Интерактивные компьютерные тренажеры по математическим дисциплинам

Клыков, Виктор Викторович

Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Интерактивные компьютерные тренажеры по математическим дисциплинам

кандидата технических наук: Клыков, Виктор Викторович
город: Томск
год: 2005
специальность ВАК РФ: 05.13.18

Диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению на тему «Интерактивные компьютерные тренажеры по математическим дисциплинам»

Автореферат диссертации по теме "Интерактивные компьютерные тренажеры по математическим дисциплинам"

На правах рукописи

Клыков Виктор Викторович

ИНТЕРАКТИВНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ ПО МАТЕМАТИЧЕСКИМ ДИСЦИПЛИНАМ

Специальность 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Томск-2005

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники (ТУСУР).

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Мицель Артур Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Сущенко Сергей Петрович

кандидат технических наук, доцент Кочегуров Александр Иванович

Ведущая организация - Новосибирский государственный технический университет

Защита состоится « 15» декабря 2005 г. в 15°° часов на заседании диссертационного совета Д.212.268.02 Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: 634034, г. Томск, ул. Белинского 53, НИИАЭМ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники по адресу: г. Томск, ул. Вершинина, 74.

Автореферат разослан« 11 » ноября 2005 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета jJL,

Д.212.268.02, д-т.н. Клименко А.Я.

г 11 33$ 7

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. По некоторым оценкам, своего расцвета информационная цивилизация достигнет к середине XXI века, и уже наши дети будут жить и работать в совершенно новой информационной среде обитания. Поэтому современная система образования должна опережающее готовить новое поколение к условиям существования и профессиональной деятельности в глобальном информационном обществе. Происходящие структурные изменения в экономике, социальной и политической жизни требуют переподготовить около 40 млн. человек по всем направлениям профессионального, гуманитарного и социально-экономического образования в период до 2007 года. Бурный рост технологически совершенствующихся отраслей деятельности предполагает, что не менее 40-50% должны иметь высшее образование. По оценкам футурологов, в информационном обществе высшее образование должны иметь 60-90% работающего населения.

Указанные объективные факторы и прогнозы обуславливают повсеместное привлечение информационных и телекоммуникационных технологий для оказания образовательных услуг с целью глобального расширения обучающейся аудитории. Взаимодействие, интеграция и стандартизация этих услуг приводит к появлению среды открытого образования (ОО). В нашей стране эта среда развивается в рамках программы Министерства образования и науки РФ по созданию системы (ОО), при этом внедряется единая информационно-образовательная среда открытого образования РФ (ИОС ОО РФ). При этом в основе создания ИОС ОО лежат технологии адаптивного ОО с использованием современных информационных и телекоммуникационных технологий. Таким образом, одним из основных средств ОО является дистанционное обучение (ДО), определенное в работе как «...совокупность технологий, позволяющих реализовать образовательный процесс с удаленным пользователем». Главнейшая задача дистанционного обучения - не снижая высокого качества профессиональной подготовки, сделать ее поистине массовой. Однако факты говорят о том, что высокого качества профессиональной подготовки с помощью средств ДО удается достичь отнюдь не всегда. В первую очередь это касается естественнонаучного (инженерного) образования.

Таким образом, актуальность исследования обусловлена:

1. Бурным развитием, которое переживает сфера электронного образования в настоящее время;

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА С.Пет еФпгП.?/*

«э т «Дуд?

■■ I».» «

2. Отсутствием развитых (недекларативных) стандартов и требований к компьютерным тренажерным программам;

3. Отсутствие формализованного описания (математической модели) ИКТ в достаточной для программной реализации степени;

4. Большим объемом имеющейся пассивной информации (бумажных учебников по математическим дисциплинам), которую необходимо перевести в активную, электронную, форму;

5. Наличием компьютерных тренажерных программ в образовательном процессе в количестве, недостаточном для современного уровня развития информационных технологий в целом;

6. Высокими требованиями, предъявляемыми к готовым компьютерным тренажерным программам:

7. Трудностью создания без вспомогательных средств обучающих программ, удовлетворяющих выдвинутым обществом требованиям;

8. Необходимостью создания практической и теоретической базы, которая бы обеспечила возможность создания средств автоматизированной разработки ИКТ.

Объектом исследования являются интерактивные математические компьютерные тренажеры как компоненты электронного учебника для усвоения практического материала учебного курса.

Предметом исследования являются инструментальные средства, предназначенные для автоматизации разработки интерактивных математических компьютерных тренажеров.

Целью данной работы является исследование возможностей автоматизации разработки ИКТ, создание формализованного описания (математической модели) ИКТ и инструментария для эффективной разработки интерактивных компьютерных тренажеров по математическим дисциплинам.'

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить современные требования к ИКТ;

2. Разработать концепции функционирования и структуру ИКТ;

3. Предложить математическую модель ИКТ;

4. Выявить требования к инструментальным средствам разработки ИКТ на основе созданной модели;

5. Реализовать необходимые для программного воплощения модели инструментальные средства и компоненты ИКТ;

6. Апробировать математическую модель при создании комплекса ИКТ по высшей математике.

Методы исследования вытекают из поставленных задач. Для решения поставленных задач использовались методы системного анализа и теории автоматов. Были рассмотрены приведенные в литературе данные, относящиеся к исследованию. При программной реализации полученных концепций, использовались:

- методы теории алгоритмов и языков программирования;

- методы объектно-ориентированного программирования и технология СОМ;

- методы математического моделирования и визуализации, опирающиеся на методы вычислительной математики и технологию GPGPU (General Processing on Graphical Processing Unit) - обработка данных (в том числе и не графических) на графических процессорах.

Научную новизну представляют следующие результаты:

1. Применение детерминированного автомата в качестве модели представления работы алгоритмов решений различных математических задач в рамках ИКТ.

2. Оригинальный алгоритм сравнения математических выражений, заданных в аналитической форме, отличающийся простотой реализации.

3. Способ ввода и анализа математических выражений с помощью редактора формул Formulator, отличающийся тем, что он предоставляет разработчику широкие возможности по анализу математических выражений, вводимых пользователем в естественном виде.

4. Оригинальный метод построения линий уровня и градиентного отображения карты высот, основанный на аппаратных возможностях современных GPU (графических процессоров).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель компьютерного тренажера позволяет реализовать алгоритм интерактивного обучения пользователя навыкам решения различных математических задач.

2. На основе предложенной математической модели возможна автоматизация разработки интерактивных компьютерных тренажеров.

3. Разработанный способ ввода математических выражений в аналитическом виде с помощью редактора формул Formulator существенно облегчает создание тренажеров по математическим дисциплинам, отвечая как высоким требованиям разработчика ИКТ, так и конечного пользователя.

4. Комплекты интерактивных компьютерных тренажеров дня мультимедийных учебников «Методы оптимизацию) и «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения» позволяют пользователю самостоятельно изучать алгоритмы решения математических задач.

Практическая и теоретическая ценность работы. Предложенная математическая модель и реализованный набор инструментальных средств и графических компонент ИКТ представляют теоретическую и практическую базу для создания системы автоматизированной разработки ИКТ по естественнонаучным дисциплинам. Реализовано программное обеспечение, включающее в себя комплекты ИКТ для трех электронных обучающих комплексов

(ЭОК) по математическим дисциплинам. На базе предложенных принципов функционирования ИКТ разработаны тренажеры для ЭОК «Английский язык II». Разработанные графические компоненты ИКТ использовались при создании комплекта виртуальных лабораторных работ для ЭОК «Физика».

Достоверность результатов работы подтверждается применением научных основ системного проектирования прикладного программного обеспечения, системного анализа, а также внедренными в учебный процесс ЭОК с комплектами ИКТ по трем естественнонаучным дисциплинам.

Внедрение результатов диссертации. Реализованы комплекты ИКТ для ЭОК по трем математическим дисциплинам: «Вычислительная математика», «Методы оптимизации», «Высшая математика. Интегральное исчисление и дифференциальные уравнения». Все перечисленные ЭОК внедрены в образовательный процесс Томского межвузовского центра дистанционного образования (ТМЦДО). К разработанным обучающим курсам выпущены методические пособия. Предложенная математическая модель, инструментальные средства и библиотека графических компонент ИКТ активно используются, являясь внутренним стандартом de-facto в лаборатории «Мультимедиа» ТУСУР. Предложенная математическая модель ляжет в основу создания автоматизированной системы разработки ИКТ по естественнонаучным дисциплинам EduCAD Trainer 2.0.

Апробация работы и публикации. Методика исследования обсуждалась на заседаниях семинара кафедры АСУ «Автоматизированные системы в учебном процессе» в 2001 году, семинарах СКБ «Система» в 2002-2003 гг., и научных семинарах лаборатории «Мультимедиа» в 2004-2005 гг.

По теме диссертации опубликовано 24 работы, в том числе: 5 статей, среди которых 3 в центральной печати;

- 4 учебно-методических пособия (в том числе по дисциплинам «Вычислительная математика» и «Методы оптимизации»)'; материалы 15 докладов на конференциях;

- материалы автора вошли в монографию (A.A. Мицель, В.В. Рома-ненко, М.В. Веретенников, А.И. Щербаков, «Автоматизация разработки компьютерных учебных программ». - Томск: издательство Научно-технической литературы. 2005).

