Интегрированная информационная система для поддержки обучения программированию Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Информационные системы и технологии

УДК 004.588

А. В. Цветцих, Д. В. Цветцих Сибирский федеральный университет, Россия, Красноярск

ИНТЕГРИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ ОБУЧЕНИЯ ПРОГРАММИРОВАНИЮ

Рассмотрены преимущества объединения различных инструментальных средств для поддержки процесса обучения программированию в единую информационно-образовательную среду.

В настоящее время обучение программированию распалось на несколько независимых направлений. Первое направление - это обучение основам программирования, где используются только средства разработки для изучаемого языка программирования. Другое направление - это обучение специализированным дисциплинам программирования, таким как объектно-ориентированное программирование, параллельное программирование, разработка компиляторов. При обучении данным дисциплинам преподаватели часто создают образцы решений, для которых студенты разрабатывают расширения. Однако как архитектура таких образцов, так и оценка результатов работы их расширений не унифицирована и варьируется от курса к курсу. Третье направление - это спортивное программирование, подготовку по которому проходят участники российских и международных соревнований по программированию. Подготовка производится с использованием широкого спектра инструментальных средств для проведения соревнований и автоматической проверки решений, применение которых ограничено олимпиадными центрами и не используется при обучении ни основам, ни спецкурсам программирования. Данные ограничения связаны с тем, что инструментальные средства для поддержки проведения соревнований по программированию являются узкоспециализированными и не в состоянии обеспечить поддержку разнообразных учебных дисциплин. Создание же гибкой системы, которая обеспечивала бы поддержку подготовки специалистов всем указанным направлениям, является весьма сложной задачей, комплексного решения которой до сих пор не существует.

В ситуации, когда нужно учесть большое количество варьирующихся и часто противоречащих друг-другу требований для различных направлений подготовки, лучшим решением будет не монолитная система, а интеграционный каркас, который обеспечит унифицированный интерфейс для разработки курсов по всем направлениям подготовки. Именно интеграция позволит использовать разработанные для олим-пиадной подготовки средства автоматической проверки при обучении по другим направлениям. Формат заданий для применяемой системы автоматической проверки решений позволит унифицировать образцы решений, используемые при обучении специальным курсам программирования. В качестве дополнительного требования к интегрированной системе обучения программированию нужно указать возможность доступа к ней через web-интерфейс, что позволит прово-

дить как локальные занятия, так и дистанционную подготовку.

Сегодня в Сибирском федеральном университете обучение программированию ведется по всем указанным направлениям: это и обучение началам программирования на языках С++ и Pascal, и спецкурсы по программированию, и спортивное программирование. В качестве платформы для создания единой образовательной среды была выбрана система управления курсами Moodle. Система кроссплатформенная и свободно-распространяемая, с открытым исходным кодом, а главное - она гибко поддерживает расширение. В качестве инструмента автоматической проверки решений была выбрана проверяющая система ejudge, функционал которой реализуется набором утилит и легко может быть использован из внешней системы Moodle. С использованием указанных инструментов была разработана единая информационная система с возможностью автоматической проверки решений для обучения основам программирования и спортивного программирования. Система используется в тестовом режиме при обучении первокурсников программированию на языке С++, а также в процессе подготовки команд к участию в четвертьфинальных и полуфинальных соревнований по программированию ACM.

В настоящее время для информационной системы разрабатываются модули для курсов «Объектно-ориентированное программирование» и «Формальные языки и трансляторы», использующие автоматическую проверку решений. На базе данных курсов разрабатывается шаблон спецкурса с нестандартным способом проверки решения, который позволит быстрее реализовать курсы по дополнительным дисциплинам, таким как «Параллельное программирование», «Информационные системы», «Базы данных». Кроме того, система способна поддерживать обучение не только информационным, но и математическим дисциплинам, таким как алгебра, геометрия, теория чисел, дискретная математика, численные методы, алгоритмы компьютерной графики, информатика. Для поддержки данных курсов задания для практических занятий должны быть сформулированы как задачи на разработку программ, реализующих алгоритмы из соответствующих курсов (вычисление определителей, решение систем линейных уравнений, операции над множествами, перевод чисел между различными системами счисления и т. д.).

