Модель создания лабораторной работы при использовании системы автоматизации проектирования виртуальных тренажеров Network Lab Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.41

М. А. ПРИЛЕПКО

Омский государственный технический университет

МОДЕЛЬ СОЗДАНИЯ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВИРТУАЛЬНЫХ ТРЕНАЖЕРОВ NETWORK LAB_

В статье представлена актуальность использования виртуальных тренажеров в связи с развитием информационных технологий в сфере образования, применения виртуальных лабораторных практикумов в дистанционном образовании с целью повышения его эффективности. Дано описание модели построения виртуальных лабораторных работ в системе автоматизации проектирования виртуальных тренажеров Network Lab, а также модели их выполнения в режиме тренажера.

Ключевые слова: виртуальный тренажер, система автоматизации проектирования, локальная вычислительная сеть, дистанционное образование, Network Lab, модель.

Интенсивное развитие аппаратных и программных средств компьютеризации и связанное с ним распространение информационных технологий в различных областях жизни позволяют все более широко применять компьютерные системы в образовательном процессе.

Подготовка высококвалифицированных кадров — одна из основных задач системы образования. Пути развития системы образования тесно связаны с тенденциями современного этапа общественного развития. Принципы открытости и непрерывности становятся основополагающими принципами развития образования. Процесс информатизации общества, внедрение новых информационных технологий во все сферы деятельности отражается на изменениях, происходящих в системе подготовки инженерных кадров [1].

Сфера образования существенно пересекается в информационном обществе с экономической сферой жизни общества, а образовательная деятельность становится важнейшим компонентом его экономического развития. Таким образом, на современном этапе развития системы образования появляется необходимость внедрения новых образовательных технологий, обеспечивающих повышение результативности образовательного процесса. Одной из таких технологий является дистанционное обучение как совокупность методов, при которых взаимодействие обучающегося и преподавателя осуществляется независимо от места их нахождения с использованием современных информационно-коммуникационных технологий, виртуальных тренажеров и лабораторных практикумов, видеоконференций и веби-наров [2].

Технологические виртуальные тренажеры предназначены для применения в первую очередь в учебных программах подготовки технических специалистов. Их целью является отработка базовых навыков работы с технологическим оборудованием.

В технических вузах получение студентами практических навыков в области информационно-комму-

никационных систем иногда затруднено тем, что студент не имеет возможности отрабатывать те или иные практические задания в связи с отсутствием оборудования для построения локальных вычислительных сетей. Решением данной проблемы является использование в учебном процессе виртуальных тренажеров. Однако систем для создания таких тренажеров в области сетевых технологий в настоящее время мало, многие из них специализируются на изучении сетевого оборудования определенной компании или являются дорогостоящими. Поэтому разработка систем автоматизации проектирования виртуальных тренажеров по изучению общих принципов создания сетей и работы сетевого оборудования является актуальной задачей и имеет практическую значимость для внедрения современных технологий при дистанционной подготовке специалистов.

Курс обучения сетевым технологиям включает в себя такие разделы, как построение локальных вычислительных сетей с использованием коммутаторов, построение беспроводных сетей, использование принт-сервера в локальной сети, построение локальных сетей с использованием маршрутизатора.

Разработанная система автоматизации проектирования виртуальных тренажеров Network Lab предназначена для создания и проведения виртуальных лабораторных работ по проектированию и проверке настроек реальных локальных вычислительных сетей, организации подсетей в выделенном адресном пространстве для группы направлений подготовки специалистов в области информационных технологий [3].

Использование системы автоматизации проектирования виртуальных тренажеров Network Lab позволяет заменить работу с реальным сетевым оборудованием аналогичными компонентами программы. Виртуальный тренажер также может использоваться в учебном процессе при дистанционном обучении, во внеучебное время для повышения уровня профессиональных знаний и в подготовке к практическим занятиям в учебном заведении.

Рис. 1. Схема алгоритма формирования лабораторной работы

Рис. 2. Графические компоненты Network Lab

Виртуальная лабораторная работа представляет собой определенную последовательность действий, которую обучаемый должен осуществить при помощи настройки компонентов и организации связей между ними. Детерминированность последовательности действий зависит от ограничений вводимых преподавателем при создании проекта виртуальной лабораторной работы, но в итоге все варианты можно свести к совокупности отдельных алгоритмов работы, представленных на рис. 1.