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях:

- региональной научно-технической конференции «Радиотехнические и информационные системы и устройства». Томск, ТУСУР, 2000 г.;

- 7-й международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (СИБРЕСУРС-7-2001). Барнаул, 2001 г.;

- межрегиональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР». Томск, ТУСУР, 2002 г.;

- международной научно-технической конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине». Волгоград, 2002 г.;

- XI международной научно-методическая конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании». Кемерово, ИДМИ, 2002 г.;

- региональной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». Юрга, 2002 г.;

- всероссийской научно-практической конференции-выставке «Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития». Томск, 2002 г.;

- Х1Л международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». Новосибирск, НГУ, 2003 г.; всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». Юрга, 2003 г.;

- международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании». Новосибирск, СибГУТИ, 2003 г.;

- X международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Томск, 2004 г.;

конференции «Научная сессия ТУСУР - 2004». Томск, ТУСУР, 2004 г.;

всероссийской научно-методической конференции «Современное образование: ресурсы и технологии инновационного развития». Томск, 2005 г.

Дипломная работа на тему «Интерактивные компьютерные тренажеры для электронного учебника по дисциплине «Методы оптимизации», в которой отражены начальные этапы исследования, отмечена дипломом открытого конкурса Министерства образования РФ на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах РФ в 2002 году.

Доклады автора на ХЫ международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, НГУ, 2003 г.) и конференции «Научная сессия ТУСУР - 2004» отмечены дипломами первой степени.

Материалы работы были представлены на открытом конкурсе нефтяной компании «ЮКОС» в 2004 г. в номинации «Аспиранты и молодые ученые» и были оценены именной стипендией автору.

ЭОК «Методы оптимизации» в который входят ИКТ, разработанные автором, занял первое место на конкурсе электронных учебных пособий, проходившем в ТУСУР в 2004 г.

Личный вклад диссертанта. В диссертации приведены только те результаты, в получении которых автору принадлежит основная роль. Постановка задачи, направление исследований, подготовка материалов для печати выполнены совместно с руководителем - Мицелем A.A. Опубликованные работы написаны либо без соавторов, либо в соавторстве с сотрудниками коллектива кафедры АСУ ТУСУР (лаборатории «Мультимедиа») по разработке компьютерных учебных пособий. Автором разработана математическая модель, концепции функционирования, требований к графическим компонентам ИКТ. Автором реализовано подавляющее большинство из графических компонент ИКТ, а так же реализованы ИКТ по дисциплинам «Методы оптимизации» и «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения». Личный вклад в разработку учебных пособий:

1. «Вычислительная математика»: программирование вычислительных алгоритмов для ИКТ, дизайн и наполнение гипертекстового электронного учебника. Дизайн обложки.

2. «Методы оптимизации»: методология разработки и программирование каркаса ИКТ, функциональное наполнение 12 из 18 тренажеров. Программирование графических компонент ИКТ. Дизайн обложки. Расчет на тренажерах задач для раздела «Курсовое проектирование».

3. «Высшая математика. Интегральное исчисление и дифференциальные уравнения»: реализация разработанной модели ИКТ, программирование каркаса 7 из 9 ИКТ и наполнение базы данных параметрических задач к ним (102 из 119). Разработка и реализация способа ввода математических выражений задаваемых в естественном (аналитическом) виде с помощью редактора формул For-mulator.

Структура и объем диссертации. Приведенные цели и задачи опреде-' ляют структуру и содержание исследования. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 90 наименований и двух приложений. Общий объем диссертации - 157 страниц, в том числе 38 рисунков на 27 страницах, 3 таблицы и листинга на 3 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы. Представлено состояние предметной области - инженерного открытого образования - в настоящее время. Исходя из этого, обоснована авлуальность исследования, выявлены предмет и объект исследования; обоснованы цели и задачи. На основании целей выбраны методы исследования проблемы и приведены элементы научной новизны работы. Сформулированы практическая и теоретическая ценность работы, основные защищаемые положения, обоснована их достоверность. Затем говорится о внедрении результатов диссертации и рекомен-

дациях по их дальнейшему1 использованию, апробации работы и опубликованных материалах по теме исследования.

В первой главе были приведены определения терминов и понятий, которые используются в работе. Показано состояние инженерного открытого образования на основе глубокого анализа литературных источников. Делается вывод о том, что получение естественнонаучного (инженерного) образования затруднено в рамках системы открытого образования (00). Главная причина таких выводов связана с тем, что для таких специальностей принципиально необходима повседневная практическая деятельность в виде регулярно выполняемых лабораторных работ и практических занятий по решению задач. Показано, что в настоящее время проблема качественного дистанционного проведения подобных занятий может быть решена только посредством развития технологий и компонентов электронных обучающих курсов (ЭОК), отвечающих за представление практического материала — интерактивных компьютерных тренажеров (ИКТ). Показано место ИКТ в структуре современных ЭОК и в системе ОО.

Анализ литературных источников показал, что:

- До сих пор нет единого стандарта на разработку КТП, что делает невозможным полноценную интеграцию этого вида КУП в систему ОО. Здесь основная проблема - несовместимость форматов хранения и алгоритмов обработки данных.

Парадигма системы ОО подразумевает использование глобальных сетей как средства передачи данных между обучающей программой и учеником. Как показывает практика, на сегодняшний день отсутствуют полноценные КТП, функционирующие в сетевом пространстве.

Та дружественность интерфейса, качество графики и интерактивность, о которых шла речь, достигаются большими усилиями программистов. Тренажерные программы пишутся ими практически с нуля. Другими словами, отсутствуют автоматизированные средства разработки КТП.

Приведены два основных типа практической деятельности присущих подготовке естественнонаучных специалистов:

- Лабораторный практикум, цели которого - привитие навыков исследовательской работы, углубленное изучение теоретического материала, знакомство с методиками измерения различных величин, изучение приборов, обучение сборке электрических схем и т.д.

Практические занятия по решению различных задач - от математических до практических. Их цель - «набить руку» в сборке электронных схем, машинописи, интегрировании и т.д.

Таким образом, показано, что основными современными КТП являются ВЛП и ИКТ. Отмечается, что развитие ВЛП и технологий их автоматизированной разработки удовлетворительно, в то время как ИКТ освещены в

литературе слабо и большей частью декларативно и умозрительно, несмотря на то, что они присутствуют в большинстве современных литературных источников как одна из основных компонент электронных учебников. Дальнейшая работа сфокусирована на изучение ИКТ и исследование возможности автоматизации их разработки.

Рассмотрены задачи решаемые ИКТ - обучение решению различного рода задач. А так как решение любой задачи можно представить в виде некоторого алгоритма, задача ИКТ - обучить использованию таких алгоритмов. Приведен список требований к ИКТ, основанный на современных литературных источниках:

- наличие функций репетитора и самоучителя;

- наличие контрольной части, протоколирующей действия обучаемого в процессе обучения;

- наличие нескольких уровней тренинга, от демонстрационного до контрольного;

- наличие возможности изменения параметров задания, а в идеале, возможность формализованного описания любой типовой задачи.

Описаны ИКТ для ЭОК по дисциплинам «Вычислительная математика» и «Методы оптимизации». Приведены принципы работы математических ИКТ - дублирование «бумажной» работы обучаемого со сверкой некоторых, определенных методистом, контрольных параметров на определенных шагах изучаемого алгоритма решения задачи. Описаны способы организации навигации по алгоритму решения задачи, позволяющие проводить его пошаговое выполнение, откат и прогон алгоритма решения задачи. Программно навигация организуется посредством стека фазовых переменных, каждая из которых полно и однозначно описывает состояние алгоритма на его определенном шаге и, таки образом, так же полно и однозначно определяет его последующее выполнение. Предложено использование И-Дерева для представления алгоритмов с ветвлениями и циклами. В таком дереве:

- поддеревья являются подзадачами;

- листья - элементами списка (последовательности шагов, описывающих алгоритм);

- ребра, присутствующие в графе, но отсутствующие в дереве, задаются листьями с командой типа «перейта на пункт М> (см. рис. 1).

Целесообразность использования дерева для представления алгоритма решения задачи обусловлена демонстрационными факторами, в частности, дерево можно наглядно отобразить со свернутыми поддеревьями.

Приводятся инструменты динамического отображения алгоритма ИКТ:

- Динамическая блок-схема алгоритма;

- Компонента представления состояния алгоритма. Компонента наглядного графического представления работы алгоритма;

Установить начальные значения

Вычислить новое состояние

Если выполняется критерий останова, то перейти на пункт 4, иначе - на пункт 2

Конец решения

а) б) в)

Рис. 1 - Варианты представления алгоритмов: а) направленный граф - блок-схема; в) список действий; б) их комбинация - и-дерево, каждый лист которого является подзадачей.

Далее приводится анализ существующих средств, с помощью которых возможна разработка ИКТ, отвечающих современным требованиям системы 00. Делается вывод - в качестве такого средства может выступать только специализированная автоматизированная система со встроенным специализированным авторским языком.

