CC BY
15
© Булаев М.П., Назарова O.A., Шангина Е.Л., 2001 УДК 681.3:378.14
НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
М.П.Булаев, О.А.Назарова, ЕЛ.Шангина
Рязанский государственный медицинский университет имени академика И.П. Павлова
Рассматривается на примере различных дисциплин нескольких специальностей использование информационных образовательных технологий в учебном процессе. Приводятся отдельные наработки (обучающие программы, математические модели, программы оболочки тестовых систем, лабораторный практикум и т.д.) и обсуждаются полученные результаты.
Информационные технологии в любых дисциплинах государственного образовательного стандарта высшей школы включают в себя:
- компьютерные обучающие программы (электронные учебники, тренажеры, лабораторные практикумы, тестовые системы);
- электронные библиотеки, распределенные и централизованные издательские системы;
- распределенные базы данных по отраслям знаний;
- средства телекоммуникаций (электронная почта, телеконференции, локальные и глобальные сети);
- обучающие системы на базе мультимедиа технологий, построенные с использованием персональных компьютеров, видеотехники, накопителей на компакт-дисках, оптических дисках;
- интеллектуальные обучающие экспертные системы.
Трудно рассчитывать на то, что сегодня в постановке учебного процесса в высшей школе задействованы все названные составляющие. К тому есть причины достаточно очевидные. Не останавливаясь на них, посмотрим, как
реализуется Концепция информатизации образования на примере ряда дисциплин, обеспечиваемых кафедрой информационных технологий.
ПК в задачах фармации
В фармацевтической технологии имеется большое число задач, для которых данные зачастую отсутствуют в нормативных документах и справочных материалах. К числу таких можно отнести:
- определение объема абсолютного спирта при заданной температуре в известных объеме водно-спиртовой смеси и его крепости, отмеренной при другой температуре;
- вычисление крепости спирта в объемных процентах для известного процентного содержания спирта по массе;
- нахождение концентрации хлористо-водородной кислоты в процентах по массе, при известных показаниях ареометра и температуре жидкости в момент измерения;
- определение концентрации глицерина при известной плотности глицерина и температуре, в которых происходил замер, и расчет его потребности для
получения нужной массы глицерина заданной плотности;
- определение крепости спирта в объемных процентах и процентах по массе для спирта с известной плотностью и др.
Получение необходимых показателей с помощью “ручного” счета и даже калькулятора достаточно трудоемкая операция. Перечисленные задачи легко решаются с использованием методов интерполяции, как с постоянным, так и с переменными шагами, реализуемыми на ПК: методом Грегори-Ньютона, полиномом Лагранжа, схемой Ньютона, методом Эйткина.
При построении интерполирующих полиномов допускают, что исследуемая функция на отрезке наблюдений имеет в каждой точке конечные производные любого порядка. Для получения единственной функции на рассматриваемом отрезке на нее накладывается дополнительное ограничение, а именно, в качестве отыскиваемой функции используют один из названных полиномов степени на единицу меньшей, чем число заданных наблюдений.
Для решения названных задач использовали формулы при постоянном шаге А для интерполирования вперед
для интерполирования назад
т
где t=(x-xj/h, a Dy=yryf Dy=yn-уп ] соответственно нисходящая и восходящая конечные разности.
При переменном шаге пользовались полиномом Лагранжа
* 7 У*----------------”
*** ' ( V г I
.?-»и
В среде Turbo Basic 1.0 и Turbo Pascal 7.0 наработан пакет программ, позволяющих автоматизировать расчеты в приведенных задачах. Программы работают в интерактивном режиме,
точность вычислении может задаваться с учетом конкретных требований, но не выше Ю13. Названные программы использовались в дисциплинах специальности 040500, “Фармация”.
Моделирование экологических систем
Моделирование интересно тем, что, как правило, рассматривают множество моделей, обладающих характерными математическими свойствами и пригодными для изучения лишь конкретных вопросов, связанных со структурой и функционированием реальных систем. Рассмотрим одну из таких моделей.
