автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Разработка и исследование технических средств автоматизированных обучающих систем

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

ОБУЧЕНИЯ. II

1.1. Классификация технических средств обучения

1.2. Технические средства обучения без применения

1.2.1. Простейшие технические средства обучения

1.2.2. Телевидение как техническое средство обучения.

1.3. Технические средства обучения с применением

1.3.1. Автоматизированные обучающие системы на базе ЭВМ.

1.3.2. Основные направления развития современных автоматизированных обучающих систем.

1.4. В ы в о д ы.

ГЛАВА 2. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ОБУЧАЮЩАЯ СИСТЕМА НА

БАЗЕ МАЛОЙ ЭВМ "АРМ/НАИРИ-4"

2.1. Требования к "АОС-АРМ/Налри-4"

2.2. Выбор структуры "АОС-АРМ/Наири-4"

2.3. Описание работы программируемого мультиплексора СО

2.3.1. Блок группового управления

2.3.2. Блок коммутатора дисплеев

2.4. В ы в о д ы.

ГЛАВА 3. АЛГОРИТМ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ РЕЖИМА ОБУЧЕНИЯ (АОС) В АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЕ "АОС-АРМ/НАИРИ-4"

3.1. Описание алгоритма организации режима вводавывода

3.1.1. Режим функционирования (организации) процессорного ввода

3.1.2. Режим функционирования процессорного вывода.

3.1.3. Режим функционирования ввода по прямому доступу.

3.1.4. Режим функционирования вывода по прямому доступу.

3.2. Описание программного обеспечения поддерживающего режима АОС.

3.2.1. Базовое программное обеспечение с разделением времени.

3.2.2. Базовое программное обеспечение обучающих программ.

3.2.2.1. Описание языка П0ЛИН0М-80 . Ю

3.3. В ы в о д ы.

ГЛАВА 4. ИСПЫТАНИЕ И ВНЕДРЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ

ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ "АОС-АРМ/НАИРИ-4"

4.1. В ы в о д ы. ХХ

Общественный прогресс, особенно в условиях современной научно-технической революции, при высоких темпах развития науки и техники, предъявляет новые требования к системе образования, подготовке и воспитанию специалистов широкого профиля с углубленными знаниями. Возросли и современные требования к знаниям специалистов. Удовлетворять эти объективные требования жизни можно разными путями, например можно продлить сроки обучения.Но это не рациональный подход, а в некоторых случаях, даже с помощью продления сроков обучения, достигнуть существенных результатов вообще невозможно (сроки обучения и без того велики и строго ограничены). Можно увеличить численность преподавателей. Но это тоже не рациональный метод. В связи с большим спросом на педагогические кадры создалось положение, когда количественный рост преподавателей привел к снижению качества преподавания [1]. В предельном случае, если одному учащемуся выделить одного преподавателя, еще нельзя гарантировать получение нужного эффекта. Приходится интенсифицировать процесс обучения с помощью совершенствования методов обучения. Однако совершенствовать методы обучения бесконечно без использования достижений современной науки и техники практически невозможно.

По-видимому, существует тесная взаимосвязь между методами и средствами обучения: средства обучения обусловливают (определяют) методы обучения и наоборот. Поэтому развитие методов и средств обучения должно происходить гармонично.

В последнее время наши партия и правительство уделяют большое внимание техническому оснащению в системе образования. Имеется постановление Совета Министров СССР № 725 от 26 июля 1979 года "О мерах по дальнейшему улучшению технической оснащенности вузов". В постановлении Государственного комитета СССР по науке и технике и Госплана СССР J6 526/260 от 22 декабря 1980 года говорится: создать и ввести в эксплуатацию диалоговые автоматизированные обучающие системы (АОС) в вузах и в институтах повышения квалификации.

Интенсивные работы по созданию технических средств обучения (ТСО) ведутся как у нас в стране, так и за рубежом. Работы по созданию и использованию ЭВМ в учебном процессе активно ведутся в НИИ проблем высшей школы, Вычислительном центре Минвуза РСФСР, Институте кибернетики АН УССР, Белорусском государственном университете, Ленинградском электротехническом институте и во многих других вузах страны.

ТСО широко применяются в системе просвещения социалистических стран [2, з]. Например, в ЧССР в НИИ инженеров образования существует отдел ТСО, где успешно разрабатывают и внедряют в учебную практику оборудование для индивидуализации обучения.

В настоящее время большое место отводится программированному обучению. Развитие программированного обучения предполагает широкое использование ЭВМ, которые являются мощными техническими средствами повышения производительности преподавательского труда.

