CC BY
82
ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
ся никак. Учащийся получает в свое рас- ному запросу, В сочетании со стандартны-
поряжение модель объекта изучения и ин- ми способами построения ППС предло-
струкцию по выполнению задания, а под- женный подход может обеспечить опреде-
сказку по выполнению только по отдель- ленный прогресс в этой области.
КОМПЬЮТЕРНЫЙ ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ЛАБОРАТОРНОЙ
РАБОТЫ ПО РЕНТГЕНОСТРУКТУРНОМУ АНАЛИЗУ
В.М.Кяшкин, доцент кафедры твердого тела МГУ им. Н. П. Огарева,
кафедры физик
МГУ
В последние несколько лет, в связи с
формирование заданий (осуществля-
бурным развитием компьютерной техники ется преподавателем или лаборантом); и информационных технологий, наблюдал-
проверка правильности выполнения
ся резкий количественный и качественный лабораторных работ (выполняется студен-скачок в компьютеризации образователь-
ного процесса. Появилось множество тестирующих, демонстрационных программ и программ-тренажеров. Последние имеют
том как при участии преподавателя, так и без него).
Алгоритм проверки следующий:
1. Вводятся данные о веществе, типе
особенно большое значение в тех случаях, ячеики и ее параметрах, полученные сту-
когда в лабораторном практикуме должно Дентом, по ним рассчитывается теорети-
использоваться сложное и дорогостоящее ческая штрих-рентгенограмма, которая
оборудование, доступ к которому возможен затем сравнивается с экспериментальной
и эталонной оентгеногоаммами. Эталонная
только для достаточно подготовленных
пользователей. В связи с этим мы попы- штрих-рентгенограмма строится по дан-тались модифицировать некоторые лабо- ным картотеки Американского общества
раторные работы по рентгеноструктурно-
(А8ТМ)
му анализу таким образом, чтобы обеспе- ляемые визуально различия в положении и
чить, с одной стороны, быструю проверку интенсивности линий на сравниваемых
результатов выполнения, а с другой - наглядность и очевидность для студента его ошибок в том случае, если они были допу-
штрих-рентгенограммах могут ствовать об:
студентом
щены. В основу тренажера положен про- съемке или обработке рентгенограммы: граммный комплекс «Менеджер задач» б) ошибках, допущенных студентом при
(далее РгаЛезеагсІїег), разработанный в ла- определении вещества (или типа ячейки): Моратории, который позволяет управлять в) различиях в технологии обработки
последовательностью выполнения про- материала или в методике приготовления
грамм-задач и проводить на экране срав- эталонного и экспериментального образ-
образец.
ефектов
нение результатов расчета с эталонными цов^порон в графической и числовой формах. наличие п
На данном этапе работы мы попытались текстура); компьютеризировать проверку результатов г) некорректном учете факторов интен-выполнения лабораторных работ по рентге- сивности применительно к эксперимен-
ноструктурному анализу, имеющих целью тальному образцу,
определение типа ячейки и ее параметров для поликристаллического материала.
жимах:
2. По введенным данным также рассчитываются интенсивность и поправки.
Тренажер может работать в двух ре- На экране появляется таблица со значениями, и студент, таким образом, может про-
верить свои результаты не только визуально, но и численно.
Описание структуры работы оболочки FraResearcher.
Для выполнения лабораторной работы нам необходимо детально рассмотреть структуру меню и диалоговых окон, которые предоставляются системой пользователю.
Файловое меню
Файловое меню предназначено для выбора команд по созданию, загрузке и сохранению данных на диске. Данные, с которыми работает система, представлены двумя типами: двумерные таблицы в формате FDA и текстовые файлы MS DOS. Рассмотрим файловые команды:
Новый — создает пустое окно для ввода двумерной таблицы данных и высвечивает диалоговое окно для создания информационной записи.