В конце главы рассмотрены существующие на настоящий момент стандарты на разработку КТП (и КУП в целом) - IMS, IEEE, AICC, ADL, ARIADNE, SCORM.

Во второй главе рассмотрена структура, функционирование и математическая модель интерактивных компьютерных тренажеров. Математическую модель ИКТ можно разделить на две модели - модель работы самого тренажера и модель представления работы некоторого изучаемого алгоритма Интерес представляет последняя из них.

Формирование этой модели показано на рис. 2.

Работа изучаемого математического алгоритма описывается с помощью следующего детерминированного конечного автомата М(А, S, В, <p, vj/), где:

- А - входной алфавит, элементы которого определяют все возможные значения фазовой переменной алгоритма;

Б - алфавит состояний, соответствует текущему шагу выполнения алгоритма, тем самым определяя параметр выходной функции; В - выходной алфавит, идентичный входному; Ф — выходная функция, определяет изменения состояния алгоритма в соответствии с логикой его работы, задается таблично; ц/ - переходная функция, определяет логику работы алгоритма, задается графом переходов.

Детерминированный автомат с памятью

•X

•т

•А • В

•Ере

• вещественное

• I в щ! слюнное

• вещественное

• целое положительное

Описание фазовой переменной V описывает состояние автомата

3(1) ад ад ад

5(1) - - -

ад - <Р2}(Ч -

ад ыч - »иОО

зд - - -

Выкдиая фушци ф(У.8) задаваемая табтнно та?- * .

-0

-о

Модиф^фованное и-дереео

■лгоритна ,зжда«т пер«гадкую фужцию Ч^З)

а) б) в)

Рис. 2 - Формирование модели работы алгоритма, а) задание входного и выходного алгоритма; б) задание выходной функции: в) задание переходной

функции.

Получение формализованного описания (математической модели) позволяет говорить о возможности автоматизации создания ИКТ. Очевидно, что использование предложенной модели в качестве основы автоматизации затронет и структуру самих ИКТ. Через рассмотрение структуры ИКТ (рис. 3) и принципов функционирования компьютерных тренажеров (рис. 4) автор приходит к определению состава, структуры и требований к средствам автоматизации создания ИКТ. А от них возвращается к переопределению структуры самих ИКТ, реализуя, таким образом, стандартный цикл разработки спецификации программного продукта.

Приведем сформулированные требования к системе автоматизированной разработки ИКТ:

- Система должна обеспечивать выпуск полноценных интерактивных компьютерных тренажеров при минимальной квалификации разработчика как программиста.

- Система должна быть максимально инвариантна к предметной области;

- Система должна располагать развитым инструментарием (палитрой функциональных компонент (исполняемых модулей) для сборки тренажера).

- Система должна обеспечивать возможность подключения новых, разработанных компонент.

- Система должна поддерживать удаленное использование своих элементов, как по отдельности, так и в комплексе

- Система должна обеспечивать создание как кейсовых, так и сетевых вариантов тренажеров.

Первое требование можно также сформулировать как требование к инвариантности ИКТ относительно предметной области. В разработке программного обеспечения этот принцип понимается как независимость программ от данных. Для обеспечения этого принципа необходимо всю предметно-зависимую информацию вынести из исполняемого модуля тренажера в данные. Таким образом, обуславливается использование сценария. Определяется структура сценария и типы данных его ресурсов. Показано, что расширяемый язык развертки (XML) оптимален по многим критериям для описания сценария. Структура ИКТ, использующего сценарий, показана на рис. 5.

Автором сформулированы задачи и требования к инструментальным средствам автоматизированной разработки ИКТ. Показана сложность создания системы автоматизированной разработки ИКТ удовлетворяющей как требованиям универсальности, так и практической применимости. Определен состав системы автоматизированной разработки ИКТ EduCAD Trainer 2.0:

- модуль описания дерева алгоритма работы с тренажером;

- модуль дерева алгоритма решения задачи;

- модуль описания функциональной таблицы смежности для дерева алгоритма решения задачи;

- модуль описания фазовой переменной алгоритма;

- модуль компоновки сценариев и ресурсов.

Далее рассматриваются алгоритм сравнения выражений, заданных в аналитической форме, и метод построения линий уровня с использованием аппаратных средств графических процессоров, которые часто используются в инструментальных средствах и графических компонентах ИКТ. Для сравнения приведен стандартный сеточный алгоритм построения линий уровня использующий вычисления на центральном процессоре

ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ

ИНТЕРФЕЙС

ЗАДАЧА №1

Ж"

БЛОК УПРАВЛЕНИЯ

БЛОК ФОРМИРОВАНИЯ ЗАДАЧИ

ЗАДАЧА Ж

7Тч

с=:

ЗАДАЧА №3

ВЫЧИСЛИТЕЛЬ

БЛОК ВИЗУАЛИЗАЦИИ

ОКНО ДИНАМИЧЕСКОГО ДЕРЕВА АЛГОРИТМА

ОКНО ГРАФИЧЕСКОЙ ИНТЕРПРЕТАЦИИ АЛГОРИТМА

ОКНО ПРОСМОТРА ФАЗОВОГО СОСТОЯНИЯ

Рис. 3 - Обобщенная структурная схема ИКТ.

ШАГ№ Х-1

ШАГЛ-Х (КОНТРОЛЬНЫЙ)

ШАГ»

Х+1

ШАГЛ? X 1

ШАГ№Х (КОНТРОЛЬНЫЙ)

ШАГ№

Х+1

Шаги алгоритма пользователь выполняет вручную согласно указаниям тренажера

Тренажер дублирует работу пользователя, визуализирует работу алгоритма, контролирует пользователя посредством сверки контрольных

пяпяметпон

Взаимодействие 1-го 1ипа информационное Тренажер отображает динамическое дерево алгоритма, его (алгортма) фазовое состояние, окно графическое интерпретации работы алгоритма, а так же подсказки и другую дополнительную информацию

Взаимодействие 2-го типа - управляющее Тренажер запрашивает у пользователя значения контрольных параметров, сверяет их с вычисленными, выводит подсказки относительно возможных ошибок, возможно, заменяет ввезенные пераметры вычисленными (верными) и принимает решение о целесообразности дальнейшей работы

Рис. 4 - Упрощенная схема работы тренажеров.

Рис. 5 - Структура интерактивного компьютерного тренажера, использующего сценарий.

Рассмотрим алгоритм сравнения выражений, заданных в аналитическом виде:

1. Задается шаблон сравниваемых выражений в теговой форме.

2. Задается функция сравнения как Р(рх...ры), где N - количество элементов шаблона (частей, на которые разбивается выражение).

3. Два сравниваемых выражения разбиваются на составные части согласно шаблону.

4. Значения частей вычисляются на некоторой сетке (3-5 узлов), причем бесконечность и неопределенность считаются допустимыми значениями. Получается р\.. .рц значений на каждый узел сетки для каждого выражения, где N - количество частей, на которые выражение разбивается.

5. Вычисляются функции Р для каждого выражения.

6. Равенство вычисленных значений функции (не равных бесконечности и неопределенности) на некоторых узлах сетки и совпадение

знаков для бесконечности или неопределенности на остальных позволяет с высокой степенью достоверности говорить о равенстве исходных выражений.

7. Конец.

Показано, что преимуществом данного алгоритма является крайняя простота его реализации. Показаны также рамки применения алгоритма -ИКТ с задачами генераторного типа, использующие БД на допустимые и «особые» параметры.

Второй, часто встречающейся при разработке ИКТ задачей, является построение линий уровня функций двух переменных для наглядной визуализации различных математических моделей. Автором предложен метод построения линий уровня на основе использования аппаратных возможностей графических процессоров. Метод нов, прост и заслуживает детального рассмотрения.

Метод построения линий уровня с использованием аппаратных средств графических процессоров (технология, получившая название GPGPU - General Processing on Graphical Processing Units (англ) - общие вычисления на графических процессорах) формулируется следующим образом:

1. Функция вычисляется в узлах равномерной прямоугольной сетки произвольного размера NxM не большего 4096x4096;

2. Произвольными линейными lxR массивами задаются высоты линий уровня и их цвета, R - количество линий уровня;

3. Вычисленные на сетке значения функции отображаются в текстуру карты высот R32F или L16 размера NxM;

4. Массив высот линий уровня отображаются в текстуру R32F размера lxR;

5. Массив цветов линий уровня отображается в текстуру X8R8G8B8 размера lxR;

6. Для отрисовки (rendering) используется Programmable Pipeline (пиксельный шейдер), варианты которого представлены ниже.

7. На выходное полотно (Render Target) отрисовывается прямоугольник произвольных размеров, не больших 4096x4096, вершинам которого задаются соответствующие им координаты текстуры карты высот (0,0), (0,1), (1,1) и (1,0).

Приведены достоинства данного метода, главные из которых несопоставимые с обычными методами скорость работы и качество получаемого изображения. Так же показано, что одним из ключевых преимуществ использования технологии GPGPU является отсутствие необходимости компиляции программы каждый раз, когда вносятся исправления в эффект-файл, содержащий шейдер (подпрограмма для графического процессора).

