CC BY
23
Аверьянов А.В.1, Белая Т.И.2 ©
1Кандидат технических наук, доцент; 2кандидат технических наук.
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского»
Министерства обороны Российской Федерации
РАЗРАБОТКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОННО-ОБУЧАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «СХЕМОТЕХНИКА ЭВМ»
В настоящее время в системе высшего профессионального образования происходит интеграция информационных и коммуникационных средств с новейшими информационными технологиями, которая носит глобальный и планомерный характер. Происходит процесс совершенствования методологии, методов и форм обучения, направленных на достижение максимальной дидактической эффективности процесса обучения [1].
Одним из направлений повышения эффективности профессиональной деятельности и формирования целостного представления о процессах и явлениях является использование в образовательном процессе электронных обучающих систем (ЭОС). Наиболее актуальным является использование ЭОС при проведении лабораторных и практических занятий [2]. Причины этого следующие:
• обеспечение доступа к новейшим материалам, которые не содержатся в традиционных бумажных изданиях;
• автоматизация рутинной работы преподавателя по формированию и проверке заданий;
• возможность использования большого количества дополнительных аудио, видео- и графических материалов;
• возможность индивидуальной и самостоятельной работы.
Одной из базовых дисциплин при подготовке специалистов в области информационно-вычислительных систем является «Схемотехника ЭВМ», которая рассматривает принципы построения и проектирования функциональных узлов ЭВМ и их практическую реализацию. Преподавание этой дисциплины имеет следующие особенности
[3]:
• содержит значительный объем теоретического и практического материала;
• сложность в организации лабораторных и практических занятий;
• необходимость использования в работе обучающихся большого количества справочников;
• большой удельный вес самостоятельной работы обучающихся.
В связи с этим задача разработки электронного учебного пособия для лабораторных и практических занятий по дисциплине «Схемотехника ЭВМ» является актуальной.
Согласно ГОСТ 7.0.83-2013 [4] - электронное учебное издание - электронное издание, содержащее систематизированные сведения научного или прикладного характера, изложенные в форме, удобной для изучения и преподавания, и рассчитанное на учащихся определенного возраста и степени обучения. Оно должен отвечать следующим основным требованиям:
• соответствие государственному образовательному стандарту;
• полнота представления учебного материала;
• простота и удобство применения;
• поддержка различных форм обучения;
• возможность использования мультимедийных материалов;
• поддержка форм текущего контроля знаний;
© Аверьянов А.В., Белая Т.И., 2015 г.
• возможность модернизации в процессе эксплуатации и адаптации под изменившиеся условия.
Таким образом, электронное учебное пособие является аккумулятором основных методических, научных и информационно-справочных материалов, используемых преподавателем для подготовки и проведения лабораторных и практических занятий [5]. С точки зрения обучающегося, автоматизированная ЭОС должна быть не только средством использования учебных материалов, но и средством для самостоятельного изучения тем в соответствии с планом дисциплины и источником дополнительных сведений. При создании автоматизированных учебных комплексов должны учитываться следующие подходы [4, 5]: педагогический - реализующий разнообразные виды учебно-познавательной деятельности; методический - учитывающий методику преподавания дисциплины; инновационный -ориентированный на использование различных видов материалов; личностно-
ориентированный - учитывающий особенности обучающихся. На основании этих требований, с учетом подходов и анализа учебного плана по дисциплине «Электроника, электротехника и схемотехника» была разработана структура учебного комплекса, фрагмент которого представлен на рисунке 1.
Рис. 1 - Структура ЭОС «Схемотехника»
Исходя из разработанной структуры, для реализации ЭОС был выбран метод гипертекстового представления информации. Данный метод имеет следующие преимущества:
С образовательной точки зрения:
• материал становится удобным для восприятия;
• позволяет реализовывать активную самостоятельную работу обучающихся;
• работа с гипертекстом повышает интеллектуальный уровень обучающихся;
• вырабатывает четкое понимание структуры изучаемого материала;
• появляется возможность организации нелинейного изучения учебного материала;
С технической точки зрения;
• использование как текстовой, так и мультимедийной информации;
• кроссплатформенность;
• простота реализации и модернизации;
• реализация многопользовательской работы.
Основным форматом реализации ЭОС является язык HTML, который имеет различные возможности для реализации гипертекста. В гипертекст был внедрен следующий иллюстративный материал: диаграммы, схемы, таблицы и видеофильмы. Графический материал представлен в виде файлов в формате JPG и AVI. Для разработки системы навигации информация была иерархически структурирована. При создании тестовых заданий использовался язык JavaScript. Фрагменты реализации ЭОС по дисциплине «Схемотехника ЭВМ» представлены на рисунке 2 а), б). Кроме того, комплекс включает электронные справочники, необходимые для выполнения индивидуальных заданий.