Особое место в составе ТСО имеют малые ЭВМ, так как они доступны непрофессиональному пользователю, более эффективны по сравнению с большими ЭВМ, по стоимости доступны для небольших организаций (техникумам, профессионально-техническим училищам, школам и т.д.). По мнению французского ученого Бернара Дюбрай-ля (лицей Иври); использование больших ЭВМ в учебных целях нецелесообразно.

В основных направлениях реформы общеобразовательной и профессиональной школы отмечается: вооружить учащихся знаниями и навыками использования современной вычислительной техники,обеспечить широкое применение компьютеров в учебном процессе, расширить производство учебного оборудования, электронно-вычислительной техники.

Однако, несмотря на такое актуальное значение, процесс создания и внедрения АОС на малых ЭВМ в стране идет медленно, хотя значительная часть выпущенных малых ЭВМ ("Наири-4", "Наири-41", СМ-3, СМ-4 и т.д.) имеется в разных вузах страны.Это объясняется, в частности, тем, что не организован серийный выпуск средств, обеспечивающих создание АОС на малых ЭВМ.

Целью настоящей работы является разработка и внедрение в серийное производство технических средств для создания АОС на малых ЭВМ.

Для решения поставленной задачи в Армянском ПО "Электрон" под руководством и при непосредственном участии автора разработана и внедрена в серийное производство автоматизированная обучающая система на малой ЭВМ "АОС-АРМ/Наири-4", в состав технических средств которой входят:

- ЭВМ "АРМ/Наири-4";

- программируемый мультиплексор СО, обслуживающий 32 шт. видеотерминалов типа РИН-609, с параллельным интерфейсом передачи данных (аналог дисплея ВИДЕ0Т0Н-340).

Разработано базовое программное обеспечение с разделением времени (БПОРВ), которое обеспечивает возможность составления обучающих программ на машинном языке РБР-11 и на проблемно ориентированных языках программирования при наличии соответствующих интерпретаторов.

Научная новизна данной работы заключается в следующем:

- обоснованы эффективность и перспективность малых ЭВМ для создания современных АОС;

- предложена оригинальная структурная схема и алгоритм функционирования программируемого мультиплексора, которые обеспечивают одновременную работу 32-х видеотерминалов в режиме разделения времени, с возможностью одновременной работы 31-й обучающей программы с минимальными аппаратными затратами;

- разработана оригинальная бесприоритетная схема обслуживания запросов видеотерминалов;

- исследована зависимость оптимальной длительности параметра "время опроса - ton" от расстояния между видеотерминалами и ЭВМ.

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы из 76 названий. Диссертация содержит 128 страниц машинописного текста (28 рисунков и 5 таблиц). Объем приложений 16 страниц.

Основные результаты диссертационной работы можно сформулировать следующим образом.

1. Выполненный в диссертации обзор литературы показал, что в настоящее время ТСО можно разбить на следующие крупные классы: ТСО с применением ЭВМ и ТСО без применения ЭВМ. ТСО без применения ЭВМ появились раньше, но в настоящее время развивается неуклонно, будет развиваться и в дальнейшем оснащать парк ТСО. Наиболее перспективным и эффективным направлением разработки АОС являются системы, созданные на базе малой и микро-ЭВМ. Создание и организация серийного выпуска АОС, реализованной на малой ЭВМ и технических средств, с помощью которых можно было создание АОС на малых и микро-ЭВМ, является весьма актуальной задачей.

2. В целях функционирования 32-х видеотерминалов с параллельным интерфейсом передачи данных, с удаленной малой ЭВМ, предложен и разработан программируемый мультиплексор СО с оргинальной структурой, который позволяет решать поставленную задачу с минимальными аппаратными затратами.

3. Разработана оригинальная, бесприоритетная схема обслуживания запроса видеотерминалов, основным узлом которой является счетчик такта, с помощью которого поочередно опрашиваются (логически подключаются к ЭВМ) все видеотерминалы.

4. С помощью экспериментальных исследований получены оптимальные значения периода счетчика такта и время опроса в зависимости от расстояния удаленности видеотерминалов.

5. Предусмотрена отдельная поставка программируемого мультиплексора СО, что дает возможность обеспечить режим АОС на ранее реализованных ЭВМ "АРМ/Наири-4".

6. Разработаны специальные ТЭЗы (два типа), с помощью которых программируемый мультиплексор СО можно подключить к малой ЭВМ с ОБЩЕЙ ШИНОЙ интерфейса ("Наири-41", СМ-4 и т.д.).

7. Предложенный алгоритм функционирования программируемого мультиплексора СО и базовое программное обеспечение позволяют одновременную работу 32-х видеотерминалов в режиме разделения времени, с возможностью одновременной работы 31-й обучающей программы.