Загрузить - высвечивает диалог для выбора файла, подлежащего загрузке. Данные из файла формата FDA загружаются в редактор таблиц и одновременно на диске, в том же каталоге, что и выбранный файл, ищется файл, содержащий информационную запись. Имя файла информационной записи такое же, как и у загружаемого файла, но его расширение берется как ".NFO". Если файл информационной записи не найден, то информационная запись редактора устанавливается по умолчанию и может быть изменена командой меню РедакторШ»формационная запись. При записи таблицы информационная запись автоматически записывается, обновляя файл или создавая новый.
Новый текст - создает пустое окно для редактирования текстовых файлов. Пользователь может вводить любые символы в текстовом формате MS DOS.
Загрузить текст - создает окно редактирования текста и загружает в него текстовый файл, который выбирается из файлового диалогового окна. Текстовые файлы также предназначены для хранения данных, как и файлы формата FDA (в частности они используются для описания кристаллических ячеек и входного файла данных в программе расчета рентгенограмм для кристаллов).
Записать - записывает данные из текущего окна в файл. Если текущее окно содержит таблицу, то записываемый файл в формате FDA. Текстовый редактор создает текстовые файлы. Если окно редактора не имеет имени, то высветится диалоговое окно для выбора имени записываемого файла. Также выдается запрос на перезапись, если выбрано имя уже существующего файла.
Записать, как... - аналогична команде Записать, но только сразу высвечивает файловый диалог для изменения существующего имени или ввода нового.
Выход - завершает работу системы FraResearcher. Выдает запрос на запись, если есть окна, в которых не сохранены данные.
Меню редактора таблиц
Команды этого меню предназначены для удобного доступа и редактирования данных в редакторе таблиц. Рассмотрим их:
Информационная запись - высвечивает диалоговое окно для редактирования информационной записи, принадлежащей текущему окну.
Пронумеровать - высвечивает диалоговое окно с параметрами пронумеровки: начальное значение, конечное значение, шаг и поле, подлежащее пронумеровке. Пронумеровывается указанное поле от начального значения до конечного с выбранным шагом.
Вставка строки - раздвигает строки таблицы в позиции курсора (строки ввода) и вставляет туда строку с нулями (значениями 0,0).
Удаление строки - удаляет строку в позиции курсора. Последняя строка в таблице не может быть удалена.
Переход на строку - запрашивает номер строки и осуществляет переход на нее. Удобно для доступа в больших таблицах.
Меню команд управления
Эти команды предназначены для управления окном проекта. Само окно проекта представляет еще один тип данных
- список имен файлов, подлежащих обработке. Структура и использование окна проекта и представляемых им файлов данных описана в разделе Окно проекта.
ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
Новый - создает пустое окно проекта.
Окно не содержит ни одного имени файла и само не имеет имени.
Открыть - создает окно проекта и загружает в него данные файла, имя кото- Просмотреть ему передается два допол-
рого предлагается выбрать из файлового
Просмотрщик - текстовое поле, в котором указывается имя выполняемого файла, исполняющего роль просмотрщика графиков. При запуске по команде График\
нительных параметра: первый - имя текущей таблицы в окне редактора, второй -Закрыть - закрывает текущее окно путь для драйверов графических устройств,
диалога.
проекта.
Записать - позволяет записать данные, содержащиеся в текущем окне проекта. Если окно проекта не именовано, то выдается диалоговое окно для ввода имени файла, в котором будут сохранены данные.
Для файлов BGIm алога Конфигурация\Директории. Сам исполняемый модуль ищется в каталоге системы FraResearcher.
Хранитель жрана - текстовое поле, в котором указывается имя модуля, испол-
Добавить пункт - выдает файловое няющего роль хранителя экрана. Вызов
диалоговое окно для выбора файла, имя ко- этого модуля на исполнение происходит
торого будет вставлено в проект. Нужно примерно через 30 - 40 с бездействия
отметить, что вставляются только имена пользователя. В комплект входит хранитель
файлов, а их путь (включая указанный FRASAVER.FSS.
диск) отбрасывается.
Удалить пункт - удаляет из окна про-
Включить хранитель - поле переключателя дает возможность разрешить /
екта имя файла, на котором стоит курсор, запретить использование хранителя экра-
После удаления последнего имени курсор на.
