам, упражнениям, тестам), а после них – из-за неудачных попыток выполнения тех или иных конкретных действий. Для изучения будет предлагать ся уже не весь теоретический материал, а только его ограничен ная часть, достаточная для правильного понимания и выполне ния конкретного задания, которое перед этим было неудачно выполнено учащимся.

Для объединения уроков в единый курс вводится отношение предшествования: один урок предшествует другому, если мате риал, изучаемый в нем, необходим для изучения следующего.

Таким образом, множество уроков курса становится частично упорядоченным. В результате, урок будет доступен для учащего ся, только если пройдены все предшествующие уроки. Это же отношение порядка используется и при создании мини-курсов.

Также был создан отдельный тестовый курс геометрических задач. Учащийся может решать задачи самостоятельно, либо синхронно с преподавателем, который при построении геомет рических объектов может помочь ответить на возникающие во просы. Оценка за решение задачи выставляется преподавателем.


При окончании урока оценка обрабатывается LMS и сохраняется в базе данных. Более подробное описание взаимодействия уча щегося с преподавателем при решении задач содержится в раз деле «Сценарии взаимодействия планшетов».

Планшет для геометрических построений Планшет ТТ2К – это средство построения (активный режим) новых и воспроизведения (пассивный режим) уже имеющихся чертежей, которые могут возникать в разных разделах школьной геометрии. Режим воспроизведения (чтения) предназначен, в ос новном, для использования при ознакомлении с теоретическими и методическими материалами. Режим построения является ос новным при решении задач.

Первая версия планшета ТТ2К предназначена для работы с учебными курсами, построенными на основании учебника И.Ф. Шарыгина «Геометрия 7-9». Эта версия обеспечивает вос произведение заранее построенных чертежей из учебника, а так же поддерживает минимальные функции построения, достаточ ные для ответов на контрольные вопросы.

Планшет TT2K реализован на языке программирования Java, поэтому является независимым от операционной системы.

Планшет может работать как в качестве отдельного приложения, так и в виде апплета в любом браузере с поддержкой Java.

Основными объектами, которые могут быть элементами чер тежа в планшете, являются точка, прямая, отрезок, луч, дуга.

Планшет позволяет выполнять построение новых объектов по уже имеющимся. Например, строить:

• отрезок, луч или прямую по двум заданным точкам • параллельные прямые по заданным точке и отрезку, лучу или прямой • точку, делящую отрезок, по заданным отрезку и константе, задающей отношение и т.п.

На основе базовых построений есть возможность создавать макросы, то есть сложные построения, которые могут быть со хранены и в дальнейшем могут использоваться наряду с базовы ми построениями.

Кроме построений, задающих для объектов отношения типа «предок-потомок», возможно задание и других отношений меж ду объектами на чертеже. Например, следующих:

• расстояние между заданными точкой и точкой, отрезком, лу чом или прямой меньше заданной константы • два заданных отрезка, луча, прямых или дуг пересекаются и т.п.

Задание отношений между объектами накладывает ограниче ния на их преобразования.

Учащийся либо преподаватель может перемещать объекты на чертеже, при этом сохраняются связи и отношения между объек тами. Ко всем объектам на чертеже могут быть применены сле дующие преобразования: перенос, растяжение, симметрия отно сительно прямой или точки, а также произвольное невырожденное аффинное преобразование, заданное своей мат рицей. При преобразовании какого-либо объекта перестраивают ся все объекты, по отношению к которым он является родитель ским и т.д. Разрешены только те преобразования, которые не нарушают заданных отношений между объектами на чертеже.

Сценарии взаимодействия планшетов Продвинутая версия планшета предназначена для использо вания в распределенной обучающей среде. Она позволяет уча щемуся и преподавателю, совместно работающим над построе нием чертежа, удаленно взаимодействовать друг с другом.

Для решения задачи совместно с преподавателем, учащемуся необходимо обратиться к планшету с запросом вызова препода вателя. Для успешного соединения необходимо наличие в сети работающего планшета преподавателя.

