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 || 3 | 4 |

«Министерство образования Российской Федерации Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана Научно-методический центр «Инженерное образование» ...»

-- [ Страница 2 ] --

Практическая часть работы начинается с прохождения удаленным пользователем теста на качество усвоения теоретических знаний и сведений об устройстве стенда (рис.6). При положительном результате студент допускается к заданию индивидуальных условий эксперимента и его проведению. Интерфейс пользователя создан таким образом, что все настройки режимов работы установки и задание программы эксперимента производятся поэтапным заполнением нескольких форм. При этом система осуществляет контроль сформированной программы эксперимента на возможность его осуществления в выделенную в данном сеансе длительность для его проведения.

Рис. После проведения программированного эксперимента студент видит на экране наглядно представленные его первичные результаты (рис.7), которые могут быть сохранены на его компьютере. Далее удаленный пользователь может воспользоваться справочными сведениями, необходимыми для получения из первичных результатов требуемых параметров плазмы. Для этого на сервере имеется соответствующие таблицы характеристик спектральных линий, формулы, график спектральной чувствительности ФЭУ и др.

Удаленный преподаватель по отдельному паролю может получить ответ и проверить правильность обработки результатов студентами (рис.8).

Область применения - открытое образование, традиционные очная и заочная формы обучения.

Использование. Проведение лабораторного практикума по диагностике плазмы с удаленным доступом возможно с любого компьютера через Интернет. На стенде проводится лабораторная работа “Определение Рис. температуры электронного газа в ртутной плазме оптическим методом”.

Практикум доступен через Интернет в рабочие дни по URL- адресам http://en84.power.bmstu.ru http://indus.fusion.ru.

Фрагмент главной страницы сайта приведен на рис. 9.

Особенности реализации АЛП УД Особенностью практикума по диагностике плазмы является использование УСО КАМАК магистрально-модульного типа. Его работа осуществляется не по жестко заданной заранее разработанной программе, а может изменяться в зависимости от экспериментальной ситуации. Для обратной связи стенда с компьютером в соответствии с применяемым стандартом используются L-запросы.

При создании лабораторного практикума, исходя из требований обеспечения минимального времени доступа и максимального быстродействия проведения эксперимента, обеспечения постоянства скорости обмена и прогнозируемости длительности эксперимента нами был выбран вариант организации распределенной связи между пользователем и экспериментальным стендом, который включает в себя Web-сервер для связи Рис. с удаленным пользователем и Lab-сервер для непосредственного управления экспериментом [2,3].

Программа-диспетчер, представляющая собой WINDOWS приложение, резидентно находящееся в памяти компьютера (в данном случае - на Web-сервере), позволяет обслуживающему персоналу следить за состоянием установки и ходом проведения лабораторной работы. Окно диспетчера состоит из двух секций (рис. 10), содержащих информацию о состоянии экспериментальной установки и удаленном пользователе, работающем в данный момент в режиме активного управления.

Секция «Информация об установке» отображает текущую информацию о состоянии следующих устройств комплекса: Lab-сервер, КАМАК, шаговый двигатель, цифровой вольтметр. При этом возможны следующие варианты диагностики состояния:

Рис. Нет связи — устройство не отвечает (например, выключено).

Необходимо вмешательство обслуживающего персонала.

Готов — устройство работает нормально, ожидается команда.

Выполнение команды — устройство выполняет команду, поступившую от удаленного пользователя.

В поле «Статус» выводится дополнительная информация о текущей команде. Для каждой команды отображается время выполнения соответствующей операции, а также ее параметр: для команды «вращение шагового двигателя» — это конечное положение дифракционной решетки;

для команды «измерение напряжения» дополнительно записывается количество измерений, по которым выдается среднее значение;

для команды «сканирование диапазона» выводятся начальное и конечное значение длины волны, а также шаг сканирования;

для команды «диагностика» отображаются длины волн сканируемых линий.

Рис. В секции «Информация о пользователе» выводится информация о компьютере пользователя, управляющем установкой в данный момент.

Поле «From» может содержать адрес электронной почты пользователя, поле «IP» показывает его текущий IP-адрес, поле «Браузер» показывает тип и версию браузера. Также в этой секции находится информация о HTML-странице сервера, на которой пользователь находится в данный момент.

Описываемая секция выдает информацию только о пользователе, активно управляющем установкой в данном сеансе связи. Если установка свободна, секция пуста.

Информацию о состоянии установки диспетчер получает через файлы на диске в каталоге, общем для Web- и Lab-сервера. Для этого, когда установка свободна, диспетчер с определенной периодичностью посылает команду «STATUS» на Lab-сервер, в ответ на которую получает информацию о состоянии устройств установки.

Диспетчер, помимо основных функций, описанных выше, имеет также ряд дополнительных. В частности, он следит за ходом выполнения команды установкой и по окончании создает файл-флаг, разрешающий пользователю продолжать работу.

Как и в других приложениях системы ИНДУС, в диспетчере имеется возможность вести журнал событий в виде log-файла. Он позволяет в любой момент просмотреть информацию об удаленном пользователе, последовательности и правильности его действий и т.п., что дает возможность накапливать статистику, отслеживать возникающие ошибки и сбои, выяснять наиболее интересные для пользователей фрагменты лабораторной работы и др.

При создании практикума использовались программные среды DELPHI, Turbo-PASCAL, Java, Flash. Кроме того, для создания сайта применялся язык HTML. Принципы организации практикума и некоторые его составляющие опубликованы в [4,5], а первая версия АЛП УД вместе с системой ИНДУС защищена свидетельством об официальной регистрации программы [6].

Работа выполнена в рамках научно-технической программы "Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования" Министерства образования Российской Федерации.

Литература Новый подход к инженерному образованию: теория и практика 1.

открытого доступа к распределенным информационным и техническим ресурсам / Арбузов Ю.В., Леньшин В.Н., Маслов С.И., Поляков А.А., Свиридов В.Г. М.: Центр-Пресс, 2000. 238 с.

Зимин А.М. Интерактивная диалоговая система ИНДУС для 2.

проведения лабораторных практикумов с удаленным доступом // Труды Межд. научно-метод. конф. Телематика-2001. С-Петербург, 2001. - С. 93 94.

Зимин А.М. Автоматизированный лабораторный практикум с 3.

удаленным доступом в техническом университете // Информационные технологии, 2002. - № 2.- С. 39-43.

Автоматизированный комплекс диагностики плазмы с 4.

удаленным доступом через Интернет / Зимин А.М., Аверченко В.А., Лабзов С.Ю. и др. // Тез. докл. Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет". - М.: Изд-во МГУ, 2000. - С. 184-185.

Программно-аппаратный комплекс для удаленной 5.

спектральной диагностики через сеть Интернет / Зимин А.М., Аверченко В.А., Лабзов С.Ю. и др. // Материалы Всерос. науч. конф. по физике низкотемпературной плазмы ФНТП-2001. - Т.2. - Петрозаводск, 2001. - С.

13-17.

Программный комплекс "Интерактивная диалоговая удаленная 6.

система для проведения лабораторных практикумов "ИНДУС" / Зимин А.М., Аверченко В.А., Лабзов С.Ю. и др. // Свидетельство № 2001611800 об официальной регистрации программы для ЭВМ. Роспатент, 2001.

Доклад на семинаре «Создание системы открытого инженерного образования».

Зимин А.М.

Автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом в техническом университете Зимин Александр Михайлович – доцент кафедры «Плазменные энергетические установки» МГТУ им. Н.Э. Баумана. Заведующий лабораторией удаленного доступа учебно-методического отдела дистанционного обучения НМЦ «Инженерное образование»

Введение Одной из важнейших составляющих подготовки студентов в техническом университете, способствующих выработке у обучаемых практических навыков, является лабораторный практикум как по общим, так и по специальным дисциплинам.

В настоящее время в связи с интенсивной разработкой концепции дистанционного образования большое значение приобретает автоматизированный лабораторный практикум с удаленным доступом (АЛП УД) [1,2], структура которого и основные требования к его подсистемам строго регламентируются уже введенным в рамках Министерства образования РФ отраслевым стандартом ОСТ 9.2-98 [3].

Следует отметить, что использование АЛП УД предполагается (а для некоторых автоматизированных практикумов это уже и имеет место) не только в рамках дистанционного и открытого образования [4], но и при использовании традиционных очных форм проведения учебного процесса.

Последнее обстоятельство связано с тем, что выделяемые в последние годы для развития материально-технической части вузов средства оказались явно недостаточными не только для оснащения лабораторий современными приборами и оборудованием, но и для поддержания в рабочем состоянии тех стендов, которые уже имелись для обеспечения учебного процесса в высших учебных заведениях. Поэтому задача создания и последующего коллективного использования АЛП УД с целью существенного повышения уровня практической подготовки студентов является весьма актуальной для большинства вузов Российской Федерации. Кроме того, в связи с постоянно расширяющимся использованием глобальной сети Интернет практически для любых учебных заведений открываются новые возможности доступа не только к лабораторным установкам ведущих университетов РФ, но и к уникальным стендам академических и отраслевых научных организаций.