В третьей главе детально рассмотрены инструментальные средства разработки ИКТ и графические компоненты компьютерных тренажеров. Показано, что создание красивых и информативных компонент, наглядно демонстрирующих работу алгоритмов по решению различных классов задач по

различным дисциплинам, в принципе не автоматизируемо, однако для технических дисциплин разработан инструментарий наиболее часто требующихся компонент:

- Вывод масштабируемых графиков функций одной переменной и дополнительных примитивов (точки, линии и многоугольники, обозначающие различные абстракции: точки перегиба функции, границы интервала и т.д.).

- Вывод масштабируемых графиков функций двух переменных в виде трехмерных поверхностей с широкими возможностями настройки отображения и построения сечений.

Построение линий уровня для функций двух переменных и вывод примитивов (траектория спуска, треугольники симплексов и т.д.). Вывод таблиц с подсветкой строк/столбцов и отдельных ячеек. Компоненты отображения гипертекстовой информации. Компоненты для ввода и анализа математических формул.

Последним компонентам уделено особое внимание ввиду отсутствия наработок в этой области. Предложена трехуровневая архитектура построения вычислительных компонент КТП и способ ввода математических выражений в естественном (аналитическом) виде с помощью универсальных редакторов формул. Показано применение в этом качестве редактора формул Рогши1а1ог 2.0. Рассмотрим вышесказанное более детально. В первую очередь, определим как естественную запись выражения в общепринятой математической нотации. Приведем пример выражения заданного в естественном (1) и текстовом виде (2):

Очевидно, что второй вариант записи устроит только специалистов в области программирования. Для осуществления ввода в ИКТ математических выражений в естественном виде необходимо разработать такую универсальную компоненту, которая решала бы следующие подзадачи:

- отображение формул;

- генерация формул;

- ввод формул.

Способ ввода математических выражений в естественном (аналитическом) виде с помощью редактора формула РогшиЫог 2.0 можно сформулировать так:

1. Используется трехуровневая архитектура вычислительной компоненты обучающего комплекса (редактор формул - «переводчик» из формата редактора формул в формат вычислителя - вычислитель).

(1) (2)

2 + ЗИ! 3*

(Р0Л¥(Х,3) + 1п(ро\у(х,2) + 1))/(2 + 51"п(3*х))

2. В качестве редактора формул используется Formulator 2.0. При необходимости или по желанию экранная клавиатура и остальной интерфейс пользователя разрабатывается отдельно. Formulator встраивается с помощью OLE и управляется с помощью OLE Automation.

3. Передача данных от редактора и к редактору осуществляется с помощью функций Get и Set библиотеки типов (type library) Formula-tor или с помощью Clipboard и Windows Hook при отсутствии таковой.

4. Преобразователь является по существу MathML парсером.

5. В качестве парсера полученных от редактора данных используется Microsoft ® XML Parser.

6. Полученные на этапе 5 элементы данных преобразуются в формат входных данных вычислителя.

Рис. 6 - Реализация способа ввода формул в ИКТ с помощью РогтиЫог 2.0

На рис. 6 показана реализация способа ввода в ИКТ с помощью Рогти-1а1ог 2.0, отмечена простота применения способа; подлежащие разработке компоненты отмечены на рисунке серым цветом. Показаны преимущества предложенного способа. Вследствие отсутствия аналогов, приведены примеры программ сочетающих функции формульных редакторов и вычислителей.

Далее в главе рассматривается развитие средств анализа математических выражений и приводится иерархия классов средств языкового анализа. В заключение главы приводятся перспективы использования рассмотренных средств анализа математических выражений в автоматизированной системе разработки ИКТ EduCAD Trainer 2.0.

В заключительной четвертой главе рассматривается программная реализация ИКТ для трех электронных обучающих курсов и один виртуальный лабораторный практикум по следующим дисциплинам:

- Вычислительная математика;

- Методы оптимизации;

- Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения;

- ВЛП «Физика».

Детально рассмотрен комплекс ИКТ «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения». Построенный на основе предложенной математической модели он существенно отличается от предыдущих ИКТ в лучшую сторону, как по эксплуатационным, так и по таким качественным характеристикам, как коэффициент повторного использования кода и независимость программы от данных. Главными отличиями являются:

- блок графического представления работы алгоритма;

- расширенный вычислительный модуль;

- мощный блок интерпретации сценариев, позволивший в девяти исполняемых модулях реализовать около 120 сложных тренажеров.

Показано, что разработанные для ИКТ графические компоненты с успехом могут использоваться при создании ВЛП в качестве компонент виртуальных приборов и компонент визуализации математических и физических моделей. В качестве примера приведен ВЛП для дисциплины «Физика».

В главе так же рассмотрены требования к методическому обеспечению разработки ИКТ, более полно сформулированные в соответствующем учебно-методическом пособии [16].

Заключение. В диссертации решена актуальная научно-техническая задача - показана возможность автоматизации разработки интерактивных математических компьютерных тренажеров, предложена математическая модель ИКТ и созданы инструментальные средства, автоматизирующие разработку ИКТ.

Приведем основные результаты работы:

1. Предложена математическая модель интерактивного компьютерного тренажера.

2. Разработан способ ввода математических выражений в естественном (аналитическом) виде, удобный для последующего анализа этих выражений.

3. Разработан алгоритм сравнения аналитически заданных выражений с использованием шаблонов, отличающийся простотой реализации.

4. Предложена и обоснована совокупность требований к графическим средствам интерактивных компьютерных тренажеров.

5. Разработан и применен при создании ИКТ комплект графических компонент ИКТ, включающий в себя:

a. компоненту построения масштабированных графиков и сопроводительных примитивов;

b. компоненты построения линий уровня и траектории спуска (на основе обычных сеточных алгоритмов для CPU и с использованием технологии GPGPU);

c. компоненту визуализации процесса симплексного преобразования таблицы для решения задач линейного программирования;

d. компоненту построения поверхностей и параметрических сечений с возможностью изменения параметров визуализации в реальном времени.

6. Реализован комплект из 6 интерактивных компьютерных тренажеров для ЭОК «Методы оптимизации», охватывающий весь материал курса и включающий 18 типов задач оптимизации с возможностью формулировки собственных задач в рамках этих 18 типов.

7. Реализован комплект из 6 интерактивных компьютерных тренажеров для ЭОК «Высшая математика II», охватывающий подавляющее большинство тем курса «Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения», и включающий в себя 119 типов задач генераторного типа.

8. Разработанный комплект графических компонент ИКТ применен при создании комплекса виртуальных лабораторных работ по дисциплине «Физика».

9. Исследованы возможности создания системы автоматизированного разработки ИКТ, показаны ее возможности и ограничения к применению, обозначены перспективы развития. Создана теоретическая и практическая база для ее создания.

Реализованные комплекты тренажеров внедрены в учебный процесс Томского межвузовского центра дистанционного образования (ТМЦДО). К разработанным обучающим курсам выпущены методические пособия. Предложенная математическая модель, инструментальные средства и библиотека графических компонент ИКТ активно используются в лаборатории «Мультимедиа» ТУ СУР. Созданные на основе предложенной математической модели ИКТ для КУП «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения» показал высокий коэффициент повторного использования кода и инвариантности к типу задач (119 типов задач на 9 исполняемых модулей, чю примерно в 4.5 раза выше аналогичного показателя для ИКТ «Ме-

тоды оптимизации»). Успешно апробированная модель ляжет в основу создания системы автоматизированной разработки ИКТ по естественнонаучным дисциплинам EduCAD Trainer 2.0.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Клыков В.В., Ткаличева Н.В., Ветошкина E.H. Интерактивные примеры для электронного учебника по дисциплине «Методы оптимизации». // Региональная научно-техническая конференция «Радиотехнические и информационные системы и устройства». Тезисы докладов, часть 2.-Томск: изд-во ТУСУР, 2000.-С. 40-42.

2. Мицель A.A., Романенко В.В., Веретенников М.В., Клыков В.В. Комплект средств автоматизированного обучения «Вычислительная математика». // Доклады 7-й международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (СИБРЕСУРС-7-2001), часть 2-Барнаул: изд-во ТГУ, 2001. - С. 163-165

3. Клыков В.В., Романенко В.В. Электронный учебник по дисциплине «Методы оптимизации». И Материалы докладов межрегиональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР». Томск: изд-во ТУСУР, 2002. - С. 24-25.

4. Мицель A.A., Романенко В.В., Клыков В.В. Электронный обучающий комплекс «Вычислительная математика». // Сборник трудов международной научно-технической конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине», часть 2-Волгоград: РПК «Политехник», 2002

5. Мицель A.A., Романенко В.В., Клыков В.В. Электронный обучающий комплекс «Вычислительная математика». // XI международная научно-методическая конференция «Новые информационные технологии в университетском образовании». Тезисы докладов. - Кемерово: изд-во КемГУ, ИДМИ, 2002.-С.68-70.