Область применения информационной системы не ограничивается высшими учебными заведениями. Система может использоваться в школах при обуче-

Решетневскце чтения

нии программированию в рамках учебно-производственной практики или факультативных занятий. Рейтинг учащихся по набранным баллам вносит в учебный процесс соревновательный эффект и стимулирует учащихся занять более высокое место. А способ начисления баллов за решение мотивирует не только решать большее количество заданий для получения большего количества баллов, но и делать это качественно, поскольку за не пройденные тесты и за дополнительные попытки сдачи решения начисляются штрафные баллы.

Внедрение в учебный процесс школ и вузов информационной системы, наполненной теоретическим материалом по основным информационным предметам и задачами с возможностью автоматической проверки, позволит в короткие сроки комплексно повысить уровень образования по целому блоку математических и информационных дисциплин. А выпуск более квалифицированных специалистов повышает конкурентные преимущества экономики в области информационных технологий для города Красноярска, Красноярского края и всей Сибири.

A. V. Tsvettsikh, D. V. Tsvettsikh Siberian Federal University, Russia, Krasnoyarsk

INTEGRATED INFORMATION SYSTEM TO SUPPORT THE PROGRAMMING TRAINING

The advantages of union of various tools to the programming training into the single educational environment are contemplated.

© UBCTUHX A. B., UBeruux fl. B., 2012

УДК 004.9 (004.7)

Е. А. Шумская

Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (Национальный исследовательский университет), Россия, Самара

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ ПОДДЕРЖКИ УЧЕБНОГО КУРСА «НАДЕЖНОСТЬ, ЭРГОНОМИКА И КАЧЕСТВО АСОИУ»

Рассматриваются основные возможности автоматизированной системы, обеспечивающей электронную поддержку учебного курса «Надежность, эргономика и качество АСОИУ». Система предоставляет студентам возможность выполнить ряд лабораторных работ по теме «Резервирование систем» и посмотреть в динамике поведение моделируемых систем, проанализировать расчетные показатели.

Технические и программные системы используются практически во всех сферах производства. Проблема повышения их надежности приобретает в последние годы все большую актуальность, так как постоянно растет сложность таких систем, изменяются условия их эксплуатации, возрастает интенсивность режимов работы. Недооценка факторов, обеспечивающих надежную работу систем, может привести к авариям, связанным с большим ущербом и даже с человеческими жертвами, т. е. цена отказа повышается.

Эффективное решение задач обеспечения заданного уровня надежности систем стало возможным только с применением аппарата современной прикладной математики, который корректно описывает задачи надежности, учитывая все необходимые условия и допущения. Современные информационные технологии позволяют автоматизировать все расчеты и вычислить необходимые показатели с заданной точностью.

Автоматизированная система, разработка которой ведется на кафедре программных систем Самарского государственного аэрокосмического университета

(СГАУ), предназначена для расчета показателей безотказности технических систем, таких как вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработка на отказ и т. д. Данная система будет использоваться в учебном процессе при изучении дисциплины «Надежность, эргономика и качество АСОИУ», в частности, раздела «Резервирование систем» (направление 230100.68 «Информатика и вычислительная техника»). В системе предусмотрено несколько лабораторных практикумов, выполнение которых позволит студентам закрепить теоретический материал.

Основным методом, используемым при резервировании, является введение избыточности (структурной, временной, информационной). На практике чаще всего применяют структурную избыточность, в этом случае в систему добавляют дополнительные элементы, обеспечивающие высокую надежность в критических узлах.

В состав системы включен конструктор, который позволяет строить различные модели системы: добавлять, перемещать или удалять элементы внутри рас-