Так при изучении закономерностей формирования кислорода в придонном слое внутреннего водоема можно воспользоваться математической моделью в виде однородного дифференциального уравнения [1]
|4)
в котором
■ садре«?** мдоюркм» * ¿фмдокном «ю*.
аг
К - (¿корост* кислород# в с;й>й;
к - гоаодниа е/юя;
Численное решение такого однородного дифференциального уравнения на ПК может быть осуществлено методом Кутта-Мерсона для равностоящих точек /1=1г0+И (¡=0,1,2...) при известных 1=сот1 и (¿(11я)=()0 по следующей фор-
муле
Qi "fis + +4irf
л,
в которой
¡1
Х'г »т/і ■ ÜLf 1:
з і J J
І J. і п 4 Ц» ]
JK. > - V \ SU ; < 4- f -—%
V ■■ -- ! £ :*}■ '■* і:
-■ V * ~ -• ,і
(5)
з і
Погрешность метода определяется формулой
.М 2 2 }
При необходимости получения решения с большой точностью шаг / можно менять автоматически.
Лабораторный практикум
Базовый курс информатики для студентов всех специальностей в числе вопросов входящих в образовательный стандарт по этой дисциплине обязательно включает знакомство с алгоритмизацией и одним из процедурно-ориентированных языков.
Исходя из часов, отведенных на эту дисциплину, кафедра подготовила и издала два практикума:
1. Информатика: основы алгоритмизации и программирования (объем 141 стр.).
2. Turbo Pascal 7.0 (объем 168 стр.).
Первый из них предназначен для студентов факультетов лечебного, медико-профилактического, фармацевтического и стоматологического. Второй используется на занятиях со студентами специальностей менеджмент, экология, юриспруденция, филология.
Оба практикума ставят своей задачей дать студенту основные сведения из информатики, научить проектированию простейших алгоритмов и программ. Вместе с этим они знакомят их с интерфейсом современных Windows-приложений.
Описание всех лабораторных работ в практикуме выполнено по единой
схеме и содержит постановку задачи (текстовую, графическую, аналитическую), краткие теоретические сведения по изучаемой теме, детальные примеры выполнения, вопросы для самоконтроля и варианты индивидуальных заданий.
При выполнении заданий каждому студенту за отчет сетевого графика организации занятий предоставляется интерактивный режим индивидуальных работ на ПК.
Наличие практикумов, современных ПК и хорошее программное сопровождение занятий во многом снимают трудности, которые могут иметь место в учебном процессе, когда лекции не всегда предшествуют практическим занятиям, во время отработки пропущенных занятий.
Электронные учебники и обучающие программы
При проведении занятий по девятнадцати дисциплинам обеспечиваемых кафедрой используется около двухсот контрольно-обучающих программ и более тридцати справочно-информационных.
Так в числе обучающих программ, предшествующих лабораторному практикуму, можно назвать большую группу клавиатурных тренажеров (ALENKA, BABYTYPE, LITTERS, MILTON, VIRT и др.).
Для специальности 013100 в дисциплинах ’’Системная экология” и “Математическое моделирование” за-
действованы демонстрационные обучающие комплексы по экологическим системам: OBLAKO, PRIZMA,
VOZDUX, ZERCALO, ZAGRATM, RASPR и др.
Дисциплины специальности “Менеджмент” (математика, математические модели, информационные технологии управления) обеспечены большим числом обучающих программ как стандартных (MATHCAD 8.0, MATLAB 5х, GUIDE LINE, TIME LINE, STATGRAP и др.), а так и наработанных кафедрой (N ELI NUR, OPTIM, INTERPOL, INTEGR, EXPERT, CHISMETD, CHISD1FF, LINEAGEBR, SYSDIFUR, MATMODEL, MARK 1, MARCET, SMO и др.).