После того, как соединение планшетов учащегося и препода вателя прошло успешно, взаимодействие двух планшетов может происходить по следующим сценариям:

• построение геометрических объектов • обмен текстовыми сообщениями • выставление оценки.

В любой момент преподаватель или учащийся может отклю чить свой планшет, что приводит к разрыву соединения и за вершению взаимодействия двух планшетов.

Сценарий 1. Построение геометрических объектов.

После сетевого соединения двух планшетов, планшет учаще гося находится в режиме построения геометрических объектов, а планшет преподавателя – в режиме наблюдения за построения ми. Каждое действие учащегося по построению геометрического объекта в интерактивном режиме планшет учащегося передает в планшет преподавателя. При этом строящийся на планшете уча щегося геометрический объект синхронно повторяется на план шете преподавателя.

Для того, чтобы сделать какие-либо корректировки в по строении геометрического объекта либо показать учащемуся, как необходимо правильно проводить построение, преподаватель может забрать контроль по построению геометрического объекта у учащегося. Передача контроля по построению геометрического объекта преподавателю не требует согласия учащегося.

Теперь каждое действие преподавателя по построению гео метрического объекта в интерактивном режиме планшет препо давателя передает в планшет учащегося. Планшет преподавателя находится в режиме построения геометрических объектов, а планшет учащегося – в режиме наблюдения за построениями.

При этом строящийся на планшете преподавателя геометриче ский объект синхронно повторяется на планшете учащегося.

Для того, чтобы продолжить построение, учащийся может за брать контроль по построению геометрического объекта у пре подавателя. Передача контроля по построению геометрического объекта учащемуся требует согласия преподавателя.

Сценарий 2. Обмен текстовыми сообщениями.

Посылка текстового сообщения не зависит от построения геометрических объектов и доступна всегда после установления соединения.

Планшет учащегося пересылает сообщение учащегося препо давателю по требованию учащегося. Пересланное сообщение отображается в планшете преподавателя. Копия пересланного сообщения отображается в планшете учащегося.

Абсолютно симметрично происходит пересылка сообщения от преподавателя учащемуся по требованию преподавателя. Пере сланное сообщение отображается в планшете учащегося. Копия пересланного сообщения отображается в планшете преподавателя.

Планшеты преподавателя и учащегося в течение времени со единения сохраняют пересланные друг другу сообщения в хро нологической последовательности. История сообщений может быть просмотрена и скопирована преподавателем или учащимся, но не может быть отредактирована.

Сценарий 3. Выставление оценки.

Оценку может выставлять только преподаватель, как по за просу учащегося, так и без запроса.

Учащийся может запросить выставление оценки. Данное дей ствие не обязательно, но предпочтительно, поскольку в этом случае учащийся сам определяет законченность построений и оценка, скорее всего, будет поставлена за законченное решение задачи.

Преподаватель вводит оценку в пределах от 0 до 100. План шет преподавателя пересылает оценку планшету учащегося.

Планшет учащегося отображает оценку.

Учащийся может повторно запросить выставление оценки, в случае, если он неудовлетворен оценкой или оценка не была по ставлена преподавателем вовсе. При завершении работы учаще гося с уроком планшет учащегося возвращает оценку в LMS, ко торая сохраняет оценку в базе данных LMS.

Перспективы работы В Институте системного анализа РАН ведется работа по соз данию прототипа распределенной среды школьного электронно го обучения [1]. Основные направления этой разработки: под держка групповой работы;

создание виртуальных лабораторий;

повышение интеллектуальности обучающих систем.

Групповая работа. Планируется реализация различных форм коллективной работы, в том числе, поддержка режима групповой работы с учебным контентом, когда одно учебное задание вы полняется совместно несколькими пользователями, сидящими за разными компьютерами. Например, группа школьников участву ет в сетевой учебной игре. Или: ученик под присмотром учителя решает трудную задачу по математике. И так далее.

