CC BY
95
УДК 004.422.8 UDC004.422.8
ПРОГРАММНО-ОБУЧАЮЩИЙ КОМПЛЕКС PROGRAM TRAINING COMPLEX FOR “AR-
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «АРХИТЕКТУРА ЭВМ» CHITECTURE OF COMPUTER” SUBJECT
Кныжов Эдуард Павлович Knijov Aduard Pavlovich
Нестеров Г еннадий Дмитриевич Nesterov Gennadiy Dmitrievich
к.т.н. профессор Cand.Tech.Sci., professor
Академия маркетинга и социально- The academy of Marketing and Social-Information
информационных технологий (ИМСИТ), Красно- Technologies (IMSIT), Krasnodar, Russia
дар, Россия
В статье дана концепция построения программно- The article tells about the conception of creating pro-
обучающего комплекса и приведены некоторые gram training complex and the results of its working
результаты ее реализации
Ключевые слова: СТРУКТУРА, МЕТОДЫ ОБУ- Keywords: STRUCTURE, METHODS OF TRAIN-
ЧЕНИЯ, ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ, ТЕСТ, ING, PRACTICAL LESSONS, TEST, COMPUTER
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СРЕДСТВА ОБУЧЕНИЯ MEANS OF TEACHING
В 2007 году в г. Кронберг (Германия) по приглашению ЮНЕСКО состоялось заседание группы экспертов, которая приняла, так называемую, Кронбергскую декларацию о будущем процессов приобретения и передачи знаний на ближайшие двадцать пять лет.
В ней, в частности, отмечено:
знание - это ключ к социальному и экономическому развитию; процесс создания, приобретения и передачи знаний подвергся существенным изменениям вследствие быстрого развития новых информационных и коммуникационных технологий (ИКТ) и обусловленных ими социальных трансформаций;
традиционные образовательные процессы подвергнутся революционным изменениям и возникнут новые общества знаний;
институты, относящиеся к области приобретения и передачи знаний, должны будут уделять больше внимания развитию социальных и эмоциональных способностей и навыков, и придти к более широкой концепции обучения, основанной на моральных и этических ценностях;
значимость приобретения фактографических знаний будет снижаться, тогда как способность разбираться в сложных системах; находить, оценивать, организовывать и творчески использовать соответствующую потребностям информацию, также как и способность обучаться, станет критически важной;
значение учителей в качестве инструкторов будет уменьшаться, тогда как их значение в качестве методистов, консультантов, советчиков и наставников учащихся, также, как исполнение ими роли образца для подражания, функций по оценке и интерпретации при передаче, создании и получении знаний, будет возрастать.
Кронбергская декларация подтверждает тот факт, что прежние подходы к процессу передачи знаний неприемлемы из-за их низкой эффективности.
Актуальной становится задача создания новых методов и технологий обучения. Необходимы интенсификация процесса обучения, внедрение информационные технологий, применение активных методов обучения. Посредством реализации активных методов, использования вычислительной техники формируется положительная мотивационная структура учебно-познавательной деятельности.
Одним из новых методов обучения является применение программно-обучающих комплексов, представляющих собой виртуальные системы со следующими преимуществами:
возможностью компактного хранения значительного объема информации;
легкой актуализацией (дополнения, изменения);
быстротой индивидуальной настройки (на определенного обучающегося);
широким поиском необходимой информации; возможностью выполнения интерактивных упражнений и тестов; наглядностью, а именно: построением визуальных моделей, представлением графической и аудио информации;
структурированностью (гипертекстовая организация информации). Цель данной работы заключается в создании электронного пособия по дисциплине «Архитектура ЭВМ и вычислительных систем», способствующего формированию компетенций, обозначенных в ФГОС третьего поколения. для обучения бакалавров.
Следует отметить, что попытки решения данной задачи предпринимались в Анапском индустриальном техникуме усилиями инженеров, техников и студентов в течение нескольких лет. Были разработаны сценарии работы основных устройств и блоков ЭВМ с последующей реализацией в программе Macromedia Flash с применением интерактивной анимации. Дальнейшее развитие привело к созданию программно-обучающего комплекса по начальному освоению систем на базе процессоров INTEL х86 .