исчезает. Директории - высвечивает диалого-
Меню менеджера задач вое окно, в котором устанавливаются пути,
В этот блок меню входят команды для необходимые для корректной работы сис-
вызова редактора задач и менеджера за- темы. Рассмотрим поля этого диалога.
дач. Подробно рассмотрим их.
Каталог выходных файлов - здесь
Редактор- вызывает диалоговое окно указывается путь доступа до каталога, в
для создания или редактирования уже име- котором будут сохраняться какие-либо ко-
ющихся описательных файлов задач. Поля нечные данные, создаваемые задачами,
этого редактора рассмотрены в разделе Для детальной информации смотрите опи-
сание псевдоимен менеджера задач. Каталог FraResearcher -
укажите
Редактор описательных файлов.
Менеджер - вызывает менеджер задач-основное диалоговое окно, которое от- здесь каталог, в котором находятся испол-
вечает за все операции по выполнению няемые файлы системы FraResearcher
списков задач. (файлы fra.exe, fra.cfg, просмотрщики и
Меню графической утилиты содер- улиты),
жит всего одну команду: Просмотреть, которая вызывает внешнюю улиту для просмотра таблицы в графическом виде. Имя улиты указывается в диалоговом окне по улит,
команде КонфигурацииЮпции.
Меню конфигурации системы
Для файлов Ва - каталог, в котором находятся драйверы, необходимые для просмотрщика графиков и других графических
Для файлов Т5К - каталог, в котором менеджер задач ищет описательные файлы,
Команды этого меню вызывают раз- имеющие расширение". Т$К". Детальная ин-
личные диалоговые окна, параметры кото- формация - в описании менеджера задач.
рых контролируют работу системы.
Редактор описательных файлов
Опции - вызывает диалоговое окно для задач
установки опций по просмотру графиков и Ре
хранителя экрана. Рассмотрим поля этого для сс
диалогового окна: юших
файлов
файлов служит вания уже име-
могут быть использованы в менеджере задач для включения их в список расчета. Рассмотрим поля этого редактора и их назначение.
Заголовок- определяет сигнатуру файла задачи. Всегда содержит текст "TSK.Header''. Изменив это поле, вы нарушите структуру описательного файла. Реализовано для возможности изменения сигнатуры при модификации структуры
FraResearcher.
Описание - здесь вы можете ввести любой текст для описания назначения задачи. Этот текст высвечивается при выборе найденных задач, а также в списке расчета менеджера задач.
Имя исполняемого модуля - это поле должно содержать имя исполняемого модуля, в котором реализована ваша задача.
Количество входных и выходных параметров - чисто формальные поля. Указывают, сколько входных и выходных параметров передается исполняемому модулю задачи.
Параметры — поле, в котором указываются сами параметры, передаваемые исполняемому модулю задачи. Параметры разделяются пробелами и могут быть предопределенными псевдоименами.
Вы можете загрузить готовый описательный файл, выбрав кнопку [Save]. Кнопка [О К] прекращает работу редактора описательных файлов. Прежде чем выбрать кнопку [ОК], сохраните данные кнопкой [Save].
Окно проекта
Данный тип окон предназначен для создания или загрузки готовых файлов проекта, для их последующей обработки менеджером задач. Окно проекта было создано специально для автоматизации последовательной обработки каких-либо данных (в нашем случае большого количества рентгенограмм). Окно проекта - это список имен файлов, подлежащих обработке. Выбор имен файлов из окна проекта осуществляется менеджером задач, который посылает проектному окну команду выдачи ему имени с определенным порядковым номером. После передачи последнего имени в списке, при запросе следующего, окно
возвращает статус "нет доступных имен" и расчет прекращается. Вставка и удлинение имен файлов из списка производится через команды меню управления проектом. Также проектные списки можно сохранить в файле с возможностью последующего восстановления. Нужно заметить, что при обработке проекта все файлы (имена которых указаны в списке) должны находиться в рабочем каталоге (рабочий каталог указывается в менеджере задач по кнопке [Options] в поле Рабочий каталог).