Виртуальные лаборатории. Одна из ключевых идей организа ции дистанционного обучения, обязанная собой исключительно современным компьютерным технологиям, – максимально ши рокое внедрение в учебные курсы интерактивных виртуальных экспериментов, в которых могут проигрываться различные зада ния. Примеры таких экспериментов:

• наблюдение карты звездного неба и выбор заданных созвез дий;

• расчет траектории полета камня, брошенного под углом к го ризонту, снабженный анимированной демонстрацией;

• сборка модели химической молекулы и т.п.

Помощник (автомат), контролирующий правильность рассу ждений. Этот помощник будет следить за правильностью упот ребления формальных методов – теорем, доказательств, по строений. Таким образом, можно проверять в автоматическом режиме решение широкого спектра задач.

Литература и web ресурсы 1. Я.Р.Гринберг, В.Е.Кривцов. SeLEn – проект распределенной среды школьного электронного обучения. В сб. трудов ИСА РАН «Проблемы вычислений в распределенной среде». М.: Эди ториал УРСС, 2004.

2. О.С.Естехин, В.Е.Кривцов. Распределенные системы обучения и стандарт SCORM. Тез. докл. 5-й Всероссийской школы семинара «Прикладные проблемы управления макросистемами», Апатиты, 2004. Апатиты: КНЦ РАН, 2004.

3. Эталонная модель совместно используемых обучающих объектов SCORM. http://www.adlnet.org/index.cfm?fuseaction=AboutSCORM.

4. И.Ф.Шарыгин. Геометрия 7-9, 4 изд. М.: Дрофа, 2000г.

О подходе к проектированию компьютерного об разования инженеров-электриков Т.П. Петухова, доцент, декан физико-математического фа культета Оренбургского государственного университета Ключевая проблема наступившего века – возрастающая роль информационно-коммуникационных технологий, образования, знаний и информации в развитии общества. Массовая компью теризация, внедрение и развитие новейших информационных технологий привели к впечатляющему рывку вперед в сфере об разования, бизнеса, промышленного производства, научных ис следований и социальной жизни. Информация превратилась в неистощимый глобальный ресурс человечества, вступившего в новую эпоху развития цивилизации – эпоху освоения этого ин формационного ресурса.


Действенное влияние информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) на общество обусловлено следующими их особенностями:

• ИКТ – вспомогательные технологии, которые применяются практически везде и способствуют повышению производи тельности;

• технические возможности ИКТ растут экспоненциально, и пока не наблюдается замедления темпов их роста;

• соотношение стоимость / производительность ИКТ устойчиво снижается.

Сочетание этих трех факторов приводит к тому, что ИКТ по рождают новый длительный цикл экономического развития, приводящий в социальном плане к информационному обществу /1, 2/, для которого характерно то, что:

• информация используется как экономический ресурс во все больших масштабах с целью увеличения эффективности, сти мулирования инноваций, укрепления конкурентоспособности;

• информация становится предметом массового потребления у населения;

• происходит интенсивное формирование информационного сектора экономики, который растет более быстрыми темпами, чем остальные отрасли.

Следует также учесть, что в современных условиях высшее учебное заведение становится субъектом рынка услуг, вступая в отношения «поставщик – потребитель», присутствующие обыч но в двух аспектах:

• «вуз – предприятие (организация)», где продуктом выступает специалист (выпускник вуза);

• «вуз – специалист». Здесь продукт – знания, умения, навыки и иные характеристики студента, которые в первом случае яв ляются критериями качества выпускника, рассматриваемого в категории «продукт».