В процессе реализации поставленной цели были решены следующие задачи:
изучены требования к электронным учебным пособиям и их особенности;
выполнен анализ предметной области, на основании которого сформирован дидактический материал;
разработана структура программно-обучающего комплекса; определены принцип управления учебником, его внешний вид; Структурная схема программно-обучающего комплекса (ПОК) дана на рисунке 1
Теория.Лекции
Главное меню Теория. Лекции Справка Тест
Рисунок 1 - Структурная схема программно-обучающего комплекса
ПОК предназначен для аудиторных занятий и самостоятельной работы студентов и включает:
лекционный материал; практические занятия; главное меню; тестовые задания;
блок вычисления оценки тестирования;
БО8БОХ;
справочную систему.
Диаграмма вариантов использования программно-обучающего комплекса дана на рисунке 2.
Рисунок 2 - Диаграмма вариантов использования программнообучающего комплекса
В целом программно-обучающий комплекс содержит: краткие конспекты сорока лекций;
практические задания с комментариями в количестве шестнадцати программных модулей;
дополнительную справочную литературу; задания и тесты по каждому программному модулю; эмулятор среды ДОС - БО8БОХ; глоссарий;
справку по управлению электронным учебным пособием.
На рисунке 3 приведена диаграмма классов ПОК.
Рисунок 3 - Диаграмма классов
Программа представляет Веб-интерфейс для доступа к содержимому ПОК и работает в сетевом варианте за исключением практических работ.
Для выполнения практических работ на каждом локальном компьютере установлен эмулятор среды ДОС - БОББОХ .
Программно-обучающий комплекс удовлетворяет требованиям обеспечения:
быстрого доступа к лекционным и справочным материалам; возможности выбора любой практической работы; запуска эмулятора БОББОХ, отладчика ТБ или ЛББРКО; возможности оперативной замены или добавления модуля в программно-обучающий комплекс.
ПОК строится по модульному принципу с использованием HTML, JavaScript и Macromedia Flash, что позволяет модернизировать, заменять и добавлять новые модули достаточно просто.
Практические работы написаны на языке ассемблера с использованием макросредств, все практические работы закомментированы.
Оболочка программно-обучающего комплекса написана на языке разметки HTML с использованием JavaScript.
Программа обеспечивает одновременную работу пользователей посредством Web - интерфейса.
В ПОК использована интерактивная анимация, позволяющая симулировать работу реальных устройств, узлов и блоков ЭВМ.
Можно выделить три основных режима работы с программнообучающим комплексом:
обучение без проверки;
обучение с проверкой, при котором в конце каждой лекции, практической работы студенту предлагается ответить на несколько вопросов, позволяющих определить степень усвоения материала;
тестовый контроль (в виде практического задания), предназначенный для итогового контроля знаний с выставлением оценки.
В состав технических средств пользователя должен входить IBM совместимый персональный компьютер (ПЭВМ), включающий в себя:
1) процессор не ниже 1GHz;
2) оперативная память, объёмом не менее 256 Мегабайт;
3) HDD 80 Гигабайт или выше;
4) операционную систему Windows 2000/XP, Linux ядро версии 2.б;
5) желательно Web -браузер OPERA 9.0 или выше.
Известно, что при звуковом представлении материала человек запоминает около четверти всего объема информации, а при визуальном - приблизительно треть ее. При комбинировании воздействия (зрительное и слуховое) запоминание повышается до половины. Если в процессе изучения человека вовлекали в активные действия, усвояемость материала достигает семидесяти пяти процентов.
Поэтому в программно-обучающем комплексе использована интерактивная анимация, позволяющая симулировать работу реальных устройств, узлов и блоков ЭВМ.
Весь проект программно-обучающего комплекса представляет собой набор тематических модулей по курсу «Архитектура ЭВМ». Под курсом понимается набор иерархически связанных Web-страниц (тематических разделов).
Учебный материал можно представлять двумя способами: стандартным (как в обычной книге) и «каскадным» (с несколькими уровнями подробности изложения).
Стандартный способ заимствует структуру обычного учебника. Каждый раздел представляет собой отдельный фрагмент курса, посвященный какой-либо теме. Тематические разделы объединяют в параграфы, параграфы в главы, а главы, в свою очередь, в части. Таким образом, электронный курс представляет собой копию учебника, обогащенную иллюстрациями, гиперссылками и элементами мультимедиа.
Достоинством этого способа является быстрота перевода печатных монографий и учебных пособий в электронную форму. Недостаток же состоит в том, что для большинства людей читать текст с экрана компьютера менее комфортно и привычно чем с листа. Поэтому скорость усвоения материала при работе с электронной копией книги всегда ниже, чем при ра-
боте с самой книгой. По стандартному способу лучше строить не основной учебник, а дополнительную и справочную литературу.