6. Мицель A.A., Романенко В.В., Клыков В.В. Электронный мультимедийный учебник «Вычислительная математика». // Труды региональной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». -Юрга: изд-во ТПУ, 2002. - С. 123-124.

7. Мицель A.A., Романенко В.В., Клыков В.В. Вычислительная математика. Учебное пособие к электронному учебнику. // Томск: изд-во ТМЦДО, 2002. - 125 с.

8. Мицель A.A., Романенко В.В., Клыков В.В. Мультимедийный электронный учебник «Вычислительная математика». // Всероссийская научно-практическая конференция-

выставка «Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития». Тезисы докладов. - Томск: изд-во ТГУ, 2002.

9. Мицель A.A., Романенко В.В., Клыков В.В. Мультимедийный электронный учебник «Вычислительная математика». // Открытое и дистанционное образование, 2002, №4. -С. 82-83.

10. Мицель A.A., Романенко В.В., Клыков В.В. Мультимедийный электронный обучающий курс «Вычислительная математика». П Открытое образование, 2003, №1.-С. 47-51.

П.Клыков В.В., Тепляшин Д. А., Графические средства представления вычислительных алгоритмов. // Материалы XLI международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» - Новосибирск: изд-во НГУ, 2003.

- С. 67.

12. Клыков В.В. Интерактивные компьютерные тренажеры «Методы оптимизации». // Труды всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». - Юрга: изд-во ТПУ, 2003.-С. 245246.

П.Клыков В.В., Тепляшин Д. А., Графические средства представления вычислительных алгоритмов. И Труды XLI международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». - Новосибирск: изд-во НГУ, 2003.

- С. 140-143

14. Клыков В.В. Интерактивные компьютерные тренажеры. // Международная научно-методическая конференция «Новые информационные технологии в уйиверситетском образовании». Тезисы докладов. - Новосибирск: изд-во СибГУТИ, 2003. - С. 8586.

15. Мицель A.A., Шелестов A.A., Романенко В.В., Клыков В.В. Методы оптимизации. Курсовой проект: Учебное пособие. - Томск: Изд-во Том. гос. ун-та систем управления и радиоэлектроники, 2004. - 80 с.

16. Мицель A.A., Берестов Е.Г., Веретенников М.В., Клыков В.В., Романенко В.В., Серов В.Н., Романенко A.B. Концепции современного мультимедийного учебника. Учебно-методическое пособие. Томск-2004.62 С.

17. Мицель A.A., Шелестов A.A., Романенко В.В., Веретенников М.В., Клыков В.В., Романенко A.B. Методы оптимизации. Учебно-методическое пособие к электронному учебнику. Томск 2004. 99 С.

18. Клыков B.B. Система автоматизированной разработки интерактивных компьютерных тренажеров на базе XML.// Дистанционные образовательные технологии. Выпуск 1.-Томск: изд-во ТУСУР, 2004. С. 110-127.

19. Ми цель A.A., Клыков В.В. Проблемы и перспективы информационного обеспечения инженерного открытого образования. // Открытое образование, 2004, №1, - С. 56-61.

20. Клыков В.В., Шатлов К.Г. Система автоматизированной разработки интерактивных математических тренажеров на базе XML / /Тезисы докладов X международной научно-технической конференции студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика", 2004. - С. 3435.

21. Клыков В.В., Шатлов К.Г., Система автоматизированной разработки интерактивных компьютерных тренажеров на базе XML. // Научная сессия ТУСУР - 2004. Сборник научных трудов. Часть 1. - Томск: изд-во ТУСУР, 2004. -С. 199-201.

22. Мицель A.A., Клыков В.В, Интерактивные компьютерные тренажеры по математическим дисциплинам. // Открытое образование, 2005, №2. - С. 22-28.

23. Лычковская J1.E., Менгардт Е.Р., Клыков В.В., Веретенников М.В., Шемякина М.А., Шатлов К. Г., Компьютерный учебник «Английский язык-2». // Современное образование: ресурсы и технологии инновационного развития: материалы всероссийской научно-методической конференции, Россия, Томск. 27-28 января 2005 г. Томск: Изд-во Томск, гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2005, с. 119-120.

24. Ельцов A.A., Клыков В.В., Шатлов К.Г., Романенко A.B., Математические тренажеры. П Современное образование: ресурсы и технологии инновационного развития: материалы всероссийской научно-методической конференции, Россия, Томск. 27-28 января 2005 г. Томск: Изд-во Томск, гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2005, с. 120-122.

»23400

РНБ Русский фонд

2006-4 25903

Тираж 100. Заказ 1090. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 40.

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Клыков, Виктор Викторович

Введение.

Глава 1 Обзор тенденций развития в области компьютерных тренажерных программ.

1.1 Краткая история создания и применения компьютерных тренажерных программ.

1.2 Новое поколение компьютерных тренажерных программ и их роль в учебном процессе.

1.2.1 Проблемы и перспективы развития компьютерных тренажерных программ в открытом образовании.

1.2.2 Принципы работы математических интерактивных компьютерных тренажеров.

1.2.3 Виртуальные лабораторные практикумы.

1.2.3.1 Моделирующие программы и требования к ним.

1.2.3.2 Виртуальные лабораторные практикумы, сопряженные с реальными объектами.

1.2.4 Применение систем искусственного интеллекта для разработки икт.;.

1.3 Инструментальные средства разработки компьютерных тренажерных программ.

1.4 Существующие стандарты на разработку компьютерных тренажерных программ.

1.5 Выводы.

Глава 2 Моделирование интерактивного компьютерного тренажера.

2.1 Математическая модель тренажера.

2.1.1 Функционирование модели в условиях нечеткой логики.

2.2 Модель работы тренажера как программы.

2.2.1 Структура и функционирование тренажерной программы.

2.2.2 Система автоматизированной разработки интерактивных компьютерных тренажеров на базе XML.

2.2.2.1 Задачи, которые должна решать автоматизированная система EduCAD Trainer.

2.2.2.2 Требования, предъявляемые к автоматизированная система EduCAD Trainer.

2.2.2.3 Построение тренажера на основе сценария

2.2.2.4 Использование XML для описания сценария.

2.2.2.5 Структура системы автоматизированной разработки интерактинвых компьютерных тренажеров.

2.3 Некоторые часто использующиеся алгоритмы.

2.3.1 Алгоритм сравнения выражений, заданных в аналитической форме.

2.3.2 Алгоритм построения линий уровня.

2.3.3 Метод построения линий уровня с помощью аппаратных средств графического процессора.

2.4 Выводы.

Глава 3 Инструментальные средства разработки интерактивных компьютерных тренажеров.

3.1 Автоматизация разработки интерактивных компьютерных тренажеров.

3.1.1 Динамический шаблон EduCAD Practice.

3.1.2 Автоматизированная система EduCAD Trainer.

3.1.2.1 Принцип работы.

3.1.2.2 Необходимый инструментарий.

3.1.2.3 Возможности автоматизированной системы EduCAD Trainer.

3.2 Визуальные компоненты.

3.3 Интерактивная работа с математическими выражениями в аналитическом виде

3.3.1 Ввод математических выражений в естественном виде.

3.3.2 Развитие средств анализа математических выражений.

3.4 Выводы.

Глава 4 Программная реализация интерактивных компьютерных тренажеров для электронных обучающих курсов.

4.1 Общие принципы разработки интерактивных компьютерных тренажеров

4.1.1 Информация от методиста.

4.1.2 Пример: сценарий решения квадратного уравнения.

4.2 интерактивные компьютерные тренажеры для электронного обучающего курса «вычислительная математика».

4.2.1 Назначение.

4.2.2 Состав и способы применения.

4.3 Интерактивные компьютерные тренажеры для электронного обучающего курса «методы оптимизации»

4.3.1 Назначение.

4.3.2 Состав и способы применения.

4.4 Интерактивные компьютерные тренажеры для электронного обучающего курса «высшая математика. интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения».

4.4.1 Отличительные особенности.

4.4.2 Состав и способы применения.

4.4.3 Сценарии тренажеров. Генерация параметров.

4.5 Виртуальный лабораторный практикум «Физика».

4.6 Выводы.

Введение 2005 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Клыков, Виктор Викторович

По некоторым оценкам, своего расцвета информационная цивилизация достигнет к середине XXI века, и уже наши дети будут жить и работать в совершенно новой информационной среде обитания. Поэтому современная система образования должна опережающее готовить новое поколение к условиям существования и профессиональной деятельности в глобальном информационном обществе. Происходящие структурные изменения в экономике, социальной и политической жизни требуют переподготовить около 40 млн. человек по всем направлениям профессионального, гуманитарного и социально-экономического образования в период до 2007 года. Бурный рост технологически совершенствующихся отраслей деятельности предполагает, что не менее 40-50% должны иметь высшее образование [62]. По оценкам футурологов, в информационном обществе высшее образование должны иметь 60-90% работающего населения

4].