Социальная среда, в которую сегодня попадает выпускник университета, отличается жесткостью, напряженностью и повы шенной конкуренцией участников. При этом рыночная система отношений, с одной стороны, резко подняла уровень профессио нальных требований к специалистам, а с другой стороны, обу словила необходимость их готовности к смене объекта деятель ности. Возможный диапазон ролей выпускника вуза в современных условиях существенно расширился. Для того что бы быть конкурентоспособным на рынке труда, молодой специа лист должен обладать /3/:

• уникальными, по сравнению с другими конкурентами, каче ствами;

• улучшенными характеристиками;

• повышенными «потребительскими» свойствами.

Учитывая состояние рынка труда и перспективы его развития, к уникальным качествам выпускника, в первую очередь, следует отнести такие как:

• высокий уровень развития интеллекта;

• способность к инновациям;

• творческий потенциал;

• навыки стратегического мышления, планирования и управления;

• компетентность в смежных областях;

• профессиональное использование информационно коммуникационных технологий и современных технических средств;

• наработанную коммуникационную среду;

• умение искать, анализировать и перерабатывать информацию, получая новые знания;

• умение быстро и эффективно принимать решения.

Безусловно, специализированная подготовка повышает вос требованность специалиста труда в данный конкретный и доста точно узкий интервал времени, но вместе с тем наличие у выпу скника соответствующего информационного образования позволит сократить ему период своей адаптации к профессио нальной деятельности. Современные условия работы порождают зависимость информированности одного человека от информа ции, приобретенной другими людьми. Уже недостаточно уметь самостоятельно осваивать и накапливать информацию, а надо научиться такой технологии работы с информацией, когда под готавливаются и принимаются решения на основе коллективного знания.

При формировании содержания IT-образования инженера возникает проблема выбора соотношения между фундаменталь ной и практической составляющими компьютерной подготовки.

Здесь, с одной стороны, следует учитывать, что фундаменталь ное информационное образование является методологической базой для динамично изменяющихся компьютерных технологий.

Оно позволит выпускнику вуза ориентироваться и самостоятель но перестраиваться в информационной составляющей своей профессиональной области, быть активным и самостоятельным в познании нового, быть способным к творческой деятельности, что в итоге существенно повысит конкурентоспособность моло дого специалиста /4/.

С другой стороны, информационные технологии, осваивае мые в университете, должны быть ориентированы на ИКТ, ис пользуемые в будущей профессиональной области выпускника.

Для соблюдения этого положения необходимо проводить де тальный анализ стандарта специальности и анализ информатиза ции производственной сферы (например, используя анкетирова ние специалистов-производственников). Аналогичная деятель ность была нами проведена в Оренбургском государственном университете для специальности 100400-Электроснабжение /5/.

Анализ стандарта специальности заключался в рассмотрении видов и задач профессиональной деятельности с позиции ис пользования тех или иных информационных технологий, а также уровня их использования. Следует отметить, что выпускник по специальности 100400-Электроснабжение является инженером в области «Электроэнергетика» и должен быть подготовлен к вы полнению следующих видов профессиональной деятельности:

• проектно-конструкторская и производственно-технологическая;

• исследовательская;

• эксплуатационная;

• монтажно-наладочная;

• организационно-управленческая.

Объектами профессиональной деятельности выпускника яв ляются:

• электрические станции и подстанции, линии электропередачи;

• электроэнергетические системы;

• системы электроснабжения объектов техники и отраслей хо зяйства;

• электроэнергетические, технические, физические и техноло гические установки высокого напряжения;

• энергетические установки, электростанции и комплексы на базе нетрадиционных и возобновляемых источников энергии;

• устройства автоматического управления и релейной защиты в электроэнергетике;

• гидроэлектростанции и гидроэнергетические установки.

Результаты проведенного анализа стандарта специальности и данных анкетирования специалистов-производственников пред ставлены в таблице 1.