Окно редактора таблиц
При выборе команды Новый в файловом меню вы попадаете в чистое окно редактирования двухмерных таблиц (если вы выберете команду Загрузить файлового меню, то появится файловый диалог для выбора файла формата FDA, который будет загружен в новое окно редактора таблиц). В этом, вновь созданном окне, вы можете вводить любые числовые данные в диапазоне значений от 2.225074е-308 до 1.797б93е-308.
Для движения с поля на поле вперед по таблице используйте клавишу TAB, в обратном направлении - Shift-TAB. Стрелки вверх\вниз перемещают строку ввода. Клавиши PageUp и PageDown пролистывают окно на страницу вверх или вниз. Клавиша ENTER используется для передвижения строки ввода последовательно с поля на поле и расширяет таблицу, если была нажата на последней строке таблицы.
Индикатор номера текущей строки находится под разделительной чертой внизу таблицы. Звездочка в левом нижнем углу означает, что таблица модифицировалась и не сохранена на диске.
Можно использовать мышь для прокрутки окна вверх или вниз, нажав на нижнюю или верхнюю разделительную черту.
Существует также прямой доступ к произвольной строке таблицы. Эта функция доступна по команде Редактор\Пере-ход на строку.
Нажав на клавишу Ctrl-Insert можно вставить строку перед текущей позицией, а клавишей Ctrl-Delete - удалить текущую строку. Эти клавиши дублированы командами в меню Редактор.
ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
Таблицу можно пронумеровать по од-
XХимическая формула вещества об-
ному полю, используя команду Редактор\ разца - в этом поле вводится химическая Пронумеровать или дублирующую ее кла- формула вещества, используемого в экс-
вишу Alt-N.
перименте образца. Формула вводится в
Сохранить таблицу можно по команде формате:
ФайлМаписать ил и Файл\3аписать,
[Элемент / (ЧислоАтомов)] [разбели-
как... (последняя команда служит для со- тель] [Элемеит2(ЧислоАтомов)]...
хранения с возможностью изменения име-
Имя элемента состоит из двух симво-
ни). Таблица записывается в формате FDA лов (аналогично именам элементов в таб-
и имеет два поля с именами ANGT(сокра- лице Менделеева). Первый символ боль-
щение от ANGLE - угол) и IMPS (сокра- шой, второй - маленький. Число атомовза-
щение от Impulse per Second — импульсов в писывается в скобках без разделения просекунду). Для записи таблицы в формате белами. Разделителем элементов могут
FDA используются функции работы с FDA- быть любые символы (только не буквы) в
файлами библиотеки ОВЬ.
У каждого окна редактора есть информационная запись, которая содержит в себе
произвольном количестве.
Пример ввода формул веществ:
Co(56)Fe(24)Si(l5)В(5) или Со(56)
информацию, необходимую для расчета Fe(24) Si(J5j В(5)
параметров структуры АМС. Информационная запись конкретно привязана к решению этой задачи. Данные, нужные для решения других задач, надо описывать в тек-
Со(56)чРе(24),Ъ1(15),В(5)
Все три варианта аналогичны друг
другу.
Вещество анода - здесь вводится имя
стовом редакторе системы (как это еде- элемента, из которого изготовлен анод,
лано при решении задачи о расчете рент- Формат ввода такой же, как и у поля Хи-
генограмм для кристаллических веществ). мическая формула вещества, только не
При записи таблицы на диск в том же вводится количество атомов в скобках,
каталоге, что и записываемый файл, созда- Приведем пример: Мо или Си.
ется файл информационной записи. Имя это-
Угол Тетта2 - здесь вводится двой-
го файла такое же, как и у файла, содержа- ной угол (в градусах).