Указанные объективные факторы и прогнозы обуславливают повсеместное привлечение информационных и телекоммуникационных технологий для оказания образовательных услуг с целью глобального расширения обучающейся аудитории. Взаимодействие, интеграция и стандартизация этих услуг приводит к появлению среды открытого образования (ОО). В нашей стране эта среда развивается в рамках программы Министерства образования и науки РФ по созданию системы (ОО), при этом внедряется единая информационно-образовательная среда открытого образования РФ (ИОС ОО РФ). При этом в основе создания ИОС ОО лежат технологии адаптивного ОО с использованием современных информационных и телекоммуникационных технологий. Таким образом, одним из основных средств ОО является дистанционное обучение (ДО), определенное в работе [73] как «.совокупность технологий, позволяющих реализовать образовательный процесс с удаленным пользователем». Главнейшая задача дистанционного обучения - не снижая высокого качества профессиональной подготовки, сделать ее поистине массовой. Однако факты говорят о том, что высокого качества профессиональной подготовки с помощью средств ДО удается достичь отнюдь не всегда. В первую очередь это касается естественнонаучного (инженерного) образования.

Получение естественнонаучного (инженерного) образования связано с рядом особенностей, которые сильно затрудняют использование информационных технологий ДО. Главные из них связаны с тем, что для этих специальностей принципиально необходима повседневная практическая деятельность в виде регулярно выполняемых лабораторных работ и практических занятий по решению задач [27, 77]. Считая проблему принципиально разрешимой в ближайшем будущем, некоторые специалисты, тем не менее, считают лучшим выходом вообще отказаться от подготовки таких дипломированных специалистов в системе ДО в настоящее время, так как полномасштабную практику студентам ДО сейчас обеспечить практически невозможно [76]. Посвященный данной проблематике обзор литературы, представленный автором в статье [47], показал, что источником проблем является диспропорция в развитии отельных технологий ДО. В первую очередь необходимо отметить мощное развитие технологий представления теоретического материала — гипертекстовых систем с мультимедийной «начинкой». Не отстают от них технологии тестирования и контроля. Компоненты учебно-методических комплексов, отвечающие за представление практического материала, развиты значительно слабее.

Можно выделить два типа практической деятельности присущих подготовке естественнонаучных специалистов:

• Лабораторный практикум, цели которого - привитие навыков исследовательской работы, углубленное изучение теоретического материала, знакомство с методиками измерения различных величин, изучение приборов, обучение сборке электрических схем и т.д.

• Практические занятия по решению задач, от математических до практических. Их цель - «набить руку» в сборке электронных схем, машинописи, интегрировании и т.д.

Разработке компьютерных лабораторных практикумов посвящено подавляющее количество публикаций, относящихся к проблематике инженерного ДО. Второй тип виртуальных практических занятий - интерактивные компьютерные тренажеры (ИКТ) - освещен в литературе слабо, несмотря на то, что этот тип занятий присутствуют практически во всех современных источниках как одна из основных компонент электронных учебников по естественнонаучным дисциплинам [27, 76]. Основным фактором отставания развития ИКТ как одной из технологий ДО является отсутствие формализованного описания, модели ИКТ и развитых стандартов их реализации, и как следствие, отсутствие средств автоматизированной разработки.

Таким образом, актуальность исследования обусловлена:

1. Бурным развитием, которое переживает сфера электронного образования в настоящее время;

2. Отсутствием развитых (недекларативных) стандартов и требований к компьютерным тренажерным программам;

6. Высокими требованиями, предъявляемыми к готовым компьютерным тренажерным программам;

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Определить современные требования к ИКТ;

2. Разработать концепции функционирования и структуру ИКТ;

3. Предложить математическую модель ИКТ;

4. Выявить требования к инструментальным средствам разработки ИКТ на основе созданной модели;

5. Реализовать необходимые для программного воплощения модели инструментальные средства и компоненты ИКТ;

6. Апробировать математическую модель при создании комплекса ИКТ по высшей математике.

• методы теории алгоритмов и языков программирования;

• методы объектно-ориентированного программирования и технология СОМ;

• методы математического моделирования и визуализации, опирающиеся на методы вычислительной математики и технологию GPGPU (General Processing on Graphical Processing Unit) - обработка данных (в том числе и не графических) на графических процессорах.

Научную новизну представляют следующие результаты:

Основные положения, выносимые на защиту:

4. Комплекты интерактивных компьютерных тренажеров для мультимедийных учебников «Методы оптимизации» и «Высшая математика И» позволяют пользователю самостоятельно изучать алгоритмы решения математических задач.

Практическая и теоретическая ценность работы. Предложенная математическая модель и реализованный набор инструментальных средств и графических компонент РОСТ представляют теоретическую и практическую базу для создания системы автоматизированной разработки РОСТ по естественнонаучным дисциплинам. Реализовано программное обеспечение, включающее в себя комплекты РОСТ для трех электронных обучающих комплексов (ЭОК) по математическим дисциплинам: «Вычислительная математика», «Методы оптимизации» и «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения». На базе предложенных принципов функционирования ИКТ разработаны тренажеры для ЭОК «Английский язык И». Разработанные графические компоненты ИКТ использовались при создании комплекта виртуальных лабораторных работ для ЭОК «Физика».

Концепции разработки ИКТ, могут быть использованы другими авторскими коллективами для дальнейших исследований в области электронного образования и создания аналогичного программного обеспечения. Это же касается разработанных отдельных программных компонентов, которые могут быть использованы для конструирования других систем.

Развитием данной работы будет являться создание системы автоматизированной разработки интерактивных компьютерных тренажеров EduCAD Trainers, которая войдет в состав системы автоматизированной разработки электронных учебников EduCAD.

Внедрение результатов диссертации. Реализованы комплекты ИКТ для ЭОК по трем математическим дисциплинам: «Вычислительная математика», «Методы оптимизации», «Высшая математика II. Интегральное исчисление и дифференциальные уравнения». Все перечисленные ЭОК внедрены в образовательный процесс Томского межвузовского центра дистанционного образования (ТМЦДО). К разработанным обучающим курсам выпущены методические пособия. Предложенная математическая модель, инструментальные средства и библиотека графических компонент ИКТ активно используются, являясь внутренним стандартом de-facto, в лаборатории «Мультимедиа» ТУСУР.

Апробация работы и публикации. Методика исследования обсуждалась на заседаниях семинара кафедры АСУ ТУСУР «Автоматизированные системы в учебном процессе» в 2001 году, семинарах СКБ «Система» в 2002-2003 гг., и научных семинарах лаборатории «Мультимедиа» в 2004-2005 гг.

По теме диссертации опубликовано 24работ, в том числе:

• 5 статей, среди которых 3 в центральной печати;

• 4 учебно-методических пособия (в том числе к ЭОК по дисциплинам «Вычислительная математика» и «Методы оптимизации»);

• материалы 15 докладов на конференциях;

• материалы автора вошли в монографию [49].

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

• региональной научно-технической конференции «Радиотехнические и информационные системы и устройства». Томск, ТУСУР, 2000 г.;

• 7-й международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири» (СИБРЕСУРС-7-2001). Барнаул, 2001 г.;

• межрегиональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУСУР». Томск, ТУСУР, 2002 г.;

• международной научно-технической конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине». Волгоград, 2002 г.;

• XI международной научно-методическая конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании». Кемерово, ИДМИ, 2002 г.;

• региональной научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». Юрга, 2002 г.;

• всероссийской научно-практической конференции-выставке «Единая образовательная информационная среда: проблемы и пути развития». Томск, 2002 г.;

• XLI международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс». Новосибирск, НГУ, 2003 г.;

• всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». Юрга, 2003 г.;

• международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании». Новосибирск, СибГУТИ, 2003 г.;

• X международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика». Томск,

2004 г.;

• конференции «Научная сессия ТУСУР - 2004». Томск, ТУСУР, 2004 г.;

• всероссийской научно-методической конференции «Современное образование: ресурсы и технологии инновационного развития». Томск,

2005 г.

Доклады автора на XLI международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, НГУ, 2003 г.) и конференции «Научная сессия ТУСУР - 2004» отмечены дипломами первой степени.

Личный вклад диссертанта. В диссертации приведены только те результаты, в получении которых автору принадлежит основная роль. Постановка задачи, направление исследований, подготовка материалов для печати выполнены совместно с руководителем - Мицелем А.А. Опубликованные работы написаны либо без соавторов, либо в соавторстве с сотрудниками коллектива АСУ ТУСУР по разработке компьютерных учебных пособий (лаборатории «Мультимедиа», до 2004 г. - СКБ «Система»). Автором разработана математическая модель, концепции функционирования, требования к графическим компонентам ИКТ. Автором реализовано подавляющее большинство из графических компонент ИКТ, а так же реализованы ИКТ по дисциплинам «Методы оптимизации» и «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения». Личный вклад в разработку учебных пособий:

• «Вычислительная математика»: программирование вычислительных алгоритмов для ИКТ, дизайн и наполнение гипертекстового электронного учебника. Дизайн обложки.

• «Методы оптимизации»: методология разработки и программирование каркаса ИКТ, функциональное наполнение 12 из 18 тренажеров. Программирование графических компонент ИКТ. Дизайн обложки. Расчет на тренажерах задач для раздела «Курсовое проектирование».