Таблица 1. Использование компьютерных технологий в профес сиональной деятельности выпускника (ПДВ) по специальности 100400-Электроснабжение Виды Задачи профессиональной деятельности Средства ПДВ выпускника (ПДВ) ABCDEFGH разработка проектов электроэнергетических ус- 2343- 3- Проектно-конструкторская и производст тановок различного назначения;

определение состава оборудования и его пара- 2343- 3- метров, схем электроэнергетических объектов;

расчет схем и элементов основного оборудова ния, вторичных цепей, устройств защиты и авто - - 3- - 3- матики электроэнергетических объектов;

венно-технологическая определение оптимальных производственно технологических режимов работы объектов электроэнергетики;

- 3- - 33- разработка методик экспериментальных иссле- 23- 13-- Эксплуатационная Исследовательская дований;

проведение экспериментальных исследований, 24- обработка результатов эксперимента;

разработка новых методов и технических средств испытаний параметров технологических 2- - 13-- процессов и изделий;

поддержание и изменение режимов работы объ- 22- - 143 ектов энергетики;

ведение оперативной технической документа- 33- - 3- ции, связанной с эксплуатацией оборудования;

обеспечение соблюдения всех заданных пара метров технологического процесса и качества - - - - - -- вырабатываемой продукции;

проведение монтажных работ на объектах элек- - - - - - -- троэнергетики;

наладочная монтажно наладка систем и устройств релейной защиты и - - - - - -- автоматизации;

проведение испытаний оборудования после ре - - - - - -- монта;

организация работы и координация деятельно- 22- 1- -- сти производственного коллектива;

организационно управленческая контроль за соблюдением производственной и трудовой дисциплины, требований безопасности 22- 1- -- жизнедеятельности;

проведение мероприятий по экологической безопасности предприятия - - - - - -- где введены обозначения:

A – текстовые редакторы;

B – электронные таблицы;

C – САПР;

D – технологии сети Internet;

E – математические пакеты ;

F – специализированные программные средства;

G – базы данных;

H – языки программирования;

4 – средство является основным при решении задачи;

3 – средство может быть эффективно использовано при решении задачи;

2 – данное средство используется в качестве вспомогательного;

1 – задача не может быть решена полностью, но знание средства способствует принятию эффективного решения;

- – задача данными средствами не решается.

Анализ данных, приведенных в таблице, показывает следую щие тенденции востребованности компьютерных технологий для указанной специальности в регионе:

1. Текстовые редакторы как основные или вспомогательные средства используются более чем в 65% случаев задач про фессиональной деятельности. При этом преобладает исполь зование данного средства в качестве вспомогательного, т.е.

для оформления различного вида документов;

2. Электронные таблицы как основные или вспомогательные средства используются также более чем в 65%. Однако, в этом случае преобладает использование данного средства в качестве основного или для достаточно эффективного реше ния задачи.

3. Системы автоматизированного проектирования используются в меньшей мере (около 20%). Данное средство используется как основное или для эффективного решения задачи в про ектно-конструкторской и производственно-технологической видах профессиональной деятельности;

4. Технологии сети Internet и электронная почта используются более чем в 50% видах профессиональной деятельности;

5. Специализированные математические пакеты используются более чем в 45% видах профессиональной деятельности, в ос новном исследовательских и эксплуатационных.

6. Базы данных и языки программирования используются в меньшей мере – менее чем в 30% видах профессиональной деятельности.

Таким образом, можно сказать, что основной акцент при изу чении компьютерных технологий нужно делать на освоение сле дующих средств: электронные таблицы, текстовые редакторы, математические пакеты, технологии сети Internet и электронная почта. Учитывая, что выпускник данной специальности может быть задействован в любом из указанных видов профессиональ ной деятельности, необходимо также рассматривать САПР, тех нологии программирования и базы данных, но в меньшей мере.

С другой стороны, следует заметить, что компьютерная под готовка будущих инженеров осуществляется не только в рамках дисциплин информационного блока. Современное IT образование студентов непрофильных специальностей должно быть непрерывным. В этой ситуации курс информатики служит начальным этапом изучения прикладных информационных тех нологий, которые на протяжении всего учебного процесса при меняются как в блоках общепрофессиональных и специальных дисциплин, курсовом и дипломном проектировании, так и в бло ках общих математических и естественнонаучных дисциплин, гуманитарных и социально-экономических дисциплин. Следова тельно, курс информатики в своей практической направленности также должен в существенной мере способствовать освоению тех информационных технологий, которые используются сту дентами в течение всего их периода обучения.