Каскадный способ представления материала гораздо полнее, нежели стандартный использует возможности компьютера. Курс разбивают на несколько уровней подробности изложения материала (детализации). На каждом уровне рассматривают одну и та же тему, но чем глубже уровень, тем более подробно ее раскрывают.
Например, на верхнем уровне представлена краткая аннотация раздела, в которой в виде тезисов освещена тема раздела. На следующем уровне раскрывается каждый из тезисов, еще ниже излагаются подробности, опущенные выше, и так далее. Таким образом, обучаемый сам выбирает свой «путь» внутри учебника, уделяя больше внимания новым для себя темам, опускаясь по уровням все глубже, или повторяет пройденный материал, просматривая верхние уровни и не углубляясь в детали. Достоинством этого способа является гибкость, с которой обучаемый может работать с учебным материалом. Он сам регулирует глубину «погружения» в предмет, при необходимости пропуская ненужные частности. Поскольку время при таком способе расходуется максимально эффективно, скорость обучения, как правило, выше, чем при работе с обычным учебником. Недостаток же состоит в том, что подготовка курса отнимает у автора больше времени, поскольку подразумевает дополнительную переработку учебного материала.
В программно-обучающем комплексе (рисунок 4), применен каскадный способ представления материала, позволяющий эффективно использовать время изучения курса студентами, хотя подготовка модулей трудоёмка.
• Программно обучающий комплекс "Архитектура ЭВМ" - Opera
File Edit View Bookmarks Widgets Tools Help
BE®
Программно обучающи
file: //localhost/c:/! 1 www/arch_spo/menu. htm
Программно обучающий комплекс
ПРАКТИКА
Глоссарий
Введите первые несколько букв
доступ;обращения
— a, -----------------
—■ ’ ~ 8 f ■
- : & : ' ” '-ЗДі' Г
и -- щ і______________________.
5 6ішайї-і ...................
(= ! Щ I "
о
иИГ5“
'L' . :!/N Mi . '; 'СІ і $ У.
- I PWl F №rff|
Рисунок 4- Вид главного меню Программно-обучающего комплекса Графический интерфейс главного окна программно-обучающего комплекса содержит ряд вкладок: лекции, практические занятия, справка, тест, глоссарий. Они соответствуют структуре дидактического материала. Все вкладки имеют аналогичную структуру. В правой части окна отображается содержимое выбранного раздела.
Вкладка “Тесты” содержит форму для прохождения тестирования по различным темам. Вкладка “Практика” - указания к практическим работам, объединённые по темам.
В качестве примера рассмотрим практическую работу на тему «Принцип работы сопроцессора и преобразователя кода»
Задачи работы:
изучить принцип работы сопроцессора;
показать наглядно, для чего нужны преобразователи кода;
рассмотреть, как реализуются преобразователи кода на уровне машинных команд.
Вход выполняется из меню «Практика» (рисунок 5)
Программно обучающий комплекс
ЛБКШИ
ПРАКТИКА
СПРАВКА
ТЕСТ
Глоссарий
Введите первые
несколько букв.
data
accept
lUj
-
Практические работы
1. Знакомство с компилятором TASM. Первая программа "Вывод сообщения на экран"
/что такое смещение? Переменные.
2. Действие по нажатию любой клавиши (скан-коды клавиатуры).
/ что такое скан-код клавиатуры?
3. Вывод сообщения в заданную точку экрана.
/ Прерывание int 10h - (набор пронумерованных функций видеоадаптера).
4. Прямой вывод символа на экран (отображаемая память).
/ Организация памяти видеосистемы.
5. Организация цикла.
/ Роль регистра процессора "СХ" - counter,
6. Работа с отладчиком. Просмотр предыдущих работ.
/
7. Ветвление программы ( исполняемые блоки).
/ Команды управления
8. Процедуры. Сокращение исходного тхт.
/ Подпрограммь^ процедурь^ макросы.
9. Рисование рамки, через циклы, массивы.
/ Пример функции "рамка"
10. Открытие текстового файла и вывод его на экран.
/ Прерывание DOS. Понятие "HANDLE".
11. Графический режим. Открытие bmp файла и вывод на экран.
/ Формат BMP файла.
12. Структурирование программ. Создание библиотек.
/
13. Работа с таймером. Задание временных отрезеов.
/
14. Принцип работы сопроцессора, и преобразователя кода.