Значительное место занимают электронные учебники по операционным системам DOSDEMO, TOUR 95 и TOUR 98, по программам оболочкам NORTDEMO, NORTON 1, UNSTRUCT, учебник MAGISTR по устройству ПК и др.
Компьютерное тестирование
Контроль знаний студентов с помощью ПК является неотъемлемой составной частью информационных образовательных технологий. Состав тестов определяется в первую очередь содержанием конкретной дисциплины и в большинстве случаев лежит в границах от 30 до 60 вопросов. Сами вопросы в тестах могут быть чаще всего сведены к двум схемам:
- вопросы с единственным выбором из заявленного списка ответов;
- вопросы с многозначным выбором из предлагаемого списка ответов.
Каждая из этих схем тестов может решать задачи: текущего контроля по конкретным темам и разделам, итогового контроля результатов изучения отдельно взятой дисциплины и контроля остаточных знаний по той или иной дисциплине. На кафедре использована первая из названных схем вопросов при оценке полученных студентами знаний.
Контроль “выживания” или остаточных знаний имеет особое значение, так как с этими знаниями специалист уходит из университета, они составляют его профессиональный “багаж”.
Написанная в Visual Basic 6.0 [2] программа оболочка позволяет работать с любой текстовой базой тестовых заданий, включая математические формулы (математические формулы находятся в файле ресурсов), при неограниченном числе контрольных вопросов.
Оценка знаний производится согласно рекомендациям УМО Г оскомВУЗа по следующей шкале: свыше 85% правильных ответов к общему числу вопросов оценка “Отлично”; свыше 75% - оценка “Хорошо”; свыше 50%>- “Удовлетворительно”; ниже 50% - “Неудовлетворительно”.
Вопросы и ответы хранятся в файлах DATAxy.TXT (Text Windows), где х -номер специальности в тесте, а у -номер дисциплины внутри специапьно-
сти. Файлы теста имеют следующую структуру: вопрос (75 символов, рус/ лат); ответ 1 (75 символов, рус/лат); ответ 2 (75 символов, рус/лат); ответ 3 (75 символов, рус/лат); ответ 4 (75 символов, рус/лат); вариант правильного ответа (1 символ лат.).
После тестирования студента генерируется файл отчета, содержащий следующие данные:
-данные тестируемого (Ф.И.О., специальность, № группы)
- время, затраченное на прохождение теста;
- критерий оценки знаний студента;
- количество правильных ответов (в %) и оценка.
Разработанная нами программа оболочка занимает около 11 Мб на носителе (с подключенными файлами -тестов) и примерно 4 Мб в памяти (со всеми подзагружаемыми модулями). Она может работать с ПК, начиная К5-100 процессора и 32 Мб оперативной памяти, под управлением \Утёо\У8 98/ 2000 с поддержкой мультимедиа и МБ 01гес1Х версии 7.0. Предусмотрена поддержка манипулятора “мышь”. Программа используется при тестировании студентов на “выживание” зна-
ний по двенадцати дисциплинам специальностей менеджмент, юриспруденция, экология, филология, лечебное дело, стоматология.
Выводы
1. Новые информационные образовательные технологии - мощный инструментарий в осуществлении Концепции опережающего образования.
2. При надлежащей подготовке базы тестовых систем в оценке знаний студентов практически исключен субъективный фактор.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вычислительная математика в примерах и программах: Учеб. пособие / Под ред. М.П.Булаева. - Рязань, РГМУ, 1998.-96 с.
2. Карпов Б.П. Visual Basic 6: специальный справочник. -СПб.: Питер, 2000. -416с.
NEW EDUCATIONAL TECHNOLOGIES IN THE INFORMATION SPHERE
M.P.Bulaev, O.A.Nazarova, E.L.Shangina
The use of the computer science technologies in the educational process concerning both different faculties, specialities and disciplines is reviewed. The actual samples (teaching programs, mathematical models, shelf programs of test systems, programs used at seminar work) are observed and obtained results are discussed.
