МЕТОДОЛОГИЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ВИЗУАЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ НА БАЗЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МАШИНОСТРОЕНИЯ Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 378.016

МЕТОДОЛОГИЯ ПРЕПОДАВАНИЯ ВИЗУАЛЬНОГО ПРОГРАММИРОВАНИЯ В ТЕХНИЧЕСКОМ ВУЗЕ НА БАЗЕ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ МАШИНОСТРОЕНИЯ Тюльпинова Нина Владимировна, к.т.н., доцент (e-mail: ninatulpinova@mail.ru) Бойцов Артём Алексеевич, студент (e-mail: artyom.bojczov.2002@mail.ru)

Брянский государственный технический университет, г.Брянск, Россия

Предложена методология преподавания визуального программирования в прикладном инженерном контексте. Представлена серия задач машиностроительной направленности, на базе которой должен быть организован учебный процесс. Порядок предъявления задач обеспечивает последовательное и практико-ориентированное изучение обучающимися компонентов пользовательского интерфейса одновременно с формированием у них навыков событийного программирования.

Ключевые слова: визуальное программирование, событийное программирование, пользовательский интерфейс, инженерные приложения.

Введение

Среда визуального программирования даёт возможность обучающимся не только создавать программный код, но и наглядно (визуально) показывать системе, как должен выглядеть пользовательский экран. Технология визуального программирования позволяет проектировать интерфейс будущей программы из специальных компонентов, реализующих нужные свойства. Количество таких компонентов в интегрированных средах программирования достаточно велико, поэтому требуется их последовательное и системное изучение в курсе программирования. Кроме того, в процессе визуального программирования обучающиеся должны научиться событийному программированию - достаточно сложному в освоении, поскольку событийные программы не имеют алгоритма в традиционном смысле (к которому обучающиеся привыкают при изучении базовых алгоритмических структур) из-за того, что связь между отдельными частями программы не задана жестко, а зависит от последовательности наступления тех или иных событий. Другими словами, обучающиеся должны научиться определять множество событий для программируемой задачи и писать соответствующие обработчики событий. При этом учебный процесс должен базироваться на разработке не абстрактных (порой не имеющих никакого отношения к инженерной деятельности), а промышленных приложений. В этой связи целью настоящей работы является разработка серии задач прикладного характера, направленных на разработку машиностроительных приложений, позволяющих обучающимся последовательно осво-

ить программирование базовых элементов пользовательского интерфейса и научиться событийному программированию.

Методика исследований

Исследовательскую базу настоящей работы составляет изучение и анализ современных учебников и учебных пособий по визуальному и событийному программированию; экспериментальное преподавание; наблюдение за ходом учебного процесса и деятельностью студентов.

Обзор литературы по исследуемой тематике [1-5] показывает, что содержание подавляющего большинства учебников практически не включает описание разработки приложений для решения задач машиностроения. Как правило, в этих учебниках приводится описание разработки простейших интерфейсов для элементарных программистских задач без привязки к реальной инженерной практике.

Результаты и их обсуждение

Ниже приведена серия из 4 задач машиностроительной направленности для разработки приложений в среде визуального программирования IDE Lazarus, языком программирования которой является язык Паскаль. На базе настоящей серии реализуется последовательное изучение обучающимися визуального событийного программирования компонентов пользовательского интерфейса во взаимосвязи с тематикой вопросов профессиональной инженерной деятельности.

Задача №1 (рис. 1) с точки зрения программирования представляет собой программирование формулы с преобразованием строки в число и числа в строку при вводе и выводе соответственно, а с точки зрения пользовательского интерфейса включает следующие элементы IDE Lazarus: 7 компонентов Label, 7 компонентов Edit, 1 компонент StaticText, 3 компонента Button, 2 компонента GroupBox. При разработке данного приложения обучающиеся должны предусмотреть: 1) контроль заполнения всех полей (недопустимость незаполненных полей при расчете); 2) контроль диапазонов вводимых чисел (указаны в формулировке задачи); 3) контроль вводимых символов (запрет ввода любых символов, кроме цифр и единственной десятичной точки).

Задача №2 (рис. 2) предполагает предварительную подготовку моделей деталей с различными текстурами материалов в CAD-системе с последующим экспортом в формат рисунков - всего 25 рисунков (для каждой детали по 5 различных текстур). С точки зрения программирования данная задача предполагает согласованную обработку двух списков: списка файлов рисунков и списка текстур материалов, а с точки зрения пользовательского интерфейса к ранее изученным компонентам IDE Lazarus добавляются следующие: 1 компонент Image, 2 компонента ListBox, 1 компонент ComboBox, 5 компонентов RadioButton.