Настоящая статья посвящена анализу концепции, построению и оптимизации связи компонентов практикума, а также методическим вопросам использования автоматизированных лабораторных практикумов с удаленным доступом по общеинженерным и специальным дисциплинам в техническом университете.

Состав автоматизированного лабораторного практикума с удаленным доступом Рассмотрим сначала некоторые определения. В соответствии с [3] под системой автоматизированного лабораторного практикума понимается комплекс технических, программных и методических средств, обеспечивающих автоматизированное проведение лабораторных и экспериментальных исследований непосредственно на физических объектах и (или) математических моделях. В настоящей статье рассматриваются только практикумы, не связанные непосредственно с математическим моделированием исследуемого объекта (их часто называют виртуальными), а выполняемые на физических стендах, где ведутся реальные эксперименты.

Удаленный компьютерный доступ – такой режим функционирования системы АЛП, при котором работа с физическим объектом осуществляется с компьютера, удаленного на сколь угодно большое расстояние от места размещения самого объекта [3].

Таким образом, создание АЛП УД требует, во-первых, применения специальных технических средств как для автоматизации экспериментального стенда, так и для связи управляющего компьютера с удаленным пользователем, во-вторых, разработки специализированного программного обеспечения и в-третьих, методической поддержки лабораторного практикума.

Типы датчиков и исполнительных механизмов стенда могут быть весьма специфичными, но набор стандартов на организацию измерительно-управляющих устройств и систем ограничен. Выбираемый в конкретном АЛП УД стандарт определяется имеющейся аппаратурой.

Естественно, что используемый стандарт приводит к специфике программного обеспечения некоторых подсистем автоматизированного лабораторного практикума. В первую очередь, это относится к подсистемам измерения и управления. Перечень возможных устройств сопряжения с объектом (УСО), позволяющих связать компьютер с экспериментальным стендом, подробно рассмотрен в [1]. При построении АЛП УД могут использоваться как платы сопряжения, встраиваемые в измерительные приборы или в компьютер (приборный интерфейс GPIB, измерительно-управляющие платы Plug-In-Card), так и отдельные устройства в виде программируемых логических контроллеров, магистрально-модульных систем, комбинированных многоуровневых иерархических систем и т.п.

Связь удаленного пользователя с автоматизированным стендом осуществляется через сеть. Клиентский и управляющий компьютеры подключаются к ней с помощью сетевых адаптеров. Однако организация связи в случае использования глобальной сети Интернет может быть различной.

1. Управляющий стендом компьютер может быть совмещен с Web сервером. В этом случае одни приложения, используемые при выполнении АЛП УД, могут влиять на скорость выполнения других. Может возникнуть ситуация, когда время выполнения основной задачи практикума - тех или иных элементарных действий на экспериментальном стенде - окажется непрогнозируемым. В частности, это может быть при использовании для управления какими-либо подсистемами стенда DOS-приложений. Поэтому такой способ организации подразумевает тщательный анализ особенностей различных функциональных приложений и организацию соответствующих приоритетов при их выполнении. Кроме того, при каких-то неполадках в сети и "зависании" компьютера стенд может оказаться неуправляемым, что приведет к его непредсказуемому состоянию.

2. Управляющий компьютер и Web-сервер разделены. Потоки данных и команд для такого способа организации связей представлены на рис.1.

Рис. Подсистема телекоммуникаций размещается на Web-сервере и работа с удаленным пользователем осуществляется в сети Internet/Intranet по протоколу TCP/IP. Web-сервер связан с управляющим компьютером (Lab-сервером) локальной сетью, а обмен здесь осуществляется с использованием другого протокола (например, NetBEUI). Поддержку этой сети на управляющем компьютере осуществляет система WINDOWS, а все операции обмена со стендом через КАМАК происходят через резидентную программу, которая может работать, если это необходимо, в режиме DOS эмуляции. Такая технология связи может быть существенно более гибкой и эффективной и обеспечивать практическую независимость времени выполнения основных операций управления и измерения от загруженности Web-сервера и числа пользователей. При случайном разрыве связи удаленного клиента с сервером управляющий компьютер продолжает выполнение эксперимента по условиям, заданным пользователем, и режим работы стенда не нарушается.

Программное обеспечение для функционирования АЛП УД должно, с одной стороны, обслуживать в интерактивном режиме диалог удаленного пользователя с Web-сервером при настройке условий эксперимента, а с другой – реализовать заданный режим на стенде и трансляцию результатов его выполнения на удаленный компьютер или на Web-сайт практикума.

Очевидно, что льшая часть программного обеспечения является б оригинальной, разработанной специально для данного практикума, хотя при ее создании могут быть использованы различные среды, например, средства графического программирования [1], среди которых следует специально выделить программные продукты фирмы National Instruments (LabView, BridgeView и др.).

Разработанное для данного практикума специализированное программное обеспечение должно осуществлять и методическую поддержку лабораторных работ, т.е. содержать описание лабораторного стенда, методику измерений, различные справочные материалы и т.п.

Методические аспекты использования АЛП УД в учебном процессе при традиционной форме обучения Априорным недостатком при дистанционном проведении лабораторного практикума является отсутствие непосредственного контакта студента с измерительной аппаратурой и средствами управления стендом. Поэтому проведение АЛП УД с целью достижения максимального эффекта при обучении должно занимать определенное место в учебном процессе, давать какие-то новые возможности, которые трудно реализовать при традиционной форме проведения работ, и быть методически обосновано. Отметим в связи с этим следующие основные моменты.

Во-первых, предполагается, что студент перед проведением удаленных работ принимал участие в более простых лабораторных работах, проводимых очно, и имеет элементарные понятия о теме проводимого практикума и необходимые практические навыки.

Во-вторых, проведение удаленного практикума целесообразно на автоматизированных достаточно сложных (а зачастую, и уникальных) стендах, где студентов, как правило, не допускают к активным экспериментам из-за возможных поломок дорогостоящего оборудования, небольшой длительности запуска стенда, неблагоприятных условий в пультовой (например, шума) и т.п. Поэтому лабораторные работы на таких установках в большой мере носят созерцательный характер, а методическая сторона связана больше с процедурой обработки данных, чем с самим объектом исследования, способами управления рабочими параметрами и диагностикой.

В случае удаленного доступа появляется возможность активного участия студентов в проведении эксперимента. Для этого в программах связи должна быть предусмотрена проверка возможности осуществления тех режимов, которые задаются студентами для эксперимента. Они должны иметь возможность заранее в режиме эмуляции отработать приемы управления стендом, чтобы затем тратить значительно меньшее время на реальные опыты. Кроме того, проведение работ возможно в комфортных условиях, где отсутствуют различные мешающие проведению работ факторы, а студенты могут иметь доступные для получения мгновенной контекстной справки и наглядные методические пособия, подготовленные с использованием современных Интернет-технологий.

В-третьих, при проведении удаленного практикума предполагается, что контроль над выполнением лабораторных работ и правильностью полученных результатов осуществляет преподаватель, который находится вместе со студентом на удаленном рабочем месте пользователя. Этот преподаватель должен иметь какие-то специальные сервисные возможности, позволяющие ему оперативно проверять полученные студентами результаты.

Интерактивная диалоговая удаленная система ИНДУС Под руководством автора настоящей статьи была разработана интерактивная диалоговая удаленная система ИНДУС для проведения автоматизированных лабораторных практикумов с удаленным доступом.

При разработке этой системы для проведения лабораторных практикумов задача с самого начала ставилась так, чтобы удаленный пользователь не только получал данные эксперимента, но и мог активно изменять условия его проведения, а режимы эксперимента были индивидуальными для каждого студента. Предусматривались также тестирование пользователей перед допуском к удаленному пульту управления стендом и возможность контроля правильности обработки данных преподавателем, который находится вместе со студентом на удаленном рабочем месте пользователя.

Для проведения удаленного лабораторного практикума система включает наглядные и простые в усвоении методические пособия, необходимые как для подготовки к выполнению лабораторной работы, так и для написания отчета после проведения эксперимента и обработки данных.

Исходя из перечисленных требований, автоматизированный лабораторный практикум в системе ИНДУС включает в себя следующие подсистемы (рис.2):

подсистема телекоммуникаций;

обучающая подсистема;

подсистема тестирования;

справочная подсистема;

подсистема идентификации пользователя;

подсистема программирования условий эксперимента;

подсистема имитации эксперимента;

подсистема визуализации данных эксперимента;

подсистема управления;

объектовая подсистема;

подсистема измерения.

Остановимся кратко на назначении перечисленных подсистем.