/ Что такое массивы^ как они связаны с преобразователями кодов
15. Программирование портов luput, Output (СОМ1, LPT1).
/ 3f8h; 2f8h; 378h что это за цифры.
-
Z
Рисунок 5- Вид меню «Практика»
Преподаватель объясняет студентам суть работы и выполняет необходимые действия с отладчиком TURBO DEBUGGER, позволяющем пошагово выполнять команды процессора и наблюдать полученные результаты.
Turbo Debugger отображает окно CPU, в котором можно увидеть, как выполняется программа (рисунок 6).
Окно имеет несколько областей, в самой большой из которых размещен код программы. В правой части окна CPU отображаются регистры процессора и регистр флагов. В нижней части можно увидеть дамп области памяти и стек.
Адрес текущей машинной команды определяется регистрами CS и IP, команда показана выделенной строкой и стрелкой. Для ее выполнения
необходимо нажать F8. Изменившиеся регистры выделяются белым цветом.
Студенты слушают пояснения преподавателя и следят за отображением реальной работы процессора (процессор воспринимает машинную команду и можно наблюдать ее выполнение в виде кодов и полученный результат). Процессор выполняет программу последовательно, одну команду за другой. Закрыть отладчик можно с помощью меню File->Quit.
Рисунок 6 - Окно TURBO DEBUGGER
Далее каждый студент повторяет работу, которую продемонстрировал преподаватель, а затем получает индивидуальное задание и выполняет его. Роль преподавателя сводится к консультации студентов. Программнообучающий комплекс доступен для копирования всем студентам, предоставляя возможность самостоятельной работы.
В конспекте лекций более объемный материал снабжен FLASH анимацией. В процессе изложения использованы гиперссылки и фреймовая
структура, что позволяет, не листая страниц (в отличие от печатного издания), быстро перейти к нужному разделу или фрагменту, а при необходимости так же быстро возвратиться обратно. При этом не требуется запоминать страницы, на которых расположены соответствующие разделы.
В целях обеспечения комфортного взаимодействия обучаемого с компьютером учтены рекомендации специалистов в области компьютерных технологий в части яркости, контрастности изображения, размеров символов, соблюдения правил, регулирующих плотность расположения текста на экране.
Для выполнения практических работ требуется установить программу БОББОХ.
Все необходимые настройки производят в файле ёоБЬох.соп^ располагающемся в каталоге с программой. Число циклов для АШоп 4000+ было выставлено 20000. Отметим, что чем слабее процессор, тем устанавливают меньшее число циклов. Для 1-ГГц Репйиш III или АШоп следует указывать около 5000 циклов. При установке слишком большого числа циклов процессор не успевает просчитывать данные эмулятора. Тогда заметны рывки, а нагрузка на процессор возрастает до 100%.
Программно - обучающий комплекс в течение нескольких лет применяется и совершенствуется в индустриальном техникуме г. Анапа.
Эффективность его использования очевидна, поскольку успеваемость студентов по дисциплине «Архитектура ЭВМ» и посещаемость занятий студентами повысились. Студенты, выполнившие все практические работы, без затруднений справляются с итоговой практической работой.
В качестве вывода следует отметить, что в результате проделанной работы создан программно-обучающий комплекс, выполненный в двух вариантах: для открытого доступа через глобальную компьютерную сеть Intemet и использования в процессе аудиторного обучения (для локальной
сети). Он обладает современным дизайном и соответствует эргономическим требованиям к компьютерным средствам обучения.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
1. Брэй, Б., Барри, Б.Микропроцессоры Intel: 808б/8088, 8018б/80188, 8028б, 8038б, 8048б, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, Pentium 4. Архитектура, программирование и интерфейсы. Шестое издание .-СПб.: БВХ-Петербург, 2005.-132S с.
2. Таненбаум, Э. Архитектура компьютера. - СПб.: БВХ-Петербург, 2007.-S44
с.
3. Угрюмов, Е.П. Цифровая схемотехника: Учеб.пособие для вузов. 2-е изд. -СПб.: БВХ-Петербург, 2007.-S00 с.
4. Пирогов, В.Ю. Assembler для Windows. Изд. 4-е перераб. и доп. - СПб.: БВХ-Петербург, 2007.-89б с.
5. Киосаки, Р. Богатый папа, бедный папа. - Попурри, 200б. - 400 с.
6. Киосаки, Р. Богатый ребёнок, умный ребёнок. - Попурри , 200б. - ЗЗб с.