С этой целью методическая комиссия по специальности 100400-Электроснабжение на основе стандарта специальности, учета междисциплинарных связей, результатов анкетирования ведущих преподавателей, осуществляющих учебный процесс по указанным блокам дисциплин, а так же с учетом тенденций раз вития рынка общего и профессионального программного обес печения разработала план непрерывной компьютерной подго товки студентов данной специальности как приложение к учебному плану. Все это позволило выявить необходимый ми нимальный перечень программных продуктов, подлежащих ос воению в практической части курса информатики:

1. Текстовый редактор Word.

Используется для оформления различных работ студентов.

Степень использования: основы обработки текстовой информа ции;

форматирование документа;

использование таблиц, графи ков, диаграмм;

особенности редактирования математических до кументов;

вставка объектов других программных приложений.

2. Электронные таблицы Excel.

Знание данного программного продукта необходимо для вы полнения вычислений, построения диаграмм и графиков функ ций. Степень использования: основы обработки табличных дан ных;

форматирование документа;

построение диаграмм и графиков функций;

вставка объектов других программных при ложений.

3. Математическая программа MathCad.

Используется для символьных вычислений, решения задач матричной алгебры, решения уравнений, систем линейных и не линейных уравнений, интерполирования, численного интегриро вания и дифференцирования, решения обыкновенных диффе ренциальных уравнений, построения графиков функций и поверхностей, нахождения сумм и произведений.

4. Операционная система Windows.

Степень использования: основные компоненты ОС;

файловая система, структура диска;

особенности графического интерфейса и его использование;

основные технологии Windows;

основные приложения.

5. Совокупность контрольно-обучающих программ.

Здесь необходимо знание элементов интерфейса современной программы. Данные вопросы затрагиваются при изучении опе рационной системы Windows.

6. Технологии сети Internet и электронная почта.

Знание указанных технологий и умение ими пользоваться.

Проектируя IT-образование будущих инженеров, следует уделить пристальное внимание содержанию самостоятельной работы, которая по информатике, как и по любой другой дисци плине, составляет, как правило, около 50% учебного времени /6/.

Однако, проводя анкетирование студентов 1 курса инженерных специальностей, мы выяснили, что самостоятельная работа у них стоит на последнем месте, и достаточно часто они не видят в ней необходимости.

Учитывая данную проблему, а также имеющиеся рекоменда ции Минобразования РФ по увеличению доли самостоятельной работы в учебном процессе, мы считаем целесообразным осуще ствлять организацию самостоятельной работы по информатике, основываясь на следующих принципах:

• самостоятельная работа студента должна рассматриваться как отдельный (самостоятельный) вид учебной деятельности по статусу, сопоставимый с аудиторными занятиями, т.е. са мостоятельная работа не должна выполнять вспомогатель ные функции доучивания, закрепления пройденного мате риала и т.д.;

• на самостоятельную работу следует планировать разделы курса информатики, имеющие практическую направленность и обеспечивающие студенту выход на исследовательскую учебную деятельность. Однако эти разделы не должны быть базовыми разделами курса, т.е. их изучение должно основы ваться на 2-3-х предыдущих разделах, освоенных в ходе ауди торных занятий;

• самостоятельная работа по каждому разделу должна предва ряться 1-3 установочными лекциями, которые позволят сфор мировать у студента цели, задачи и направление изучения данного раздела, а также определить базовые понятия;

• самостоятельная работа должна иметь отдельное полное ме тодическое обеспечение для её организации, включая и рабо чую программу. Так, оставаясь в рамках традиционного пре подавания информатики /7/, можно вынести на самостоятельное изучение темы «Разработка Web-сайтов», «Проведение расчетов в MathCAD» и «Решение задач в среде программирования».