1. Подсистема телекоммуникаций обеспечивает связь удаленного пользователя с Web-сервером и Web-сервера с управляющим компьютером. Эта связь может осуществляться по различным протоколам в зависимости от оборудования и системного программного обеспечения.

2. Обучающая подсистема содержит полную информацию об экспериментальном стенде (оборудование, измерительные приборы и т.п.), краткие теоретические положения, методику измерения и т.д. в объеме, достаточном для подготовки к проведению лабораторной работы и написания отчета.

3. Подсистема тестирования предназначена для контроля усвоения знаний о стенде, физических принципах и методике эксперимента, без которого студент не допускается к активному проведению опытов.

4. Справочная подсистема содержит текстовые, табличные и графические данные, необходимые для обработки результатов эксперимента.

5. Подсистема идентификации пользователя проверяет, имеет ли пользователь право на управление установкой в настоящий момент, и обеспечивает проведение эксперимента в данное время только одним пользователем.

6. Подсистема программирования условий эксперимента позволяет в интерактивном режиме настроить стенд на требуемые условия проведения опытов. При этом производится текущий контроль допустимых параметров эксперимента.

7. Подсистема имитации эксперимента позволяет до проведения активных экспериментов знакомиться с пультом управления стендом и имитировать элементарные операции настройки условий эксперимента, чтобы снизить затраты времени на реальный эксперимент.

8. Подсистема визуализации данных эксперимента позволяет наглядно представить результаты эксперимента в форме, удобной для их дальнейшей обработки.

9. Подсистемы управления и измерения позволяют перенастраивать лабораторный стенд и осуществлять его функционирование в заданном пользователем режиме работы, а также осуществлять измерение заданных параметров.

10. Объектовая подсистема и подсистема измерений представляет собой стендовую часть лабораторной установки.

Прокомментируем особенности некоторых подсистем практикума.

В рамках разработанной системы ИНДУС методическая поддержка обеспечивается обучающей подсистемой, а контроль усвоения изложенных теоретических материалов, описания стенда и методики эксперимента реализуется с помощью подсистемы тестирования.

При создании обучающей подсистемы в ней использовались следующие основные принципы.

1. Полнота представленных в подсистеме обучения материалов, необходимых для проведения данного лабораторного практикума.

2. Краткое лаконичное изложение теоретических материалов, чтобы их восприятие было возможным непосредственно с экрана ПЭВМ без дополнительного использования твердой копии.

3. Подробное описание лабораторного стенда с использованием графических возможностей HTML-технологии (карта-изображение с графическими гиперссылками, фото в GIF- или JPEG-формате, схемы и т.п.) с указанием принципа действия каждого устройства, его схемы и основных характеристик 4. Использование гипертекстового и полиэкранного структурирования, обеспечивающих быстрый переход к требуемому разделу и одновременное воспроизведение на экране компьютера связанных фрагментов подсистемы обучения.

5. Возможность использования изложенных методических материалов после прохождения тест-контроля на последующих этапах:

при проведении эксперимента и при обработке результатов.

6. Простая навигация, т.е. переход через наглядные меню к другим подсистемам практикума и быстрый возврат в данный раздел.

7. Дружественный интерфейс, удобный для восприятия текстовой и графической информации.

Подсистема обучения основана на современных Web-технологиях и реализована в виде взаимосвязанных HTML-документов, которые скомпонованы тематически в соответствии с предметами изложения.

Подсистема тестирования является очень важным звеном лабораторного практикума. Она предназначена для контроля усвоения знаний о стенде и методике эксперимента. Не пройдя тест, пользователь не допускается к пульту управления стендом и проведению эксперимента.

При разработке системы учитывались следующие два момента, связанные с технологией организации тестирования.

Во-первых, тест одновременно и независимо друг от друга могут проходить пользователи, работающие за разными персональными компьютерами. При этом число пользователей ограничено только мощностью сервера и пропускной способностью канала связи. Поэтому подсистема должна обеспечивать многопользовательское обслуживание с различными вариантами тестов для каждого удаленного компьютера.

Во-вторых, вопросы (с соответствующими вариантами ответов) должны вызываться из базы данных, расположенной на сервере, случайным образом, что должно исключить чисто механическое запоминание правильных ответов при многократном запуске тестирующей программы. База данных для созданного лабораторного практикума содержит 20 вопросов по всем разделам обучающей подсистемы и позволяет хранить до 100 вопросов с возможными ответами. Для быстрого заполнения и изменения содержания базы данных разработана специальная сервисная программа.

Приступить к выполнению экспериментальной части данной лабораторной работы студент может только при правильном ответе минимум на 4 из 5 вопросов. В случае неудачного ответа на вопросы теста (менее четырех правильных ответов) ему предлагается более внимательно ознакомиться с теоретической частью данной лабораторной работы и описанием установки, для чего производится автоматический переход в обучающую подсистему.

В системе ИНДУС реализован АЛП УД по спектральной диагностике плазмы [5,6], который расположен на сервере [7]. В данном практикуме подсистема телекоммуникаций размещена на Web-сервере, а работа с удаленным пользователем осуществляется в сети Internet/Intranet по протоколу TCP/IP. Web-сервер связан с управляющим компьютером локальной сетью, а обмен информацией между ними осуществляется по протоколу NetBEUI. Поддержку этой сети на управляющем компьютере осуществляет система WINDOWS, а все операции обмена со стендом посредством КАМАК происходят через резидентную программу, работающую в режиме DOS-эмуляции. Проведенные работы показали эффективность такой технологии связи и практическую независимость времени выполнения основных операций управления и измерения от загруженности Web-сервера и числа пользователей. Кроме того, использованная технология оптимизирована по разделению операций между клиентским компьютером и Web-сервером, для чего ряд Java аплетов выполняется на удаленном компьютере и, в частности, блокирует Интернет-браузер до выполнения запрограммированного эксперимента.

Литература 1. Новый подход к инженерному образованию: теория и практика открытого доступа к распределенным информационным и техническим ресурсам / Арбузов Ю.В., Леньшин В.Н., Маслов С.И., Поляков А.А., Свиридов В.Г. М.: Центр-Пресс, 2000. 238 с.

2. Норенков И.П. Системные вопросы дистанционного обучения // Информационные технологии. 2001. №3. С.17-21.

3. Отраслевой стандарт 9.2-98. Системы автоматизированного лабораторного практикума. Основные положения. – М.: Росстандарт, 1998.

4. Романов А.Н., Торопцов В.С., Григорович Д.Б. Технология дистанционного обучения. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. 303 с.

5. Программный комплекс "Интерактивная диалоговая удаленная система для проведения лабораторных практикумов "ИНДУС" / Зимин А.М., Аверченко В.А., Лабзов С.Ю. и др. // Свидетельство № 2001611800 об официальной регистрации программы для ЭВМ. Роспатент, 2001.

6. Автоматизированный комплекс диагностики плазмы с удаленным доступом через Интернет / Зимин А.М., Аверченко В.А., Перфильев А.Л. и др. // Тезисы докладов Всероссийской научной конференции "Научный сервис в сети Интернет". - Москва, изд-во МГУ, 2000. - С. 184-185.

7. http://indus.fusion.ru;

http://en84.power.bmstu.ru.

Доклад на семинаре «Создание системы открытого инженерного образования»

Плосковитов А.Б.

Научно-образовательный портал системы открытого образования МГТУ им. Н.Э. Баумана Плосковитов Антон Борисович–начальник Учебно методического отдела дистанционного обучения научно методического центра «Инженерное образование» МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Рассматривая портал как одну из подсистем Открытого инженерного образования университета, необходимо учитывать различные системообразующие информационные ресурсы, способные обогатить методику и практику обучения и придать им новое качество.

Система открытого образования (СОО) университета представляет собой сложную организационно-техническую систему, позволяющую реализовать принципы открытости образования в современном техническом высшем учебном заведении.

Для разработки Портала было принято рабочее определение.

Портал представляется программно-технической и организационно методической составляющей Системы открытого образования университета, построенной на интеграции информационно-поисковых блоков и операционно-методических алгоритмов, удаленная работа с которыми позволяют придать процессу обучения новые качества, основанные на внедрении телекоммуникационных, мультимедийных и других информационных технологий в процесс обучения. Не претендуя на полноту, такое определение позволило не только «собрать»

работоспособную версию, но и апробировать использование механизмов и информационных ресурсов в реальном учебном процессе. Портал «Инженер» создается как единая платформа для организации и разработки элементов открытого образования и их постепенной интеграции в целостную систему. Одной из основных задач Портала является организация структурированного удаленного доступа к максимально возможному количеству предметных разработок университета, собранных в единую электронную научно-образовательную, методическую и производственную базу:

Учебно- Программно Административ Производствен- Финан научная, ная подсистема ная подсистема совая под методиче- техническая система ская подсистема подсистема база учебные виртуальный Инструменталь- Бухгал учебных и классы деканат ные средства терия научных материа лов научные удаленные медицина, полиграфия, маркетинг разработки лаборатори служба видео и CD и публика- и занятости и ROM носители ции пр.