8. В режиме обучения выход из строя некоторых активных видеотерминалов, в том числе и преподавательского, не влияет на работу всей системы. Испорченные видеотерминалы могут быть программно заменены другими работоспособными видеотерминалами без задержки процесса обучения.

9. Кроме перфоленточного варианта БПО, который позволяет функционирование системы в минимальном комплекте технических средств, разработан и дисковый вариант, позволяющий создать библиотеку обучающих программ на накопителях на магнитных дисках (НМД).

10. Разработанное базовое программное обеспечение с разделением времени (БПОРВ) обеспечивает возможность составления обучающих программ на машинном языке PDP-11 и на проблемно ориентированных языках программирования при наличии соответствующих интерпретаторов. Разработанные программные средства позволяют составление обучающих программ на языке П0ЛИН0М-80, разработанном в НИИЖТе, который ориентирован на малую ЭВМ.

11. В Армянском ПО "Электрон" под руководством и при непосредственном участии автора внедрена в серийное производство авто матизированная обучающая система на малой ЭВМ "АОС-АРМ/Наири-4", которая является первой серийно выпускаемой отечественной АОС, реализованной на малой ЭВМ, в которой комплексно решены вопросы технического и программного обеспечения.

12. Принятые конструкторско-технологические решения обеспечивают высокую серийноспособность и эксплуатационную надежность системы.

13. С помощью "А0С-АРМ/Наири-4" можно вести программированное обучение как по гуманитарным, так и по техническим дисциплинам.

14. Широкие возможности диагнозирования открываются с применением в медицинской практике "А0С-АРМ/Наири-4".

15. Результаты диссертационной работы можно использовать при создании многотерминальных систем на базе малой ЭВМ.

- 118 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Автоматизированные обучающие системы на базе ЭВМ / Под ред. А.Ф.Чернявского. - Минск: БГУ им.В.И.Ленина, 1980. - 172 с.

2. Новиков В.А. С заседания рабочей группы экспертов по ТСОт -Вестник высшей школы, 1981, № I, с.70.

3. Мержичка И. В вузах Чехословакии. Вестник высшей школы, 1982, № 8, с.75.

4. Битцер, Джонсон. Система ПЛАТО техническое средство обучения, использующее ЭВМ. - В сб. переводов: Кибернетика и педагогика / Под ред. Дж.Уиннери. - М.: Мир, 1972, с.147-155.

5. Самохвалова Т.И. Микро-ЭВМ в обучении (с советско-французского семинара в Тбилиси). Вестник высшей школы, 1981, № 4,с.76-78.

6. Новиков В.А. Автоматизированные обучающие системы зарубежных стран. В сб.: Машинное обучение с помощью диалога / Материалы семинаров, М., 1976, с.15-20.

7. Берг А.И. Предисловие. В сб. переводов: Кибернетика и проблемы обучения / Под ред. А.И.Берга. - М.: Прогресс, 1970,с.5-9.

8. Молибог А.Г. Вопросы научной организации педагогического труда в высшей школе. М.: Высшая школа, 1971. - 296 с.

9. Ю.Варданян А.О., Бояхчян Т.Г. Новый этап развития обучающих машин. Бюллетень Министерства высшего и среднего специального образования Арм.ССР (на армянском языке). - Ереван, 1983, с.16-18.

10. Ростунов Т.И. Программированное обучение и обучающие машины. Киев: ТЕХН1КА, 1967. - 130 с.

11. Технические средства обучения и контроля. М.: Высшая школа, 1973. - 191 с.

12. Применение ЭВМ в учебном процессе. Сборник докладов научно-технического семинара / Под общей редакцией А.И.Берга. -М.: Советское радио, 1969, 248 с.

13. Крем Д. Программированное обучение и обучающие машины. М.: Прогресс, 1965. - 100 с.

14. Паск Г. Обучение как процесс создания системы управления. -В сб.: переводов: Кибернетика и проблемы обучения / Под ред. А.И.Берга. М.: Прогресс, 1970, с.25-85.

15. Ивлев В.Ф., Паненко В.Н; Машина "Репетитор". В кн.: Применение технических средств и программированного обучения в средней специальной и высшей школе /Под ред. В.М.Таранова. М.: Советское радио, 1965, с.368-374.

16. Голиков А.А., Кушелев Ю.Н. Современные системы обучения. -М.: Министерство высшего и среднего специального образования СССР, МЭИ, 1973. 109 с.