• «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения»: реализация разработанной модели ИКТ, программирование каркаса 7 из 9 ИКТ и наполнение базы данных параметрических задач к ним (102 из 119). Разработка и реализация способа ввода математических выражений задаваемых в естественном (аналитическом) виде с помощью редактора формул Formulator.

Структура и объем диссертации. Приведенные цели и задачи определяют структуру и содержание исследования. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 90 наименований и двух приложений. Общий объем диссертации - 158 страниц, в том числе 38 рисунков на 27 страницах, 3 таблицы и листинга на 3 страницах.

Заключение диссертация на тему "Интерактивные компьютерные тренажеры по математическим дисциплинам"

4.6 Выводы

В главе рассмотрены реализованные комплекты ИКТ по трем математическим дисциплинам:

• «Вычислительная математика»;

• «Методы оптимизации»;

• «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения».

А так же ВЛП по дисциплине «Физика», в котором нашли применение некоторые инструментальные средства разработки ИКТ, в частности графические компоненты.

Показана эволюция качества представления практического материала в рассмотренных комплектах ИКТ, выразившаяся в увеличении количества представляемого материала и развитии способов его наглядного представления.

Рассмотрена апробация предложенной во второй главе модели ИКТ на примере комплекта ИКТ «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения». Показано существенное увеличение таких количественных параметров как независимость программы от данных и повторное использование кода. Показано так же, что реализация в 9 исполняемых модулях 119 типов задач генераторного типа стала возможной благодаря использованию предложенной математической модели тренажера и разработанных инструментальных средств. Таким образом, подтверждена жизнеспособность предложенной модели и полезность разработанных инструментальных средств разработки ИКТ.

В конце главы рассмотрен ВЛП «Физика», при разработке которого нашли себе применение разработанные графические компоненты ИКТ.

Заключение

В диссертации решена актуальная научно-техническая задача - показана возможность автоматизации разработки интерактивных математических компьютерных тренажеров, предложена математическая модель ИКТ и созданы инструментальные средства, автоматизирующие разработку ИКТ. Результаты работы:

1. Предложена математическая модель интерактивного компьютерного тренажера.

5. Разработан и применен при создании ИКТ комплект графических компонент ИКТ, включающий в себя:

5.1. компоненту построения масштабированных графиков и сопроводительных примитивов;

5.2. компоненты построения линий уровня и траектории спуска (на основе обычных сеточных алгоритмов для CPU и с использованием технологии GPGPU);

5.3. компоненту визуализации процесса симплексного преобразования таблицы для решения задач линейного программирования;

5.4. компоненту построения поверхностей и параметрических сечений с возможностью изменения параметров визуализации в реальном времени.

7. Реализован комплект из 6 интерактивных компьютерных тренажеров для ЭОК «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения», охватывающий подавляющее большинство тем курса «Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения», и включающий в себя 119 типов задач генераторного типа.

Реализованные комплекты тренажеров внедрены в учебный процесс Томского межвузовского центра дистанционного образования (ТМЦДО). К разработанным обучающим курсам выпущены методические пособия. Предложенная математическая модель, инструментальные средства и библиотека графических компонент ИКТ активно используются в лаборатории «Мультимедиа» ТУСУР. Созданные на основе предложенной математической модели ИКТ для КУП «Высшая математика. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения» показал высокий коэффициент повторного использования кода и инвариантности к типу задач (119 типов задач на 9 исполняемых модулей, что примерно в 4.5 раза выше аналогичного показателя для ИКТ «Методы оптимизации»). Успешно апробированная модель ляжет в основу создания системы автоматизированной разработки ИКТ по естественнонаучным дисциплинам EduCAD Trainer 2.0.

Библиография Клыков, Виктор Викторович, диссертация по теме Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

1. Аветисян Д.Д. Программно-технологический комплекс TeachPro для создания электронных учебников. // Открытое образование, 2001, №4.

2. Агранович Б.Л., Чудинов В.Н. Методологические проблемы дистанционного инженерного образования. // Технический университет: дистанционное инженерное образование. Труды международной научно-практической конференции. Томск: изд-во ТПУ, 1998.

3. Аленичева Е., Езерский В., Антонов А. Компьютеризация и дидактика: поле взаимодействия. // Высшее образование в России, 1999, №5.

4. Алферов Ж., Смолин О., Мельников И. Наша альтернатива правительственной «реформе» образования. http://www.kprf.ru/news/ partynews/31340.html.

5. Архангельский А.Я. Программирование в С++ Builder 4. — М.: Бином, 2000.-629 с.

6. Афонин A.M. и др. Интернет-стенд для изучения ударных и волновых процессов с помощью пьезопреобразователей. // Тезисы докладов шестой международной конференции «Физика в системе современного образования (ФССО-01)». Ярославль: изд-во ЯГПУ, 2001.

7. Ахо А.А., Ульман Д.Д. Теория синтаксического анализа, перевода и компиляции. В 2 т. М.: Мир, 1978.

8. Батоврин В.К., Бессонов А.С. Создание виртуальных лабораторных практикумов с использованием средств MS Office. // Открытое образование, 2002, №2.

9. Батоврин В.К., Бессонов А.С., Мошкин В.В. и др. Виртуальная измерительная лаборатория как составной элемент системы открытого образования. // Материалы международной научной конференции «Информационные технологии в открытом образовании». М: МЭСИ, 2001.

10. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Технология и инструментальные средства проектирования компьютерных тренажерно-обучающих комплексов для профессиональной подготовки и повышения квалификации. Часть 1. // Информационные технологии, 1999, №6.

11. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. М.: Филинъ, 2003. - 616 с.

12. Кибернетика и проблемы обучения. Под редакцией Берга А.И. -М.: Прогресс, 1970.-392 с.

13. Бугров А.В., Годов А.А. Компьютерный учебник по электронике. // Сборник трудов международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-12)». Т. 5. - Великий Новгород: изд-во НовГУ, 1999.

14. Введение в VRML 2.0. http://www.marstu.mari.ru:8101/mmlab/home/ VRML/index.htm.

15. Веретенников М.В. Требования к системе автоматизированного контроля знаний. // Труды научно-технической школы-семинара студентов, аспирантов и молодых специалистов «Информационные системы». Томск: изд-во ТУСУР, 2003. С. 148-152.

16. Воинов Б.С. Информационные технологии и системы. В 2 т. Нижний Новгород: изд-во ННГУ, 2001.

17. Воробейчикова О.В. Компьютерная технология адаптивного структурированного тестирования в образовании. // Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Томск: изд-во ТГУ, 2002.-19 с.

18. Гальперин П.Я. Краткий очерк развития исследований поэтапного формирования умственных действий и понятий. М.: Наука, 1968.

19. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика. -М.: Высшая школа, 2002. 479 с.

20. Григорьев М.Ю., Романенко А.Г. Электронный обучающий комплекс по проектированию и эксплуатации информационных систем. // ВИНИТИ, 2000, серия 1, №7.

21. Григорьев С.Г., Гриншкун В.В. Информационные и коммуникационные технологии в открытом образовании. http://www.ido.edu.ru/ open/ikt/.

22. Дмитриев В.М., Дмитриев И.В., Шутенков А.В. Автоматизированный учебно-лабораторный комплекс для обучения студентов технических специальностей. Томск: Изд-во ТГУ, 2002. - 151 с.

23. Ельцов А.А. Высшая математика II. Интегральное исчисление. Дифференциальные уравнения. Томск: изд-во ТУ СУР, 2002. - 232 с.

24. Ельцов А.А., Ельцова Т.А. Высшая математика II. Практикум по интегральному исчислению и дифференциальным уравнениям. Томск: изд-во ТУ СУР, 2005. - 204 с.

25. Ельцов А.А., Клыков В.В., Шатлов К.Г., Романенко А.В. Математические тренажеры. // Материалы всероссийской научно-методической конференции «Современное образование: ресурсы и технологии инновационного развития». Томск: изд-во ТУ СУР, 2005. - С. 120122.

26. Епанешников A.M., Епанешников В.В. Программирование в среде Delphi. М.: Диалог-МИФИ, 1998. - 302 с.

27. Журавлев В.З. Лабораторный практикум в открытом инженерном образовании. // Открытое образование, 2001, №6.

28. Карначук В.И. Моделирующие программы для лабораторных практикумов. // Открытое образование, 2003, №3.

29. Клыков В.В. Интерактивные компьютерные тренажеры «Методы оптимизации». // Труды всероссийской научно-практической конференции «Прогрессивные технологии и экономика в машиностроении». Юрга: изд-во ТПУ, 2003. - С. 245-246.

30. Клыков В.В. Интерактивные компьютерные тренажеры. // Тезисы докладов международной научно-методической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании». — Новосибирск: изд-во СибГУТИ, 2003. С. 85-86.

31. Клыков В.В. Система автоматизированной разработки интерактивных компьютерных тренажеров на базе XML. // Дистанционные образовательные технологии. Выпуск 1. Томск: изд-во ТМЦДО, 2004. - С. 110127.