методика ПОРТАЛ и система представительс Банков использова средства контрактации, тва базовых ская ния телеком- отдел кадров предприятий телесисте ресурсов муникации ма среды СОО электронным учебникам, обучающим программам, удаленному и виртуальному лабораторным практикумам, научным разработкам и пр.

На основе созданного предметного ресурса, включающего в себя электронные учебные материалы, учебную программу, порядок и алгоритм взаимодействия участников процесса дистанционного обучения, организуется реальный процесс обучения, использующий все возможности информационных технологий: мультимедиа, телекоммуникации, виртуальный практикум, удаленный консалтинг и пр.

Для каждого «регулярного» пользователя Портала создается оптимальная виртуальная среда, настроенная на конкретного пользователя под решение его задач, оснащенная доброжелательным интерфейсом, справочной службой и другим сервисным окружением, позволяющим обеспечить комфорт и эффективность работы пользователя.

В настоящее время возможна организация только избирательного обучения с использованием ресурсов Портала:

дополнительные образовательные услуги студентам дневной • формы;

второе образование;

• изучение отдельных дисциплин индивидуальным заказчиком;

• преподавание отдельных дисциплин в филиалах;

• повышение квалификации и переподготовка специалистов;

• Для организации полномасштабного обучения необходимо обеспечить правовую, организационную и информационно-техническую базу.

Первая версия Портала позволила в 2001/2002 учебном году организовать и апробировать несколько локальных циклов обучения.

Наиболее комплексное решение было обеспечено по двум курсам:

Технология конструкционных материалов;

Конструкционные материалы гироскопических устройств. Для каждого курса организован и выполнен некоторый спектр работ, позволяющий организовать использование ресурсов Портала в учебном процессе: разработка и размещение электронных учебных материалов (ЭУМ), разработка методики, регистрация преподавателя и студентов, создание и настройка образовательной «среды», предоставление E-mail, доступ к ЭУМ (режим), консультирование по E-mail, формирование тестовых заданий и разработка алгоритмов контроля результатов.В процессе работы определилась степень участия Преподавателя университета в конкретной разработке: разработка электронных учебных материалов, методики и алгоритмов их использования, сопровождение электронных версий, подготовка индивидуальных заданий и планов, дистанционные консультации и тестирование обучаемых, организация общественных обсуждений, организация традиционного обучения с использованием ресурсов СОО.

Анализ занятости преподавателей в разработке курса послужил основанием предусмотреть функциональное разделение по разработке и использованию курса на разных исполнителей. Эти исполнители классифицированы по типам, включенным в общий состав пользователей.

В настоящее время определены несколько типов пользователей:

посетитель – доступны каталоги ресурсов портала, • имеющиеся аннотации каждого ресурса, обратная связь по электронной почте с администратором портала;

слушатель – доступны полнотекстовые учебные материалы • (платные или бесплатные) в зависимости от режима, который определил разработчик этого материала, обратная связь по электронной почте с администратором портала;

студент доступны полнотекстовые учебные и • – опубликованные научные материалы (платные или бесплатные в зависимости от режима, который определил разработчик материала), обратная связь по электронной почте с разработчиком, преподавателем или тьютором учебного материала или курса;

разработчик – доступны программно-технические ресурсы • для размещения и актуализации своего учебного или научного материала, возможность публикации в электронном журнале, обратная связь с администратором портала, возможность активного участия в «научных»

форумах;

тьютор (специалист, осуществляющий информационную и • консультативную поддержку учебного материала или курса) – доступны:

комплекс учебных материалов, по которым осуществляется информационная поддержка, адреса электронной почты обучающихся по данному комплексу электронных учебных материалов, возможность активного участия в форумах обучающихся и пассивного в научных форумах, адреса электронной почты разработчиков данного учебного комплекса;

преподаватель (специалист, осуществляющий методическую • поддержку материала или курса и оценку знаний обучающихся) – доступны комплекс учебных материалов, по которым осуществляется методическая (информационная) поддержка, адреса электронной почты и «формы успеваемости» обучающихся по данному комплексу электронных учебных материалов, возможность активного участия в форумах обучающихся и научных форумах, адреса электронной почты разработчиков данного учебного комплекса;

Администратор привилегированный пользователь, • – имеющий доступ, практически, ко всем ресурсам.

Портал ориентирован на персонализированное использование ресурсов. Пользователю необходимо зарегистрироваться. Регистрация осуществляется по предлагаемой форме. Та или иная форма предоставляется в зависимости от «типа» пользователя (рис.1).

Рис. Все свойства пользователей собираются и хранятся в специализированной базе данных. Каждый «вход» в Портал инициирует систему поиска, которая обращается к базе данных, определяя тип пользователя и какими привилегиями он обладает. Сформированная таким образом «карта пользователя» определяет доступные ресурсы Портала.

Портал состоит из трех основных разделов: «научно-учебные ресурсы», «виртуальный университет», «электронный журнал», трех вспомогательных разделов: «о проекте», «карта сайта», «справка» и трех навигационных кнопок: «обратная связь», «новости», «вход».

Интерфейс главного экрана Портала (рис.2) организован исходя из простоты использования, основанного на интуитивном понимании, и максимальной информативности.

Рис. Кроме указанных разделов и навигационных инструментов для пользователей впервые посетивших Портал предоставлен специальный информационный блок «С чего начать», благодаря которому посетитель легко поймет для чего существует данный сетевой ресурс и как им пользоваться.

Кроме того, на этот экран вынесены «горячие» новости в кратком изложении с навигационной возможностью ознакомиться с этими новостями подробно.

Научно-учебные ресурсы – раздел, в котором собраны все доступные через Портал материалы: электронные учебники, конспекты лекций, задачи и упражнения для практических занятий, тесты, курсовые задания, методические пособия, научные публикации, результаты исследований, внедрения и пр.Ядром этого раздела является единая база аннотаций, по которой осуществляется поиск и выбор материала (рис.3).

Рис. Доступ к выбранному материалу осуществляется по ссылке, которая вызывает полнотекстовый документ. Этот документ может располагаться не только на технических ресурсах Портала, но и на удаленных ресурсах разработчиков.

Режим доступа к ресурсам определяется статусом пользователя, который он приобретает при регистрации. Статус выбирается пользователем из предоставляемого ему набора. Этот раздел включает в себя несколько рубрик.

«Учебные материалы» разделены на три группы:

1.

гуманитарные, естественнонаучные, общетехнические. Последний раздел объединяет две традиционные группы: обще профессиональные дисциплины (ОПД), специальные дисциплины (СД). Кроме того, дан общий алфавитный список и навигационная кнопка на доступные библиотеки. В настоящее время этот раздел представлен каталогом непосредственного доступа к учебным материалам в объеме наименований учебников, лекций и семинаров и методических материалов.

«Научные ресурсы» представляют собой массив научных 2.

публикаций, представленных общим алфавитным списком с ссылками на полнотекстовые документы, поисковой системой и подсистемой обратной связи, включающей электронную почту автора и открытые форумы по каждой статье.

«Методические материалы» в большой степени искусственно 3.

локализированная рубрика. Содержательно методические материалы относятся и к «учебным материалам» и к «научным ресурсам»

одновременно. Из практики принято целесообразным обеспечить к этой информационной группе прямой доступ для удобства поиска.

«Производство» предоставляют доступ информации о 4.

внедрении результатов научных разработок, условия и информацию производственных практик студентов, виртуальные представительства предприятий, каталоги производственных материалов, запросы и вакансии предприятий.

Виртуальный университет раздел, обеспечивающий – инструментальную поддержку процедуры доступа к информационным и образовательным ресурсам Портала. Под информационными ресурсами подразумевается вся информация, размещенная в разделе научно-учебные ресурсы. Под образовательными ресурсами в данном случае понимаются все процедуры обучения, осуществляемые через Портал: правила работы, алгоритм обучения, учебные планы, списки курсов и групп, функции деканата и пр. Раздел включает в себя:«Каталог ресурсов»,«Виртуальный деканат» в том числе процедуру регистрации и доступа, учет успеваемости и тестирования, а так же функции службы занятости. Инструментарий виртуальных семинарских занятий, лабораторного практикума и удаленных консультаций.

Электронный журнал – раздел, который выполняет функции электронного издания (с регистрацией его в качестве средства массовой информации), в котором содержатся публикации различных авторов, посвященные проблемам открытого инженерного образования МГТУ им.

Н.Э. Баумана и других технических вузов, новости, информация о планируемых и прошедших мероприятиях, рекламные объявления и другая научно-техническая информация.

Кроме основных разделов в Портале имеются несколько вспомогательных разделов, помогающих использовать ресурсы Портала:

справка, карта сайта, о проекте.