Виртуальная лабораторная работа создается преподавателем и может содержать различное количество шагов, которые он указывает в прикрепляемом задании к конкретной виртуальной лабораторной работе. Для получения положительной оценки по результатам выполнения лабораторной работы студенту необходимо пройти все шаги от начала и до конца. Шаг в рамках лабораторной работы определён как некоторая последовательность действий, которую пользователь должен выполнить, чтобы можно было приступить к следующему шагу. Шаг представляет собой выбор, соединение компонентов заданной топологии и настройка их таким образом, чтобы определенные узлы были доступны друг для друга. Для выполнения действий студент может выбирать различные компоненты (если требуется по заданию), а также задавать связи — список компонентов и связей постоянен в течение всей лабораторной работы. Каждый компонент и тип связи имеет своё графическое представление (рис. 2). После выбора компонентов и соединения их связями можно проводить их настройку и проверять доступность узлов с помощью командной строки [4].

Модель построения виртуальной лабораторной работы можно представить в виде итерационного процесса, изображенного на рис. 3. На этом этапе преподаватель может предоставлять как готовую топологию сети, так и прописывать возможность добавления новых компонентов. Это касается связей и предварительных настроек компонентов, которые могут отсутствовать или быть неверными (рис. 4).

После создания набора компонентов преподаватель прикрепляет к виртуальной лабораторной работе текст задания, в котором может содержаться краткая теория в виде текста или изображения для

Рис. 3. Схема построения виртуальной лабораторной работы

Рис. 4. Окно программы Network Lab с созданной топологией сети для выполнения лабораторной работы

результат Ó

Рис. 5. Диаграмма процесса создания виртуальной лабораторной работы при помощи редактора Network Lab

более наглядного ознакомления студента с целью работы.

Результатом работы системы автоматизации проектирования виртуальных тренажеров является формирование файла скомпилированной лабораторной работы, которая включает в себя:

1) текстовое описание теоретического материала, этапы лабораторной работы;

2) графические файлы, прикрепляемые к тексту;

3) набор компонентов сети;

4) набор связей между компонентами.

Система автоматизации проектирования Network

Lab состоит из двух подсистем: редактора виртуальных тренажеров и тренажера, общий процесс взаимодействия которых включает в себя несколько шагов, представленных на рис. 5.

При создании лабораторной работы в редакторе указывается ее структура, подготавливаются все необходимые ресурсы, а уже после этого данные записываются в файл, который в дальнейшем воспроизводится тренажером.

Отделение редактора от тренажера позволяет использовать одну и ту же среду исполнения, как во время разработки новых лабораторных работ, так и во время их эксплуатации в учебном процессе.

Итеративность процесса позволяет видеть результат поэтапно, а не только после наполнения тренажера всеми данными лабораторной работы, что сокращает время на доводку всех исходных сведений.

Модель обучения с использованием созданного виртуального тренажера можно представить в виде процесса, показанного на рис. 6 [5].

Порядок выполнения виртуальной лабораторной работы включает в себя следующие этапы:

1) запуск виртуальной лабораторной работы;

2) выбор компонента сети;

3) создание связей между компонентами;

4) проверка доступности узлов сети;

5) переход к очередному шагу виртуальной лабораторной работы (в случае успешного прохождения текущего шага виртуальной лабораторной работы);

6) выбор нового компонента из списка и повторение этапа 3.

При правильной настройке компонентов сети связи между ними будут окрашиваться в зеленый цвет, при неверной — в красный, без проверки — остаются серыми (рис. 7).

Во время выполнения лабораторной работы ведется запись журнала истории всех действий пользователя, а также время выполнения данной работы.

/ \

I Начало

г

Выбор компонента

Нет

Создание связей между компонентами

Переход к очередному шагу виртуальной лабораторной работы

^^ Завершение^^

Рис. 6. Модель выполнения виртуальной лабораторной работы

Рис. 7. Окно программы Network Lab в режиме тренажера

Запись действий пользователя предназначена для более детального изучения полученных навыков при оценивании преподавателем результатов выполнения виртуальной лабораторной работы.

Таким образом, использование системы автоматизации проектирования виртуальных тренажеров Network Lab позволит повысить качество подготовки специалистов в области информационных тех-

нологий, сформировать многовариантный лабораторный комплекс, во много раз уменьшить количество времени, необходимого на создание лабораторных работ, а также предоставит возможность использования полного функционала программы при дистанционном обучении.

Востребованность методов разработки и применения виртуальных лабораторных работ и трена-

жеров в инженерном образовании продиктованы их актуальностью, связанной с реформированием всей системы образования и радикальными изменениями двух важнейших составляющих этого процесса: технологии обучения и формы представления обучающей информации на современном этапе.