щего таблицу, но его расширение заменяет-
По кнопке [Имена] высвечивается до-
ся на '.МРО". При чтении таблицы из файла полнительное диалоговое окно. Оносодер-
система пытается найти соответствующий жит имена файлов, в которых находятся:
файл информационной записи. Если файл ин- рентгенограмма вещества эталона, снятоформационной записи не найден, то выдает- го при угле наклона 0, рентгенограмма веся соответствующее сообщение и информа- щества эталона, снятого при угле наклона
ционная запись окна редактора заполняется ?, информационная запись для рентгено-
значениями по умолчанию.
граммы вещества эталона снятого при угле
Рассмотрим детально поля информаци- наклона 0. информационная запись для рентгенограммы вещества эталона снятого - при \гле наклона ?. Эти имена использу-
оннои записи.
Угол установки монохроматора -
укажите здесь, под каким углом (в граду- ются для доступа к эталонным рентгено-
сах) был установлен монохроматор при граммам и их информационным записям,
съемке рентгенограммы (которая находит- при поправке на геометрию съемки и нор-
ся в окне редактора).
Угол установки образца - здесь указывается, под каким углом был наклонен образец при съемке (в градусах).
Плотность вещества образца -
мировке по методу Ивероновой. Менеджер задач
Менеджер задач представлен в виде обычного диалогового окна. В этом окне имеются список задач текущего расчета и
здесь записывается плотность вещества кнопки управления им. Список отображает
образца р системе CGS (в г/смЗ).
строки описания задач в порядке их занесе-
ния в расчет. Для создания описательного файла задачи используется редактор описательных файлов. Рассмотрим подробно команды управления созданием расчета.
Insert - выдает диалоговое окно со списком задач. Выбранная задача вставляется в список расчета менеджера задач. Задачи для вставки ищутся в каталоге, указанном в Конфигурации\Директории поле Для файлов .TSK. При вставке задачи раздвигаются.
Delete - удаляет задач) под курсором (выделенной строкой). Задачи сдвигаются на позицию в начало. Пустая строка не подлежит удалению.
Link - позволяет редактировать параметры связи (командной строки). По этой команде выдается окно, которое содержит поле со строкой параметров связи и переключателем для включения\выключения выполнения задачи. Если этот переключатель поставить в положение включить (отображается как [л]), то при выполнении задач расчета данная задача пропустится. В строке параметров связи выдается то, что вы ввели в поле Входные параметры редактора описательных файлов задач. Редактирование параметров связи не приводит к изменению описательных файлов, а нужно лишь для временного изменения. При выходе из менеджера задач все изменения сбрасываются.
Memo - выдает окно, в которое вы можете ввести описание составленного вами расчета.
Clear - очищает список задач и описание расчета.
Save — записывает составленный расчет и его описание в дисковый файл. Список задач записывается как список имен описательных файлов.
Load - загружает ранее созданный расчет из дискового файла.
Options - высвечивает окно, содержащее опции, необходимые для правильного выполнения списка задач (расчета). Содержит следующие поля: Рабочий каталог — каталог, в который система перейдет при начале выполнения списка задач. Имя файла для создания таблицы - здесь указывается имя файла, которое система
будет использовать для сохранения данных из активного окна (то, для которого вы ведете расчет) и передаче его имени задачам для обработки. Укажите какое-либо неиспользуемое имя.
Имя, которое вы указали, используется для подстановки псевдоимени @TABLE (детальная информация о псевдоименах ниже). Имя файла для данных графика - здесь указывается имя, которое система будет подставлять вместо псевдоимени @GRAF(чисто формально предназначенное для сохранения данных для графика). Остальные поля представлены для развития структуры системы в будущем.
ОК - закрывает менеджер задач и сохраняет составленный расчет как текущий и загружаемый по умолчанию (при следующем запуске менеджера задач).
Cancel - закрывает менеджер задач и сбрасывает все изменения, произведенные пользователем после вызова менеджера задач.
Ехес... - запускает список задач на выполнение.
Процесс выполнения списка задач очень прост: система последовательно выполняет все задачи из списка, передавая каждой из них свои параметры командной строки (параметры связи), предварительно заменив псевдоимена на реальные имена и строки (при условии наличия псевдоимен в командной строке). Любая из задач может изменить последовательный ход выполнения задач, послав соответствующую команду системе FraResearcher. Эта команда передается через реализованный механизм программного прерывания 0x60.