ЗАДАЧА №1

В интегрированной среде программирования IDE Lazarus необходимо

разработать приложение для расчёта шероховатости поверхности Ra

при точении сред неуглерод истой стали резцом TI5K6.

(0.31 £0.5^0.4^0.4 м км,

где/ - глубина резания, мм; г G [0.5;1.5 J

5 - подача, мм/об; S ё [0.08:0.18]

<р — главный угол в плане, град.; <Р е [45.0;75.0]

щ - вспомогательный угол в плане, град,; Vi е [25,0;35.0]

V — скорость резания, м/мин; V € [60.0; 140.0]

г - радиус при вершине резца, мм; г е [0.5;2.0]

НВ — твёрдость по Бринеллю. HB G [140.0;210.0]

Шероховатость поверхности Ra

Режимы резания Глубина резания ^ мм

Подача Э. мм/об Скорость резания V. м/мин

1.2

0.12

80

Твердость по Бринеллю. HB 180

Геометрические параметры резца Главный угол в план fi. град Вспомогательный угол в плане fil, град Радиус при вершине резца г. мм

РАСЧЕТ

ОЧИСТКА

60

30

0.8

ВЫХОД

ОТВЕТ: ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ Ra=3,622520

Рис. J .Интерфейс пользователя и фор мул иро в ка_задачи №1

ЗАДАЧА №2

В интегрированной среде программирования IDE Lazarus необходимо разработать приложение «Каталог деталей редуктора», включающее 5 деталей. Предусмотреть возможность отображения каждой детали с 5 различными текстурами материалов. Организовать выбор материала деталей из списка.

Детали

- Корпус редуктора

Колесо зубчатое ведомое

Корпус подшипника

Фланец вала ведомого

Корпус вала-шестерни

Материал 2 ■ Стала лт

Материал 1 - Стали

ТСФРИРОМНН

материал 3 - стал* полкрраанча» Материал 4 ■ Сталь ржавая Материал - Стал, рифленая

Детали Корпус редуктора

• Колесо зубчатое ведомое

Корпус подшипника

Фланец вала ведомого

Корпус вала-шестерни

Задача №3 (рис. 3) с точки зрения программирования представляет собой чтение из файла одномерного массива и формирование на его основе трех одномерных массивов (согласно формулировке задачи) с последующим выводом их на экран в виде одномерных таблиц и пузырьковой диаграммы, а с точки зрения пользовательского интерфейса к ранее изученным компонентам IDE Lazarus добавляются следующие: 4 компонента StringGrid, 1 компонент Chart c отображением ChartBubbleSeries и ChartLineSeries.

СЧИТАТЬ ИЗ ФАЙЛА

Верхнее отклонение О ООО

Результаты измерений Номинал 60.000

№ Диаметр

1 60,041

2 59,832

3 59,994

4 60,053

5 60,004

6 60,008

7 59,911

8 59,884

9 59.976

10 60.021

11 60,007

12 59,921

13 59,978

■

РАССОРТИРОВАТЬ ДЕТАЛИ

СБРОС

Нижнее отклонение -0.090 ГОДНЫЕ ДЕТАЛИ

ВЫХОД

ИСПРАВИМЫЙ БРАК

НЕИСПРАВИМЫЙ БРАК

№ Диаметр

3 59,994

7 59,911

9 59,976

12 59,921

13 59,978

14 59,977

15 59.919

16 59.927

17 59.930

18 59,939

ИТОГО: 21 шт.

10

23

25

29

33

Диаметр

60.041

60.053

60,004

60.008

60,021

60,007

60.013 60,049

60,028

60,063

26

31

32

37

38

39

Диаметр

59,832

59,884

59,885

59,878

59,893

59.909

59.882

59,908

ИТОГО: 11 шт.

ИТОГО: 8 шт.

-IQI-

.1......!.......i»Ui

10!

Т

I i I I i I !

Q.:~ I _J_

1—*т

-j.......I

.QSl.iQ

о

о

op

о a

oo°o

о

oo

d

О

о

О

rrti

I n ГОДНЫЕ ДЕТАЛИ | | ИСПРАВИМЫЙ БРАК

I НЕИСПРАВИМЫМ БРАК

ЗАДАЧА №3

В интегрированной среде программирования IDE Lazarus необходимо разработать приложение, которое на основе результатов измерения партии деталей рассортирует эти детали на три группы: I) годные детали; 2) исправимый брак; 3) неисправимый брак. Приложение должно выводить результат в табличной и графической форме.