Компьютерные имитационные тренажеры, основанные на системе виртуальной реальности, могут не только дополнять традиционный лабораторный практикум, но и заменять его. Кроме формирования профессиональных навыков и умений, компьютерные имитационные тренажеры позволяют развивать профессиональную интуицию. Все это позволяет значительно повысить качество подготовки специалистов.

Библиографический список

римов, К. Т. Уматалиева // Молодой ученый. — 2012. — № 11. - С. 487-489.

3. Батенькина, О. В. Инновационные методы использования информационных технологий в образовательном процессе технического вуза / О. В. Батенькина, С. П. Шамец // Инновации в условиях развития информационно-коммуникационных технологий : материалы науч.-практ. конф. - Сочи, 2009. -С. 267-269.

4. Матлин, А. О. Автоматизированная система создания интерактивных средств обучения в образовательном процессе / А. О. Матлин, С. А. Фоменков // Открытое образование. — 2012. - № 2. - С. 18-21.

5. Матлин, А. О. Модель виртуальной лабораторной работы в автоматизированной системе создания интерактивных средств обучения / А. О. Матлин, С. А. Фоменков // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2012. -№ 9. - С. 56-59.

1. Батенькина, О. В. Использование виртуальных тренажеров в учебных программах дополнительного профессионального образования / О. В. Батенькина, С. П. Шамец // Дополнительное профессиональное образование: от спроса до признания : тез. докл. 6-й конф. / Межгосударственная ассоциация последипломного образования. - М., 2009. - С. 12-13.

2. Каримов, К. А. Преимущества дистанционного образования в системе повышения квалификации педагогов / К. А. Ка-

ПРИЛЕПКО Максим Анатольевич, ассистент кафедры «Дизайн и технологии медиаиндустрии». Адрес для переписки: Zeitgeist_89@mail.ru

Статья поступила в редакцию 14.03.2014 г. © М. А. Прилепко

Книжная полка

Гуменюк, А. С. Элементы информатики и теории информации : учеб. электрон. изд. локального распространения : конспект лекций / А. С. Гуменюк ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. -1 о=эл. опт. диск (CD-ROM).

В электронном издании с единых позиций теории информации, разработанной М. Мазуром, дается формальное определение следующих фундаментальных понятий информатики: сообщение, код, кодирование, информация, информирование. Рассматриваются и анализируются преобразования сообщений и информации, имеющие место в любом процессе управления, в том числе с использованием вычислительных устройств и машин, а также осуществляющиеся в самих вычислительных системах. Кроме того, рассмотрены вопросы измерения количества информации, а также некоторые числовые характеристики строя информационной цепи, разработанные автором. Конспект лекций предназначен для студентов дистанционной, заочной и очной форм обучения по направлениям: 230100, 230101 и других смежных специальностей, изучающих дисциплину «Информатика».

Елькин, Б. И. Основы конструкторского проектирования ЭВМ : учеб. электрон. изд. локального распространения : конспект лекций / Б. И. Елькин ; ОмГТУ. - Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. -1 о=эл. опт. диск (CD-ROM).

Изложены вопросы коммутационно-монтажного проектирования ЭВМ (КМП ЭВМ), включая основные задачи КМП ЭВМ, разработку электрических линий связи и обеспечение электропроводности в конструкции ЭВМ. Рассмотрены разновидности конструктивно-технологического выполнения, выбор материала основания и технологии изготовления печатных плат, включая типовые технологические процессы производства. Приведены материалы по конструированию печатных плат ручным методом с соответствующими рекомендациями и автоматизированному решению схемно-топологических задач КМП ЭВМ (схемная компоновка, размещение и трассировка). Даны содержательные алгоритмы. Конспект лекций предназначен для дистанционного обучения студентов специальности 230101 и направления 230000.

Майстренко, В. А. Ресурсы операционной системы WINDOWS NT для защиты информации : учебное электрон. изд. локального распространения : учеб. пособие / В. А. Майстренко, П. В. Прохоров, В. Г. Шахов ; ОмГТУ. -Омск : Изд-во ОмГТУ, 2014. - 1 о=эл. опт. диск (CD-ROM).

Отражены особенности операционной системы Windows NT с позиций информационной безопасности. Исследованы возможные механизмы и политики безопасности, даны рекомендации по корректной настройке компьютеров и сетей, позволяющие пользователям самостоятельно проводить настройки безопасности. Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям 090102, 090104, 090105, 090106 дневной и заочной форм обучения, может быть использовано студентами других специальностей, а также для самоподготовки пользователей ОС Windows NT.