Для самостоятельной разработки Web-сайтов необходимо знать основные приемы работы с текстом, иметь навыки и уме ния по вставке и редактированию гиперссылок, электронных форм, дизайн-эффектов, что приобретается студентом при изу чении текстового процессора Word. В этом случае установочные лекции должны содержать материал по основам языка HTML и основам дизайна.

Изучение темы «Проведение расчетов в MathCAD» для сту дентов наиболее интересно и мотивируется тем, что данная ин струментальная среда является программным средством, исполь зуемым в специальных дисциплинах и исследовательской деятельности. Освоение среды MathCAD можно осуществить в ходе численного решения модельных задач предметной области.

Это потребует, с одной стороны, знания основ формализации задач, моделирования и реализации различных видов алгорит мов, которые уже приобретены в ходе изучения темы «Решение задач в среде табличного процессора Excel», а с другой стороны, студент должен иметь представление о среде MathCAD и о чис ленных методах, что и составит содержание установочных лек ций (примерно 3 лекции).

Раздел «Решение задач в среде программирования» является интегрирующим, поскольку расширяет и углубляет знания, уме ния, навыки по решению модельных задач, рассмотренных в разделах «Решение задач в среде табличного процессора Excel»

и «Проведение расчетов в MathCAD». Поэтому в ходе самостоя тельной работы студент сможет наглядно увидеть особенности решения одних и тех же задач в различных программных средах и сможет оценить их достоинства и недостатки.

Для проведения самостоятельной работы эффективными, на наш взгляд, являются педагогические технологии: метод проек тов, педагогика сотрудничества, портфель студента /8/, которые способствуют развитию познавательных навыков, умений само стоятельно конструировать свои знания и ориентироваться в ин формационном пространстве, а также формируют у студентов способности к объективной самооценке – рефлексии.

Проектируя полную программу IT-образования студентов не профильных специальностей (аудиторные занятия по курсу ин форматики /7/ и спецкурсам компьютерного плана, самостоя тельную работу /6/ и исследовательскую деятельность /9/ студентов), необходимо учитывать уровень базовой компьютер ной грамотности абитуриентов. С этой целью нами с 2000 года проводится тестирование готовности студентов, поступивших на профильные и непрофильные специальности (примерно в рав ных долях) к изучению информатики и дальнейшему освоению информационных технологий. В таблице 2 приведены данные входного тестирования студентов первого курса по отдельным разделам школьного курса информатики.

Таблица 2. Результаты мониторинга компьютерной грамотно сти абитуриентов Наименование раздела Количество правильных отве- Средний % тов по годам (%) правильных ответов 2000 2001 2002 Алгоритмы 52,6 54,9 64 59,3 57, Информация, измерение ин- 39,1 38,2 45 43,4 41, формации Архитектура ЭВМ 57,7 59,9 43,3 50,2 52, Файловая система 58,6 62,9 53,8 53,7 57, Итого 52 53,98 51,53 51,65 52, Правильные ответы в среднем составляют 51-54%, т.е. не дос тигают уровня 60%, которые соответствуют в вузе оценке «удов летворительно». Различие между профильными и непрофильны ми специальностями составляет в среднем около 7%.

Наиболее низкий процент правильных ответов наблюдается по разделу «Информация, измерение информации», что говорит о том, что предмет «Информатика» в школе в меньшей степени воспринимается как фундаментальная наука, а в основном – как дисциплина практического направления.

Результаты проведенного мониторинга позволяют наиболее оптимально организовать образовательный процесс по информа тике. В данном случае в ходе изучения вузовского курса инфор матики определенное внимание должно быть уделено методоло гии информатики и фундаментальному информационному образованию.

Литература 1. Мелюхин И.С. Информационное общество: истоки, проблемы, тенденции развития. – М.: МГУ, 1999 – 208с.



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 7 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.