17. Универсальный учебный прибор "Репетитор". Техническое описание и инструкция по эксплуатации. Полтава, 1979. - 32 с.

18. Жеданов С.А. С учетом специфики занятий. Вестник высшей школы, 1978, № 10, с.26-28.

19. Поракишвили З.И. На базе телевизионной системы. Вестник высшей школы, 1979, № 7, с.18-19.

20. Антипин M.B. Разрабатывается типовая телеаппаратура. Вестник высшей школы, 1978, № 4, с.14-18.

21. Талызина Н.Ф. Теоретические основы программированного обучения. М.: Знание, 1968. - 102 с.

22. Молибог А.Г. Программированное обучение. М.: Высшая школа, 1967. - 199 с.

23. Стогний A.A., Довгялло A.M. и др. Автоматизированное обучение программированию учащихся средней школы. Управляющие системы и машины, 1983, № I, с.100-104.

24. Звенигородский Г.А. Система математического обеспечения, ориентированная на школьный учебный процесс. Управляющие системы и машины, 1980, № 5, с.76-82.

25. Довгялло A.M. Диалог пользователя и ЭВМ. Основы проектирования и реализации. Киев: Наукова думка, 1981. - 232 с.

26. Система программирования обучающих курсов. Киев: Виша школа, 1981. - 240 с.

27. Кузнецов С.Н., Дорошкевич A.M. Разрабатывается современная АОС. Вестник высшей школы, 1976, № 3, с.37-42.

28. Савельев А.Я., Новиков В.А. Перспективная программа создания автоматизированных обучающих систем. Вестник высшей школы, 1978, № 9, с.34-38.

29. Савельев А.Я., Новиков В.А. Осуществляется комплексная программа. Вестник высшей школы, 1980, № I, с.19-20.

30. Потеев М.И. Автоматизированные обучающие системы в курсе теоретической механики. Управляющие системы и машины,1982, № 4, с.123-124.

31. Автоматизированная обучающая система ГАММА. Казанский университет, 1983. 131 с.

32. Власов Д.Г. Мнение студентов. Вестник высшей школы, 1982, W- б, с.40-41.

33. Варданян А.О., Оганян Г.З. Новая обучающая система. Наука и техника (на армянском языке), 1984, № I, с.44-46.

34. Гребень И.И., Довглялло A.M. Автоматические устройства для обучения (обучающие машины). Киев: из-во Киевского ун-та, 1965. - 196 с.

35. Современное состояние и перспективы развития автоматизированных обучающих систем. М.: НИИ проблем высшей школы, 1976. -80 с.

36. Савельев А.Я. Проблемы организации автоматизированных обучающих систем. В кн.: Автоматизированные обучающие системы / Труды МВТУ, Ш 354. М.: МВТУ, 1981, - с.7-11.

37. Довгялло A.M., Ющенко Е.Л. Диалоговое программирование и подготовка пользователей ЭЦВМ. В кн.: Применение ЭЦВМ для автоматизации обучения и управления учебными заведениями. -Киев: из-во АН УССР, 1972, - с.3-15.

38. Захаров А.Н., Матюшин A.M. Проблемы адаптивных систем обучения (вступитальная статья). В сб. переводов: Кибернетика и проблемы обучения / Под ред. А.И.Берга. - М.: Прогресс, 1970, с.11-24.

39. Столяров JI.M. Обучение с помощью машин. М.: Мир, 1965. -373 с.

40. Шелестов К.К., Свиридова Н.Г. Дидактические системы и перспективы их реализации. М.: Знание, 1974. - 31 с.

41. Осипова П.М. Адаптивные возможности обучающего комплекса на базе малой ЭВМ. В кн.: Автоматизированная обучающая система

42. НИИЖТа / Под ред. Пыринова Б.В. Новосибирск, 1977, с.39-45 (НИЙШТ /Труды, выпуск 182).

43. На разных факультетах одного университета. Вестник высшей школы, 1984, Р 4, с.23.

44. Новиков C.B., Шумляев B.C. О проектировании диалоговых обучающих программ. Управляющие системы и машины, .1981, № 3, с.58-61.

45. Савельев А.Я., Новиков В.А. О комплексной программе работпо созданию автоматизированных систем. Управляющие системы и машины, 1979, № 4, с.3-5.

46. Савельев А.Я. Автоматизированные обучающие системы на базе ЭВМ. М.: Знание, 1977. - 34 с.

47. Карпов В.Г., Мухарский A.M. и др. Групповое устройство управления и связи пультов с ЭЦВМ в экспериментальной обучающей системе. В кн.: Применение ЭЦВМ для автоматизации обучения и управления учебными заведениями. - Киев: из-во АН УССР, 1972, c.IOI-IIO.