«Справка» – функция портала помогающая пользователю справиться с затруднениями в работе с Порталом. Эта функция предоставления общей информации, не относящейся непосредственно к информационным ресурсам Портала.

Например, существует рубрикация учебных материалов:

гуманитарные, естественнонаучные, общепрофессиональные. Можно предположить, что не все пользователи Портала помнят полный список дисциплин, относящихся к той или другой рубрике. «Справка»

предоставит эту информацию.

«Карта сайта» – предоставляет пользователю операционно визуальную информацию об общей организации Портала: структуре, функциях и пр., а также обеспечивает прямой доступ к требуемому ресурсу. Например, «карта сайта» сразу сообщит неопытному пользователю о наличии на Портале такого учебного ресурса как общепрофессиональные дисциплины и позволит «в один клик» попасть в этот раздел вместо трех шагов последовательного погружения от входного экрана Портала.

«О проекте» – информационный блок, описывающий задачи, функции и структура Портала, стадии разработки, содержание проекта, информация о разработчиках, контактная информация и пр. Например, в этом информационном блоке расположен данный текст.

Эти вспомогательные разделы вынесены на постоянно доступный пользователю сектор экрана. На этот же доступный сектор вынесены несколько операционных «кнопок»: обратная связь, вход и новости.

Разработка Портала осуществляется Учебно-методическим отделом дистанционного обучения НМЦ «Инженерное образование» МГТУ им.

Н.Э. Баумана. В составе отдела – четыре лаборатории. Наполнение, техническая поддержка и актуализация содержательной части Портала, разработка структуры, механизма доступа, разработка и формирование базы данных осуществляет лаборатория сопровождения Портала.

Лаборатория инструментальных средств учебно-методических материалов в тесном сотрудничестве с преподавателями МГТУ им. Н.Э. Баумана осуществляет разработку собственно учебных материалов (лекции, тесты, учебники, методические пособия и пр.) и подготовку их для размещения в Портале. В задачи лаборатории входит так же консультационная и технологическая поддержка разработчиков учебно-методических материалов из числа преподавателей кафедр МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Лаборатория удаленного практикума создает лабораторные работы удаленного доступа к реальным лабораторным стендам и оборудованию.

Перед лабораторией дидактики и методики поставлена задача, разработать методы и алгоритмы использования ресурсов Портала в реальном учебном процессе, а так же обеспечить подготовку преподавателей для самостоятельной разработки учебно-методических материалов и организации внедрения этих разработок в учебный процесс.

Говоря о коллективе разработчиков Портала можно включить в него не только штатных сотрудников отдела, но преподавателей и методистов университета, студентов и аспирантов МГТУ им. Н.Э. Баумана. Многие работы, выполненные студентами в рамках создания Портала, стали курсовыми и дипломными работами.

В большой степени разработка Научно-методического Портала стала опытной зоной для создания и апробации подсистем элементов Системы открытого образования МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Доклад на семинаре «Создание системы открытого инженерного образования».

Норенков И.П., Петухова О.А.

Прикладные электронные энциклопедии Норенков Игорь Петрович – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Системы автоматизированного проектирования» (РК-6) МГТУ им. Н. Э. Баумана Предлагается концепция прикладных электронных (сетевых) энциклопедий, создаваемых для использования в системах открытого образования, а также в системах сохранения накопленных профессиональных знаний. Рассматривается модульная структура энциклопедий, способы согласования и упорядочения модулей в версиях учебников.

Введение. Качество образования, получаемого в системах дистанционного и открытого образования, в первую очередь, определяется содержанием используемой базы учебных материалов (БУМ).

Основными компонентами БУМ являются:

сетевые (электронные) учебники, соответствующие принятым • учебным программам профессионального образования;

сетевые учебные пособия, частично соответствующие • принятым учебным программам профессионального образования;

сборники задач и упражнений для самотестирования;

• лабораторные практикумы.

• По форме представления различают следующие виды учебных материалов:

традиционный материал, переведенный в электронное • представление без переработки содержания;

статический гипертекстовый материал;

• мультимедийный материал (с аудио- и/или видео • фрагментами);

материал с интерактивными фрагментами и с элементами • искусственного интеллекта.

Основной компонентой БУМ в настоящее время являются электронные учебники. Их типичный состав, средства разработки и затраты на изготовление подробно освещены в работе [1]. В электронный учебник, претендующий на высший уровень качества, должны входить основной теоретический материал в форме гипертекста, графические иллюстрации (при необходимости также аудио и видео фрагменты), глоссарий, контрольные вопросы и упражнения для самотестирования, методические рекомендации по изучению дисциплины, примеры для самостоятельного выполнения заданий, список часто задаваемых вопросов и ответов, сборник описаний лабораторных работ по курсу.

Однако не всегда лабораторный практикум целесообразно разрабатывать, как неотъемлемую часть учебника. Действительно, число применяемых на практике программных комплексов моделирования, машинной графики, управления базами данных и т.п. достаточно велико, обновляются они довольно часто, и ориентация в лабораторных работах на какой-либо один тип прикладного программного обеспечения (ПО) не может удовлетворить всех пользователей. Кроме того, организация широкого дистанционного доступа к дорогостоящему коммерческому ПО вызывает известные затруднения. Следует также учитывать, что объем финансирования, выделяемого на разработку электронных учебников, как правило, недостаточен.

Поэтому не следует закрывать дорогу разработкам, которые по полноте содержания и технологическому уровню не в полной мере соответствуют строгим требованиям, но в то же время могут быть полезными при отсутствии более высококачественных альтернатив. В частности, в БУМ, наряду с учебниками полной комплектации, могут включаться лабораторные практикумы, а иногда и сборники задач и упражнений, как самостоятельные компоненты.

Но для организации полноценного обучения в БУМ по каждой дисциплине учебного плана должны быть все необходимые учебные материалы, разработанные совместно или отдельно друг от друга.

Разработка учебника в полном составе или всех его компонентов по отдельности остается весьма дорогостоящей процедурой. Сроки разработки учебных материалов оказываются излишне большими, а содержание учебников, как правило, ориентировано на условия обучения, усредненные по запросам обучаемых и уровню их предварительной подготовки без учета индивидуальных особенностей каждого студента.

Значительные усилия приходится затрачивать на сопровождение каждого учебника, особенно в динамично развивающихся приложениях. Причем внесение в учебник изменений и дополнений в соответствии с авторским правом разрешается только самим авторам, что не всегда осуществимо.

Разработка учебников, адаптированных под конкретные запросы обучаемых, оказывается существенно проще при наличии информационных моделей предметных областей (приложений) и специальных предметных баз знаний в виде электронных (сетевых) энциклопедий. Энциклопедии аккумулируют учебные материалы по предметным областям, допуская автономную разработку не только больших фрагментов учебников типа лабораторных практикумов, но и любых тематических модулей, упрощают разработку новых версий учебников и их сопровождение на базе имеющихся модулей.

Данная статья посвящена изложению концепции электронных энциклопедий для систем открытого образования (СОО).

Структура электронной энциклопедии. Основой для создания информационно-образовательных сред для СОО на основе электронных энциклопедий является структурирование знаний, унификация интерфейсов структурных единиц и построение системы управления структурированными знаниями.

Электронная прикладная энциклопедия Э может быть представлена в виде Э = {Т, М, И, С, У}, где Т – тезаурус, М – множество модулей энциклопедии, И – множество входов от источников данных вне пределов приложения, С – множество связей модулей, У – система управления.

Центральным компонентом энциклопедии является предварительно составляемый тезаурус Т (словарь или глоссарий) предметной области.

Тезаурус включает список терминов, специфичных для данного приложения, и используемые символические обозначения величин.

Структурирование учебного материала заключается в его разделении на модули. Каждый модуль дополняется спецификацией, включающей интерфейсные и регистрационные атрибуты. Интерфейсные атрибуты служат для согласования данного модуля с другими модулями в составе компилируемых учебных пособий. Интерфейсные атрибуты - это понятия из тезауруса, используемые в модуле. Особо выделяются понятия, определяемые в модуле, они являются выходными интерфейсными атрибутами. Примерами регистрационных атрибутов могут служить имена авторов модуля, даты внесения изменений, данные о сертификации модуля и т.п.


Для каждой темы (подтемы) учебных программ в энциклопедии желательно иметь несколько альтернативных модулей в целях обеспечения адаптации к конкретным условиям обучения. Модули могут различаться методическими особенностями, подробностью и стилем изложения материала, ссылками на те или иные примеры и т.п.

Система управления У выполняет такие функции, как управление версиями учебника, ведение словарей, управление гиперссылками, согласование форматов данных, регистрация модулей, интерфейс с пользователем на языке, близком к естественному, и др.