контролируемый диаметр вала ФбО.цт

Результаты измерений партии деталей

Dil 60 041 Hill eo 007 »21 59 938 »31 59 678

»2 59 в 32 »12 59 921 №22 59 943 №32 59 093

№3 59 994 »13 59 91S №23 60 013 №33 60 063

»4 60 053 »14 59 977 №2 4 59 964 №34 59 988

»5 60 004 »15 59 919 »2 5 60 049 №35 59 955

H<G 60 OOS »16 59 927 »2 6 59 665 »36 59 917

»7 59 911 »17 59 930 »>27 59 959 №37 59 909

»'S 59 894 »IS 59 939 59 974 №3в 59 632

59 976 »19 59 934 №29 60 028 №39 59 908

»10 60 021 »20 59 966 №30 59 983 »40 60 005

Задача №4 (рис. 4) точки зрения программирования представляет собой реализацию алгоритмов статистической обработки информации с выводом результата в виде двумерной таблицы и гистограммы, а с точки зрения пользовательского интерфейса к ранее изученным компонентам IDE Lazarus добавляется 1 компонент Chart c отображением ChartBarSeries.

ЗАДАЧА №4

В интегрированной среде программирования IDE Lazarus необходимо разработать приложение, которое на основе результатов измерения партии деталей построит гистограмму и полигон частот размеров. Приложение должно выводить результат в табличной и графической форме.

Результаты измерений партии деталей

mi 53.46505855206731 №21 59 , 153406749496014

№2 59 66255412989851 N>22 59 62590108903393

¡из 5S 72964876057047 №23 59 403890864791734

м 59 827216003554035 №24 59 57151376221972

№5 59 70269063025332 №25 58 67434873075348

59 02933819967612 №26 59 97539543072102

№7 60.09441363820005 №27 59,74127794049256

№3 59 26909623489603 №28 59 7674734929892

59.90815502922174 №2 9 59,801207318393

№10 59 77195782506034 №30 59 30159462357207

№11 59 78307707892663 №31 60 20799848749671

59.5336312884 98576 №32 59 .47835692494852

№13 58 82858607021232 №33 59 562320555952475

№14 59.597173871015976 №34 59,87840775932813

№15 59 28078873464172 №35 59 634878034155435

№16 59 07122709323783 №36 59 333672296344744

»17 60 3325025859273 №37 60 314395175475354

№18 59 08716614229721 №38 59 96815361382143

№19 59 845298690426 №39 59 36777729564925

№20 59 211580529796805 №4 0 59 728161135342916

Заключение

Практическое внедрение представленной серии задач в учебный процесс технического вуза позволяет обучающимся овладеть комплексом знаний, умений и навыков в области визуального программирования в прикладном инженерном контексте.

Список литературы

1. Алексеев, Е.Р. Free Pascal и Lazarus: учебник по программированию / Е.Р. Алексеев, О.В. Чеснокова, Т.В. Кучер. - Саратов: Профобразование, 2019. - 438 с.

2. Ачкасов, В.Ю. Программирование на Lazarus: учебное пособие / В.Ю. Ачкасов. -Москва: Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ), Ай Пи Ар Медиа, 2021. - 518 с.

3. Гуриков, С.Р. Программирование в среде Lazarus: учебное пособие / С.Р. Гуриков. - Москва: Форум, 2023. - 336 с.

4. Маслобоев, А.Н. Языки и методы программирования. Основы программирования в среде Lazarus: учебное пособие / А.Н. Маслобоев. - Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный университет промышленных технологий и дизайна, 2020. - 89 с.

5. Сорокин, А.А. Объектно-ориентированное программирование. LAZARUS (Free Pascal): лабораторный практикум / А.А. Сорокин. - Ставрополь: Северо-Кавказский федеральный университет, 2014. - 216 с.

Tyulpinova Nina Vladimirovna, Cand.Tech.Sci., associate professor

Bryansk State Technical University, Bryansk, Russia

(e-mail: ninatulpinova@mail.ru)

Boytsov Artem Alekseevich, student

(e-mail: artyom.bojczov.2002@mail.ru)

Bryansk State Technical University, Bryansk, Russia

THE METHODOLOGY OF TEACHING VISUAL PROGRAMMING IN A TECHNICAL UNIVERSITY ON THE BASIS OF SOLVING PROBLEMS OF MECHANICAL ENGINEERING

Abstract. The methodology for teaching visual programming in an applied engineering context is proposed. A series of machine-building tasks is presented, on the basis of which the educational process should be organized. The order of presentation of tasks provides a consistent and practice-oriented study of the components of the user interface by students simultaneously with the formation of their event programming skills.

Keywords: visual programming, event programming, user interface, engineering applications.