48. Мухарский A.M. Разработка и исследование комплекса технических средств автоматизированных обучающих систем вуза. -Автореф. Дисс. . канд. техн. наук. Минск, 1978. - 23 с.

49. Зархин В.Г. Для целей исследования. Вестник высшей школы, ' 1982, № 6, с.38-39.

50. Довгялло A.M., Небрат О.П., Платонов Б.А. Обучение с использованием вычислительных машин: современное состояние и перспективы. Управляющие системы и машины, 1978, № 2, с.12-18.

51. Битцер Д., Скалердаз Д. ПЛАТ0-1У экономическая обучающая система, управляемая мощной ЭВМ. - Зарубежная радиоэлектроника, 1969, № I, с.46-54.

52. Битцер, Иелей. Система обучения, управляемая ЦВМ (ПЛАТО). -Зарубежная радиоэлектроника, 1967, № 10, с.66-78.

53. Шестаков А.И. Опыт применения машин для обучения в США. Зарубежная радиоэлектроника, 1962, № 9, с.27-50.

54. Браунфельд, Фосдик. Использование автоматических вычислительных систем для обучения. Зарубежная радиоэлектроника, 1963, Р II, с.69-87.

55. Коулсон Дж. Вычислительные машины в исследованиях и опытах по автоматизированному обучению. В сб.-переводов: Кибернетика и проблемы обучения / Под ред. А.И.Берга. М.: Прогресс, 1970, с.186-205.

56. Пыринов Б.В. Принципы построения обучающей системы на базе малой ЭВМ. В кн.: Автоматизированная обучающая система НИЙЖТа /Под ред. Б.В.Пыринова. - Новосибирск, 1972, с.39-45.

57. Савельев А.Я., Новиков В.А. Внедряется СПОК-вуз. Вестник высшей школы, 1982, № 10, с.24-25.

58. Таркаев А.Н., Хасьминская Г.Ф. СПОК. Опыт применения в вузе.-Управляющие системы и машины, 1981, № 3, с.138-140.

59. Алексеенко Е.А., Довгялло A.M., Платонов Б.А. и др. СПОК -система программирования и поддержания обслуживающих и обучающих курсов. В кн.: Алгоритмы обработки экономической информации. - М.: Статистика, 1979, вып.З, с.17-28.

60. Гончаров С.И., Шукшунов В.Е., Жуковский В.Г. Действует диалоговая многопультовая система. Вестник высшей школы, 1980,1. W I, с.21-23.

61. Корзинин В.Н., Хватов С.Б. Автономный дисплейный класс с выходом в сеть коллективного пользования / Материалы конференции "Применение ЭВМ в вузе". Ленинград: Ленинградский университет, 1984, с.28-29.

62. Довгялло A.M., Пономаренко В.П. Автоматизированное обучение с использованием малых ЭВМ. Управляющие системы и машины, 1983, № 6, C.II7-II8.

63. Уэсли Р.Иверсен. Переработка системы ПЛАТО для малых компьютеров. Электроника, 1982, № 22, с.7-8.

64. Варданян А.О. Автоматизированная обучающая система. Промышленность Армении, 1984, № 12.

65. Варданян А.О., Пыринов Б.В. Автоматизированная обучающая система на базе ЭВМ "Наири-4/APM". Управляющие системы и машины, 1984, Р 5, C.III-II4.

66. ДРФ3.083.000 ТО. Блок группового управления / Техническое описание.

67. ЩК1.700.030 TOI. Магистральный канал ЭВМ "Наири-4/APM" / Техническое описание.

68. ЩК1.700.030 ТОЗ. Коммутатор магистрального канала /Техническое описание.

69. ЭП1.620.099-03 ТО. Техническое описание и инструкция по эксплуатации РИН-609.

70. Ерпюв А.П. Методологические предпосылки продуктивного диалога с ЭВМ на естественном языке. Вопросы философии, 1981,8, с.109-119.

71. ДРФ.00002-01-31. Базовое программное обеспечение обучающих программ / Общее описание.

72. ДРФ.00002-01-31. Базовое программное обеспечение обучающих программ / П0ЛЕН0М-80 (описание языка).

73. ДРФ.00007-01-33. Контрольная задача базового программногообеспечения с разделением времени РЯ / Руководство программиста.

74. ДРш.00006-01-33. Контрольная задача базового программного обеспечения с разделением времени А / Руководство программиста.

75. ДРФ.00005-01-34. Контрольные задачи / Руководство, оператора.

76. ДРФ.00005-01-12. Контрольные задачи / текст программы.