Из модулей энциклопедии компилируются учебные пособия, причем компиляция возможна на трех уровнях [2]. Первый уровень относится к ресурсному центру дистанционного обучения (ДО), который создает и рекомендует некоторую базовую версию сетевого учебника. На втором уровне имеется возможность формирования адаптированных версий учебника локальными преподавателями, имеющими дело с конкретными группами обучаемых. На третьем уровне сами обучаемые компилируют свои индивидуальные версии, которые можно рассматривать как конспекты курса. При таком подходе появляется категория авторов составителей электронных пособий при естественном сохранении авторских прав на модули у их разработчиков. Желательно наличие системы сертификации скомпилированных версий.

Отметим основные преимущества подобной информационно образовательной среды (ИОС) системы открытого образования:

Существенное упрощение и ускорение разработки новых 1.

учебных пособий, соответствующих новым достижениям науки и техники, изменившимся запросам промышленности, потребностям новых нарождающихся дисциплин и т.п., поскольку значительная часть нового пособия может покрываться имеющимися модулями.

Легкость сопровождения сетевых учебников, поскольку 2.

локальные преподаватели могут самостоятельно вносить изменения, создавая свои версии пособий путем замены или добавления модулей, в том числе модулей собственной разработки.

Расширение возможностей оптимизировать информационную 3.

поддержку выбранной студентами траектории обучения в системах открытого образования.

Решение проблемы запоминания маршрутов движения 4.

пользователя в пространстве ИОС.

Возможность динамической генерации гиперссылок, если 5.

выбранное пользователем слово имеется в тезаурусе.

Для поддержки рассмотренной ИОС в системе управления знаниями необходимо иметь средства автоматического формирования интерфейсов на основе глоссариев и согласования модулей в составе версий на основе интерфейсных атрибутов. Очевидным фактором, способствующим согласованию модулей, является стандартизация терминов, их определений внутри приложений, преобразование предметных указателей в словари типа прикладных протоколов STEP.

Технология создания версий учебников на базе электронных энциклопедий. Создание Э следует начинать с разработки онтологии приложения. Под онтологией принято понимать знания о некотором приложении, включающие понятия об основных объектах приложения и отношения между понятиями. Другими словами, онтология – это декларативная модель приложения.

Созданная онтология, называемая базовой, закрепляется в краткой версии энциклопедии Экр. При этом краткое определение понятия Хi помещается в отдельный модуль Mi краткой версии.

Тезаурус Т состоит из строк Тi Тi = {Хi, Wi, Mi,Ni}, где Хi – очередное понятие, Wi – множество понятий-синонимов Хi, Mi – соответствующий модуль краткой версии, Ni – ссылка на модуль основной версии,соответствующий понятию Хi.

Множества М, И и С образуют графовую структуру G. Модуль Mi, определяющий Хi, изображается в графе в виде вершины. Элементы множества С изображаются дугами графа, а элементы множества И соответствуют понятиям, определяемым в других приложениях, поэтому в графовой структуре элементы И представляются вершинами без входящих дуг.

Множество дуг, инцидентных вершине Mi, составляет интерфейс модуля Mi. Выходная дуга (выход) соответствует определяемому в модуле понятию Хi, а входные дуги (входы) соответствуют понятиям, используемым в модуле для определения и пояснения Хi. При этом следует различать среди входов основные и вспомогательные понятия (интерфейсы) - основной вход необходим для определения выхода, а вспомогательный вход служит лишь для его пояснения.

На графе G могут решаться следующие задачи.

Задача А. Определение циклов, означающих наличие логических противоречий в Э, заключающихся в том, что некоторые понятия в конечном итоге определяются через самих себя. Поиск таких циклов возможен с помощью алгоритмов ранжирования. Устранение циклов требует корректировки некоторых модулей, входящих в циклы.

Задача Б. Определение последовательности изучения материала, сводящееся к построению линейной последовательности модулей, отобранных для некоторой версии учебника.

В частности, решение задачи А требуется при разработке онтологии приложения. Если окажется, что в графе G, соответствующем краткой версии, имеются циклы, то они должны быть ликвидированы разработчиком онтологии путем переопределения тех или иных терминов Хi. В итоге G становится ациклическим направленным графом.

Онтологию, представленную в виде Экр, назовем базовой моделью приложения, а совокупность отношений следования модулей базовой модели - базовой системой интерфейсов. Любую совокупность модулей с базовой системой интерфейсов вследствие ацикличности базовой модели всегда можно корректно упорядочить.

Краткая версия не является учебной. Для учебных версий нужно разработать систему учебных модулей.

Учебный модуль Mk может содержать текст, графические иллюстрации, аудио и видео фрагменты, он может быть обучающим, контролирующим, исследовательским. Он может не иметь выходных дуг или иметь более одной выходной дуги, если в нем определяется несколько понятий Хi.

Желательно, чтобы система учебных модулей имела систему интерфейсов С, согласованную с базовой системой интерфейсов, что означает возможность построения линейной последовательности из учебных модулей Mk без нарушения отношений следования, задаваемых принятой онтологией. Такое упорядочение достигается решением задачи Б.

Согласованность с базовой системой интерфейсов будет обеспечена, если всеми авторами учебных модулей принята разработанная онтология.

Однако для успешного развития энциклопедии нужно предусмотреть возможность использования в ней учебных модулей, созданных независимо от базовой онтологии. В частности, учебными модулями, пополняющими энциклопедию, могут быть части уже существующих учебников и учебных пособий. Важно лишь соблюдение в модулях некоторых общих системных правил, например, единства формата данных.

Так, международный стандарт AECMA 1000D для представления технических руководств и учебных пособий в авиационной промышленности требует использования в модулях языка SGML.

Множество учебных модулей энциклопедии должно быть структурировано понятным для пользователей образом. Естественный способ структурирования - распределение модулей по главам и параграфам, при этом параграф может состоять из одного или нескольких модулей. Возможно использование большего числа уровней структуры, например, введение верхнего уровня разделов. Распределение модулей по параграфам (главам) – задача, решаемая при создании базовой модели приложения.

Включение произвольного модуля в Э требует предварительного определения его интерфейсов. Эту работу выполняет администратор энциклопедии, т.е. лицо, отвечающее за сопровождение базовой онтологии, с помощью соответствующей программы П системы управления.

Программа осуществляет просмотр текста модуля, сопоставление каждого слова с терминами тезауруса, при совпадении слово выносится в интерфейс с запросом к администратору о характере этого интерфейса – является ли он входным основным, входным вспомогательным или выходным в данном модуле? Администратор должен дать ответ, исходя из содержания модуля.

В дальнейшем при определении циклов в большинстве случаев целесообразно учитывать лишь связи, определяемые основными входами.

Рассмотрим алгоритмы решения задач А и Б.

Задача А. Поиск циклов основан на следующем определении рангов вершин и дуг.

Ранг вершины, не имеющей входных дуг, равен 0. Выходные дуги вершины ранга i получают ранг i. Вершина Х ориентированного графа получает ранг i + 1, если все ее входные дуги проранжированы и старший ранг входных дуг равен i. Если в процессе ранжирования оказывается, что еще не все вершины проранжированы, но нет ни одной вершины, у которой все входные дуги проранжированы, то в графе имеются циклы.

Для устранения циклов необходимо ликвидировать некоторые дуги.

Очевидно, что такая ликвидация требует переформулировки модулей с ликвидируемыми входными дугами путем устранения из их входных интерфейсов соответствующих понятий. Эту процедуру выполняет разработчик онтологии (им может быть автор базового сетевого учебника).

Дуга {Xj, Xk}, как наиболее вероятный кандидат на ликвидацию, определяется по эвристическим критериям, например, в качестве такового можно принять максимальное значение показателя w на множестве вершин, образующих цикл w = rj - rk, где rj = j - j- разность полустепеней захода и исхода вершины j.

+ Задача Б. Рассматривается ациклический ориентированный граф.

Назовем открытыми дуги, исходящие из вершин (модулей), уже включенных в создаваемую линейную последовательность (остальные дуги являются закрытыми). Вершины, все входные дуги которых открыты, назовем открытыми вершинами, а дуги, ведущие в открытую вершину, разрешенными дугами.

Рассмотрим правила включения в линейную последовательность очередного модуля.

Текущий модуль (соответствующий открытой вершине), включаемый в линейную последовательность модулей, может иметь:

единственную разрешенную выходную дугу;

1) более одной разрешенной выходной дуги;

2) ни одной разрешенной выходной дуги.

3) В первом случае, если разрешенная дуга ведет в модуль Х, то следующим модулем линейной последовательности становится модуль Х.


Во втором случае ситуация неоднозначна и нужно выбрать одну из альтернатив продолжения последовательности, т.е. одну из вершин, следующих за текущей вершиной, используя некоторый критерий Р.