32. Клыков В.В., Романенко В.В. Электронный учебник по дисциплине «Методы оптимизации». // Материалы докладов межрегиональной научно-технической конференции «Научная сессия ТУ СУР». Томск: изд-во ТУ СУР, 2002. - С. 24-25.

33. Клыков В.В., Тепляшин Д.А. Графические средства представления вычислительных алгоритмов. // Труды XLI международной научной студенческой конференции «Студент и научно-технический прогресс», часть 1. Новосибирск: изд-во НГУ, 2003. - С. 140-143.

34. Компьютерное методическое пособие по методам параметрической оптимизации. Метод циклического покоординатного спуска. http://rk6. bmstu.ru/electronicbook/opt/Metods2/Mcirksp.html.

35. Коровкина Н. Интеллектуальное сравнение текстовых файлов. // Тезисы докладов конференции «Молодая наука — XXI веку», часть VI. — Иваново: изд-во ИвГМА, 2001 г.

36. Коршунов П.Ф., Мирошниченко Е.А. Обработка естественного языка в системах с автоматизированным контролем знаний. // Открытое образование, 2001, №4.

37. Костюкова Н.И., Попков В.К. Математические модели, дидактические и эргономические аспекты разработки автоматизированных обучающих комплексов. // Дистанционное образование, 1999, №6.

38. Кречетников К.Г. Особенности проектирования интерфейса средств обучения. // Информатика и образование, 2002, №4.

39. Кручинин В.В. Разработка компьютерных учебных программ. -Томск: изд-во ТГУ, 1998. 210 с.

40. Кручинин В.В. Генераторы в компьютерных учебных программах.-Томск: изд-во ТГУ, 2003. 200 с.

41. Малкина О.И, Сошников Д.В. Создание интерактивных систем адаптивного тестирования в среде Интернет с использованием технологий искусственного интеллекта. -http://nit.itsoft.ru/cgi-bin/article?id=89.

42. Миронов В.А., Клюшин А.Ю., Иванов В.К., Мироненко А.С. Реинжиниринг образовательных технологий на базе адаптивного открытого обучения и языка XML. // Программные продукты и системы, 2002, №4.

43. Мицель А.А. Вычислительная математика: учебное, пособие. Томск: изд-во ТМЦЦО, 2001. - 228 с.

44. Мицель А.А., Клыков В.В. Проблемы и перспективы информационного обеспечения инженерного открытого образования. // Открытое образование, 2004, №1. С. 56-61.

45. Мицель А.А., Клыков В.В. Интерактивные компьютерные тренажеры по математическим дисциплинам. // Открытое образование, 2005, №2. С. 22-28.

46. Мицель А.А., Романенко В.В., Веретенников М.В., Щербаков А.И. Автоматизация разработки компьютерных учебных программ. — Томск: изд-во HTJI, 2005. 384 с.

47. Мицель А.А., Романенко В.В., Клыков В.В. и др. Концепция современного мультимедийного учебника. Учебно-методическое пособие. Томск: изд-во ТМЦЦО, 2004. - 62 с.

48. Мицель А.А., Романенко В.В., Клыков В.В. Вычислительная математика. Учебное пособие к электронному учебнику. Томск: изд-во ТМЦЦО, 2002. - 125 с.

49. Мицель А.А., Романенко В.В., Клыков В.В. Мультимедийный электронный обучающий курс «Вычислительная математика». // Открытое образование, 2003, №1. С. 47-51.

50. Мицель А.А., Шелестов А.А., Романенко В.В., Клыков В.В. и др. Методы оптимизации. Учебное методическое пособие к электронному учебнику. Томск: изд-во ТМЦЦО, 2004. - 99 с.

51. Образцов П.И. Дидактический комплекс информационного обеспечения учебной дисциплин в системе ЦО. // Открытое образование, 2001, №5.

52. Образцов П.И. Новый вид обеспечения учебного процесса в вузе. // Высшее образование России, 2001, №6.

53. Пантелеев Е.Р., Ковшова И.А., Мальков И.В., Пекунов В.В., Первовский М.А., Юдельсон М.В. Среда разработки программ дистанционного обучения ГИПЕРТЕСТ: инструментальные средства. // Информационные технологии, 2001, №8.

54. Панюкова С.В. Концепция реализации личностно ориентированного обучения при использовании средств информационных и коммуникативных технологий. -М.: ПроПресс, 1998. 120 с.

55. По лат Е.С. Теория и практика дистанционного обучения. // Информатика и образование, 2001, №5.

56. Полякова Т.М., Лобова Н.И., Николаев В.О., Суслов Д.С. Разработка обучающих курсов в среде мультимедиа. // Дистанционное образование, 1997, №1.

57. Попов Д.И. Подсистема адаптивного тестирования среды дистанционного обучения. // Сборник трудов XII конференции-выставки «Информационные технологии в образовании», часть V. М.: МИФИ, 2002.

58. Портал СОП. Пояснительная записка к проекту стандарта «Общие требования к техническим и программным средствам дистанционного обучения». http://comparative.edu.ru:9080/PortalWeb/Msg?id=15.

59. Прохоров А., Карпенко О. Отечественные системы дистанционного образования. // Компьютер пресс, 2003, №6.

60. Романенко В.В. Общие принципы автоматизации разработки компьютерных учебных пособий в комплексе EduCAD. // Программные продукты и системы, 2003, №2. С. 34-37.

61. Рудинский И. Д. Модель нечеткого оценивания знаний как методологический базис автоматизации педагогического тестирования. // Информационные технологии в образовании, 2003, №9.

62. Соболева Н.Н., Гомулина Н.Н., Брагин В.Е., Мамонтов Д.И., Касьянов О.А. Электронный учебник нового поколения. // Информатика и образование, 2002, №6.

63. Соколов А. Мифы и реалии дистанционного обучения. // Высшее образование в России, 2000, №3.

64. Стандарты в электронном обучении. http://bit.edu.nstu.ru/archive/print-3-2004/standartyvelektronnomobuchenii60/?print=yes.

65. Стародубцев В.А. Компьютерные и мультимедийные технологии в естественном образовании. Томск: Дельтаплан, 2002. - 288 с.

66. Стародубцев В.А. Разработка и практическое использование мультимедийного программно-методического комплекса естественнонаучной дисциплины. // Информационные технологии, 2003, №2.

67. Степанов А.В., Степанов Ю.А. Дистанционное образование и производство. // Труды международной научно-практической конференции «Технический университет: дистанционное инженерное образование». Томск: изд-во 111 У, 1998.

68. Тихомиров В.П. Дистанционное образование: история, экономика, тенденции. // Дистанционное образование, 1997, №2.

69. То лети к A.M. Компьютерный лабораторный практикум в системе дистанционного образования. // Открытое образование, 1999, №6.

70. Толстик A.M. Дистанционное образование и компьютерное моделирование. // Открытое образование, 2001, №4.

71. Толстик A.M. Проблемы и перспективы физического дистанционного образования. // Открытое образование, 2002, №5.

72. Учебник по Flash MX. http://compgraph.ad.cctpu.edu.ru/bookfalshmx/ Info/index.html.

73. Фридман JI.M. Психолого-педагогические основы обучения математике в школе. М.: Просвещение, 1993. - 160 с.

74. Христочевский С. А. Электронные мультимедийные учебники и энциклопедии. // Информатика и образование, 2000, №2.

75. Цель создания системы открытого образования. http://www.e-joe.ru/ sod/00/600/titarev.html.

76. Чистов В.П., Захарова Г.Б., Кононенко И.А., Титов В.Г. Компьютерный тренажер для операторов технологических процессов доменного производства. // Программные продукты и системы, 2002, №3.

77. Шевелев Ю.П. Автоматизированный самоконтроль в системе обучения СИМВОЛ. Томск: изд-во ТУ СУР, 1996. - 111 с.

78. Шульмина Р.В. Электронный учебник как средство ДО. // Кибернетика, автоматизация, математика, информатизация: сборник научных трудов. М.: Изд-во РХТУ, Новомосковского института, 2000.

79. Carr-Chellman A., Duchastel Ph. The ideal online course. // Libr. Trends, 2001, №1.

80. Extensible Markup Language (XML) 1.0. W3C Recommendation (10 February 1998). http://www.w3.org/tr/1998/rec-xml-19980210.html.

81. General Purpose Computation Using Graphics Hardware (GPGPU), http ://www.gpgpu.org

82. Hermitech. Официальный сайт лаборатории. http://www.hermitech.ic.zt. ua.

83. Nesimi Ertugrul. Towards Virtual Laboratories: a Survey of LabVIEW-based Teaching. // Learning Tools and Future Trends. The International Journal of Engineering Education, Volume 16, 2000, №3.

84. Smith R.C., Taylor E.F. Teaching physics online. // American Journal of Physics, Volume 63, 1995, №12.

85. VRML в примерах. http://www.codenet.ru/webmast/vnnl20.php.

86. Zhe Fan, Feng Qui, Arie Kaufman, Suzanne Yoakum-Stover.// GPU Cluster for High Performance Computing. // ACM/IEEE Su-percomputing Conference 2004, November 06-12, Pitsburg, PA

Похожие работы

Информатика, вычислительная техника и управление
05.13.00