Псевдоимена предоставляют удобную возможность обобщить используемые данные. Предположим, созданная вами задача должна иметь на выходе файл, содержащий исходную рентгенограмму, которую вы ввели посредством редактора таблиц системы. Вы заранее не знаете, какое имя будет у файла, содержащего таблицу (ведь вы можете передавать своей задаче различные рентгенограммы). Тогда вам придется каждый раз запускать редактор описательных файлов и в поле Входные параметры вводить нужное вам в данный мо-
ИНТЕГРАЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ
мент имя файла (если данные содержатся не в файле, а только в текущем окне редактора). Но если вы воспользуетесь псевдоименем, то система при выполнении задачи заменит его на реальное имя файла таблицы (а если данные в редакторе еще не записаны, то создаст файл и передаст его имя для использования в командной строке). Имя для создания файла данных берется из поля Имя файла для создания таблицы доступного по кнопке Options. В любом случае вам не надо привязывать вашу задачу к конкретным именам файлов, используйте псевдоимена.
В системе реализовано 11 псевдоимен, необходимых для нормальной работы оболочки.
Описание задач оболочки FraResearcher
Задачи для расчета теоретических рентгенограмм кристаллов.
Все задачи, производящие расчет отдельных параметров и множителей, собраны в одном исполняемом модуле. Этому исполняемому модулю передаются четыре параметра во всех описательных файлах задач: <FankNum>, <TabName>, <CalcName>, <SposName>, где <FankNum> целочисленное значение, определяющее номер используемой функции (номер вызываемой задачи). Все описательные файлы задач (файлы TSK) для данного расчета указывают на один исполняемый модуль, передавая ему различные значения выполняемой функции.
<TabName> - имя TAG файла данных для расчета?
<CalcName> - имя файла для рассчитанной рентгенограммы, содержащей все рассчитанные линии с сортировкой по углам.
<SposName> - имя файла для рассчитанной рентгенограммы, с сортировкой по углам и анализом наложения линий интенсивности.
Исполняемый модуль получает значение <FankNum> и выбирает нужные функции для расчета.
При сравнении теоретической, эталонной и экспериментальной штрих-рентгенограмм могут возникнуть следующие ситуации:
- Положения и интенсивности дифракционных линий на всех штрих-рентгено-
граммах практически совпадают. Это соответствует идеальному случаю, когда
съемка и обработка экспериментальной
рентгенограммы выполнены без ошибок, условия съемки эталонной и экспериментальной рентгенограмм были идентичными, так же как и сами образцы, и корректно учтены все множители, влияющие на интенсивность дифракционных линий.
- При совпадении положений, ционных линий не совпадают их относительные интенсивности. Это может свидетельствовать о различиях в геометрических условиях съемки эталонной и экспериментальной рентгенограммы, о наличии выраженной текстуры в экспериментальном образце. (При отличающихся интенсивностях теоретической рентгенограммы основной причиной может быть некорректное использование некоторых факторов интенсивности без учета реальных условий съемки).
- Линии экспериментальной рентгенограммы закономерно смещены относительно эталонной в сторону больших или меньших углов. Это может быть следствием неправильного определения вещества, имеющего ту же решетку, что и вещество -эталон, либо говорить о наличии в экспериментальном образце примесей, образующих твердый раствор, или о наличии макроскопических напряжений (сплошной образец).
- Линии закономерно смещены частично в сторону больших, а частично в сторону меньших углов. В этом случае речь может идти о наличии в экспериментальном образце дефектов упаковки.
- Порядок расположения отдельных линий экспериментальной и теоретической рентгенограмм не совпадают. В этом случае вероятным является неправильное определение типа ячейки.
На основании сравнительного анализа штрих-рентгенограмм студенту предлагается сделать вывод о возможных причинах их несовпадения (если таковые имеются) и подготовить реферат по экспериментальным методам, позволяющим подтвердить или опровергнуть гипотезу.
J