В качестве одного из возможных вариантов эвристического критерия Р предлагается взвешенная сумма рj частных показателей bi вершины j рj = *b1-*b2-*b3, (1) где b1 – полустепень исхода, b2 – полустепень захода, b3 – обратный ранг вершины j, причем значения весовых коэффициентов,, подбираются опытным путем. Обратный ранг вершин определяется после изменения направлений всех дуг в графе на противоположные. Очередным включаемым в линейную последовательность модулем будет модуль, вершина которого имеет наибольшее значение рj. Целесообразно выбор модуля по (1) выполнять среди модулей текущих параграфа или главы (т.е.

параграфа или главы, к которым принадлежит текущий модуль), и только если открытых модулей в данном параграфе нет, выходить за его пределы.

Аналогичное дополнение можно принять и для рассмотренного первого случая.

В третьем случае осуществляется бектрекинг в ближайшую из пройденных вершин и эта вершина становится текущей.

Требование соответствия интерфейсов модулей базовой системе интерфейсов может ограничить число потенциальных авторов учебных модулей и тем самым снизить степень вариативности индивидуальных версий учебников. Поэтому, как отмечено выше, требование соответствия интерфейсов модулей базовой системе является рекомендательным, но не обязательным. Назовем систему интерфейсов модулей, получаемых на базе некоторого учебника Y, частной системой интерфейсов, соответствующей частной онтологии Y.

Если в частной онтологии появляются понятия, отсутствующие в базовой онтологии, они должны быть включены в основной тезаурус с ликвидацией циклов, которые при этом могут появиться в графе G (но только за счет переформулировки вновь включаемых модулей).

Использование модулей разных онтологий (разных систем интерфейсов) в одной конкретной версии учебника порождает задачу В.

Задача В. Пусть в исходной базовой версии некоторый модуль Mk заменяется на модуль Mr из частной онтологии Y (причем в Y линейное упорядочение модулей возможно). Такая замена может повлечь появление циклов. Для их устранения нужно в формируемой версии учебника заменить подмножество М1 модулей исходной онтологии, включающее Mk, на подмножество М2 частной онтологии, включающее Mr. Требуется найти такое М2 (желательно минимальной мощности), при котором возможно линейное упорядочение модулей.

Задача решается путем многократного выполнения задач Б и А. Если линейное упорядочение при включении нового модуля не достигается, то определяется цикл, для ликвидации которого производится новая замена некоторого модуля исходной онтологии на модуль частной онтологии.

Процедура повторяется, пока не будет получен ациклический граф. В качестве очередного заменяемого модуля выбирается один из модулей, порождающих закрытые дуги на входе только что включенного модуля Mr.

Более характерна ситуация, когда в Э имеются отдельные модули, не согласованные с базовой системой интерфейсов, и в то же время соответствующая им онтология не является завершенной и не представлена в Э исчерпывающей совокупностью модулей. Тогда возникает задача Б, но решаемая не при работе администратора с Экр (с ациклическим графом), а при работе пользователя (с произвольным графом), формирующего индивидуальную версию учебника. Пользователь может выбирать нужный ему материал на разных иерархических уровнях, отмечая целые главы или параграфы. Тогда в формируемую версию учебника войдут все модули, входящие в отмеченные части, и эти модули должны быть упорядочены.

При решении задачи Б в общем случае входы от модулей, не вошедших в отобранный список, рассматриваются, как открытые (т.е. это модули множества И). В рассмотренный выше алгоритм добавляется ликвидация циклов включением для входа, порождающего цикл, соответствующего модуля (модулей) из Экр.

Если по ходу изучения материала пользователь встречает непонятный ему термин, он может оперативно включить соответствующий модуль из Экр или из базовой версии учебника, например, путем создания динамической гиперссылки (динамическая гиперссылка на модуль тезауруса создается при выборе мышкой слова, совпадающего с термином тезауруса или его синонимом).

Заключение. Таким образом, основными задачами создания конкретной прикладной сетевой энциклопедии являются разработка онтологии приложения, соответствующей краткой версии энциклопедии Экр и написание учебных модулей. Для создания версий учебников на базе сетевых энциклопедий и их сопровождения необходима система управления энциклопедией, которая должна обеспечивать решение следующих задач:

редактирование тезауруса;

• поиск в произвольном тексте терминов из тезауруса и • формирование интерфейсов модулей;

поиск циклов в отобранном множестве модулей;

• устранение циклов;

• линейное упорядочение модулей;

• создание динамических гиперссылок;

• согласование кодировок учебных материалов.

• Структурирование знаний и построение ИОС в виде сетевых энциклопедий станет важным шагом на пути дальнейшей интеллектуализации систем ДО. Будущие системы ДО будут способны в среде виртуального учебного класса вести диалог с обучаемым, определять его текущие потребности и автоматически формировать порции учебного материала, удовлетворяющие эти потребности. Создание первых сетевых энциклопедий приближает появление интеллектуальных систем ДО, поскольку компьютер – виртуальный наставник обучаемого – становится хранилищем энциклопедических структурированных знаний.

Литература Усков В.Л. Дистанционное инженерное образование на базе 1.

Internet/ Библиотечка журнала "Информационные технологии", 2000, № 3.

Норенков И.П. По WWW-страницам учебных серверов // 2.

Информационные технологии, 1997, № 3.

Доклад на семинаре «Создание системы открытого инженерного образования».

Агеева Т.И., Ярославцева Н.А.

Полнотекстовая электронная версия книги " Бобров В.Ф.. Основы теории резания металлов" Агеева Тамара Ильинична – директор библиотеки МГТУ им. Н.Э. Баумана, кандидат технических наук.

Ярославцева Нина Александровна – доцент кафедры «Технологии обработки материалов» МГТУ им. Н.Э. Баумана, кандидат технических наук.

В настоящее время подготовлено и записано на CD-ROM электронное полнотекстовое, стереотипное издание книги В.Ф. Боброва «Основы теории резания металлов». Ее электронная версия (рис. 1) разработана под реализацию проекта создания научных и учебных виртуальных библиотек. Над решением этой проблемы руководство библиотеки МГТУ им. Н.Э. Баумана работает с конца прошлого века.

Электронная версия книги имеет все преимущества CALS технологичных объектов. Большим ее достоинством является возможность совместного функционирования с другими электронными учебными материалами, разрабатываемыми в МГТУ. На рис. 2 показано обращение к книге В.Ф. Боброва из электронного документа "Тестовая система контроля и самоконтроля с элементами обучения" [1].

Компьютерное издание книги "В.Ф. Бобров. Основы теории резания металлов" представляет собой первое ее, с момента выхода в свет, полнотекстовое переиздание. Книга является обобщением главных достижений в области теории резания металлов. Она подводит итог всех наработок в физической теории резания, основанной на пластическом деформировании и пластическом течении металлов, и в этом ее уникальность. В.Ф. Бобров проделал большую, кропотливую работу по систематизации и упорядочению накопленных знаний, формированию единообразной терминологии и определений базовых понятий теории резания. Все основные научные положения, собранные и обобщенные факты и практические рекомендации, приведенные в книге, не утратили своей ценности и сегодня, в то время как сама книга стала библиографической редкостью.

Рис. Современные информационные технологии позволили оцифровать ее, сделать более доступной для пользователей, а использование гиперссылок, возможность быстрого перехода к любому разделу книги, предметный указатель с системой поиска, список литературы, реализующий связь «читатель-библиотека», делают данное издание удобным для работы и изучения.

Вместе с тем выбранная в качестве объекта для перевода на электронный носитель данная книга показала, что качественное оцифровывание является процессом чрезвычайно трудоемким, требующим больших временных затрат.

Первоначально текст книги сканировался, затем распознавался и оцифровывался с помощью программы "FineReader", эта же программа делала первую грубую сверку, после чего текст сохранялся в формате Word, где осуществлялось вручную основное считывание текста и его правка.

Электронная версия книги выполнена в формате HTNL. Для работы с ней используется программа просмотра Internet Explorer.

Рис. Большая трудоемкость разработки данного электронного издания объясняется и тем, что технический текст насыщен формулами и буквенными обозначениями с символами, например, индексами, степенями, апострофами и др. (рис. 3, 4), которые не воспринимаются Рис. Рис. текстовыми редакторами языка HTNL. Поэтому каждая формула и буквенное обозначение, имеющее при себе индекс или какой либо другой символ, не воспринимаемый в формате HTNL, выполнены как рисунок в формате GIF. При создании Web-страниц использовались графические форматы GIF и JPEG. Каждая Web-страница имеет верхнюю и нижнюю панели навигации, из которых можно выйти в оглавление, предметный указатель, список литературы, титульный лист, сайт библиотеки МГТУ им. Н.Э. Баумана (рис. 5), а также благодаря специально разработанной программе в пределах рассматриваемой главы, не возвращаясь в оглавление, можно оперативно перейти к любому ее параграфу, предыдущей и последующей главам. Такая структура документа с учетом возможностей гиперссылок обеспечивает быстрый доступ и переход к любому интересующему разделу, иллюстративному материалу в местах ссылок на них, формирование библиографического списка в процессе работы с электронной версией книги.

Гипертекстовый предметный указатель (рис. 6) позволяет быстро, с минимальными затратами времени найти в тексте книги определение нужного термина, раскрыть его содержание, получить необходимую информацию по основным вопросам процесса резания металлов.

Рис. Рис. В электронном учебнике есть ссылка на Web-страницу библиотеки МГТУ им. Н.Э. Баумана (рис. 7).

Рис. Условия работы с электронным учебником обеспечивают возможность заказа по Internet в библиотеке МГТУ литературу, отобранную по списку (рис. 8).

Рис. Для заказа выбранной литературы читатель заполняет поля рубрики «Ваша идентификация» (рис. 9).

Рис. Затем на поисковой странице читатель заполняет одно или несколько полей (рис.10) Рис. и получает результат поиска по каталогу библиотеки (рис.11) Рис. Читатель может заказать по Internet одну или несколько из этих книг (рис. 12) Рис. а также проверить состояние выполнения заказа (рис. 13).

Рис. Полнотекстовое электронное издание книги "В.Ф. Бобров. Основы теории резания металлов" выполнено в МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Возможности компьютерных технологий создают благоприятные условия для формирования активной библиотеки знаний по любому направлению и делают электронные издания равноправными носителями научной, учебной и другой информации наряду с привычной нам печатной продукцией, существенно расширяя информационное пространство.

Литература:

1.Ярославцев В.М., Ярославцева Н.А., Савин К.А. Тестовая система контроля и самоконтроля с элементами обучения. – Электронное издание.

– М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2001. – CD-R. - № гос. рег. 0320100155.

Доклад на семинаре «Создание системы открытого инженерного образования».

Ярославцев В.М.

Мультимедийный учебник "Основы обработки заготовок" Ярославцев Виктор Михайлович – профессор кафедры «Технологии обработки материалов»

МГТУ им. Н.Э. Баумана, доктор технических наук.

Компьютерный учебник "Основы обработки заготовок" (рис. 1) разрабатывался как самостоятельный учебный материал для дисциплины "Технологии специальных физико-химических методов обработки", которая изучается студентами новой для МГТУ им. Н.Э. Баумана специальности "Реновация средств и объектов материального производства в машиностроении".

Содержание учебника посвящено рассмотрению вопросов физической технологии, физико-химическим основам обработки резанием, электрофизических, электрохимических и химических методов обработки, комбинированных и специальных методов формообразования. Учебные материалы по каждому методу включают основные сведения о его технологических возможностях, средствах технологического оснащения, особенностях типовых операционных технологических процессов, их достоинствах и недостатках, областях рационального применения.

Приводятся данные о кинематических разновидностях методов и примеры их практического применения. Уделяется внимание представлению технологических процессов как энергетических преобразователей.

Рассматриваются вопросы обрабатываемости разных групп конструкционных материалов, в том числе плазменнонапыленных и композиционных.

В учебнике нашла отражение основная концепция отечественного образования, достоинства которой признаны во всех странах мира раскрыть общие закономерности процессов и явлений, дать их теоретическое обоснование, способствуя тем самым более глубокой фундаментальной базе получаемых знаний.

В настоящее время аналогов данному компьютерному учебнику не имеется, поскольку для названной выше дисциплины по специальности Рис. "Реновация…" печатные или электронные издания отсутствуют.

Учебник предназначен для использования при проведении аудиторных занятий и при самостоятельной работе студентов по традиционной форме образования, он может также служить для дистанционного обучения, для обучения слабослышащих, входить в базу компьютерной поддержки лекционных курсов по обработке материалов резанием и физико-химическим методам обработки в технических вузах России и за рубежом.

Электронное издание учебника (ЭИУ) на CD-ROM выполнено в формате HTML. Для работы с ним используется программа просмотра Internet, такая как Internet Explorer или Netscape Navigator. Подвижный иллюстративный материал воспроизводится с помощью программы Quck Time 4,1 Plug-In. В ряде случаев используется программа Flash.

Необходимые для просмотра ЭИУ программы могут быть установлены непосредственно с рабочего диска.

Компьютерный учебник содержит текстовый материал по изучаемому вопросу и компьютерно решенный иллюстративный материал. При создании Web-страниц использовались графические форматы GIF и JPEG;

видео- и анимационные файлы представлены в форматах AVI и Quck Time c расширением MOV.

Каждая Web-страница в левом фрейме имеет панель навигации (меню), в правом - располагается текстовый материал с иллюстрациями. В отдельных случаях для представления иллюстративного графического и подвижного материала используется вложенный фрейм. Такая структура диска с учетом возможностей гиперссылок обеспечивает быстрый доступ и переход к любому интересующему разделу, любому иллюстративному материалу.

Компьютер открывает новые возможности максимально наглядного представления изучаемого материала, что особенно важно при освоении сложных физико-химических процессов и кинематики. И здесь большую роль играет правильно подобранный и наглядный иллюстративный материал. В ЭИУ иллюстрации выполнены в виде цветных и черно-белых графических рисунков, таблиц, цветных анимационных изображений, аудио- и видеофрагментов, выполненных в реальном масштабе и путем микрофильмирования, микрофотографий и др. (рис. 2, 3).

Рис. Использование возможностей современных информационных технологий позволило специально для мультимедийного издания разработать анимации тех явлений и процессов, которые в реальности нельзя наблюдать, но знания о которых необходимы для понимания сущности тех или иных технологических методов и способов. К таким процессам можно отнести, например, при обработке резанием протекание деформационных процессов в зоне стружкообразования, явление наростообразования;

при электроэрозионной обработке – процесс теплового разрушения обрабатываемого материала и т.д. Наряду с оригинальными анимациями в ЭИУ использованы фрагменты учебных фильмов из фонда МГТУ им. Н.Э. Баумана "Протягивание деталей машин", "Кристаллизация металлов", "Процесс образования стружки при резании", переснятые на аналоговую кинокамеру и оцифрованные.

Рис. Иллюстративный материал, который приводится для лучшего усвоения физической природы и кинематики формообразования, создавался на основе использования компьютерных программ по 3D графике, анимации, рисункам, оцифрованию микрофотографий и видеофрагментов реальных технологических процессов. Техническая реализация на компьютере моделей физических процессов и перевод учебных материалов в HTML выполнен студентами.

Компьютерный учебник представляет собой средство, которое способствует интенсификации изучения теоретического материала, дает возможность более глубоко понять физическую сущность и возможности технологических процессов, ознакомиться с оборудованием для реализации этих процессов.

Электронный учебник, непрерывно дополняясь и обновляясь, позволяет отслеживать современное состояние в изучаемой области знаний, оперативно реагировать на все новое: отражать последние научные достижения, демонстрировать в действии новейшие образцы современной техники и технологии.

Так, при рассмотрении теоретических основ обработки резанием в учебнике приводятся выполненные в последние три года авторские разработки, включающие представления о высоких динамических свойствах процесса стружкообразования, который по своим энергетическим характеристикам не уступает взрыву химических взрывчатых веществ (рис. 4). Показано, что контактные процессы на стыке трения режущего инструмента со стружкой и обрабатываемым материалом сопровождаются явлением сверхтекучести. Приводится оценка температуры в заполненных газом микрополостях, микро- и макротрещинах обрабатываемого материала в моменты импульсного воздействия высоких давлений (до 10…70 ГПа) в зоне стружкообразования. Показано, что температурный всплеск в этом случае может быть на 1-2 и более порядков выше осредненных температур, зафиксированных в настоящее время на периферии зоны резания.

Даны в реальном масштабе времени технологии изготовления деталей на последних моделях токарного и электроэрозионного оборудования, возможности лазерной резки и др.

Рис. При работе с учебником для выбора нужного учебного материала в главном меню выделяем интересующий нас раздел (например, "Электрофизические и электрохимические методы обработки") (рис. 1), раскрываем его контекстное меню, в котором выделяем название материала для изучения (допустим, "электроэрозионная обработка"), раскрываем его содержание (рис. 5) и в любой последовательности входим в содержательную часть учебных материалов.

Переход к другим разделам и параграфам учебника может осуществляться через контекстное или главное меню, а также непосредственно из текста. Программой предусмотрено представление иллюстративного материала в увеличенном масштабе (см. рис. 3, 4, 6).

Широко используются возможности гиперссылок для вывода из текста рисунков, анимаций и видеофрагментов в местах ссылок на них или непосредственно с поля иллюстрации, а также для обращения к дополнительному учебному материалу, расширяющему представления об основных понятиях, процессах и др. (рис. 7, 8).

Требования к компьютерам пользователей: IBM PC, Pentium, MГц, RAM 32 Мб, 800*600, High Color, звук. плата 16 бит, Windows 98/2000.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 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.