кзпдайсп анаше i s-
Теоретические основы занятия. Классификация интегральных микросхем
полупроводниковом подложки.
В пленочной микросхеме Itohko- или толстопленочной) все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде пленок проводящих и диэлектрических материалов.
В гибридных ИМС пассивную часть схемы выполняют в виде толстых (более 1 мкм) или тонких (менее 1 мкм) пленок. Пленки наносятся на поверхность диэлектрической подложки. Активные элементы схемы (диоды и транзисторы), имеющие самостоятельное конструктивное оформление, крепят к поверхности подложки.
Разновидностью полупроводниковых ИМС являются смешанные микросхемы. К ним относятся ИМС. в которых активные элементы выполняются внутри полупроводниковой подложки, а пассивная часть схемы наносится на ее поверхность в виде тонких металлических и неметаллических пленок.
По функциональному назначению ИМС делятся на аналоговые и цифровые, предназначенные для преобразования и обработки непрерывных и дискретных сигналов. Аналоговые ИМС применяют в аналоговых вычислительных машинах и других устройствах преобразования непрерывной информации, К ним относятся различные преобразователи, операционные усилители, компараторы аналоговых сигналов и другие схемы. Цифровые ИМС используются в ЭВМ и других дискретных устройствах. К цифровым ИМС принадлежат микропроцессорные схемы, схемы памяти и другие интегральные схемы, выполняющие различные логические функции. Согласно ГОСТ 27394-87 микросхемы подразделяются также на микросхемы общего назначения, заказные и полузаказные.
Микросхемы общего назначения имеют определенное функциональное назначение и используются в большинстве видов радиоэлектронной аппаратуры. К заказным относятся микросхемы, разработанные на основе стандартных или специально созданных элементов и узлов по функциональной схеме заказчика и предназначенные для специальной радиоэлектронной аппаратуры. К полузаказным относятся микросхемы, разработанные на основе базовых (в том числе матричных) кристаллов и доработанные по функциональной схеме заказчика.
а) фрагмент занятия с видеофильмом
_________________________________________________Р - 6 I fS Учебное пособие гта гаем... X
№viB<1lMi: Занятие I >
Контрольное тестирование
Тест к занятию 1
5 из 14
Вопрос №5. Микросхемы, в которых все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме или на поверхности полупроводниковой подложки называются
а) полупроводниковыми ИМС
б) пленочными микросхемами
в) гибридными ИМС
б) фрагмент контрольного занятия Рис. 2 - Реализация ЭОС по дисциплине «Схемотехника ЭВМ»
Разработанный комплекс был протестирован на обучающихся второго курса, когда они приступают к изучению курса «Схемотехника ЭВМ». Обучающиеся второго курса обладают следующими особенностями: профессиональная незрелость; низкий уровень понимания и мотивации при изучении сложных дисциплин профессионального цикла; слабый уровень базовой подготовки. При традиционном подходе, в конце изучения данной дисциплины, обучающиеся показывают сравнительно слабый уровень понимания и усвоения. При использовании ЭОС по дисциплине «Схемотехника ЭВМ» были отмечены положительные изменения таких показателей, как: уровень мотивации в обучении; интерес к изучаемой дисциплине. Итоговый контроль на экзамене показал, что повысился уровень знаний и способностей применения их к решению практических задач. Это подтверждается положительным изменением динамики успеваемости обучающихся, представленной на рисунке 3.
25
20
э-
2
(О
У
>
ю
о
о
со
15
10
о
5
3
1
0
2
20
I
4
3 4
Оценка за экзамен, балл
11
5
■ до внедрения ЭУП ■ после внедрения ЭУП
Рис. 3 - Динамика изменения успеваемости обучающихся
Таким образом, можно сделать вывод о том, что использование электронных учебных пособий на лабораторных и практических занятиях является обоснованным и приводит к повышению качества обучения специалистов в области информационно-вычислительных технологий.
Литература
1. Приказ Минобрнауки России от 12 марта 2015 года № 219 «Об утверждении федерального государственного образовательного стандарта высшего образования по направлению подготовки 09.03.02 информационные системы и технологии (уровень бакалавриата)» [Текст]: Минобрнауки РФ от 12.03.15 №219. - 2015. - 23 с.
2. Молчанов О.Е., Белая Т.И., Казанцев Д.И. Моделирование различных режимов работы ЭВМ на имитационной модели «УЦВМ» // Журнал научных и прикладных исследований - 2015. - №5 (май). - с.116-118
3. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: монография [Текст]: в 3-х т./Перевод с англ. И.И. Короткевич, М.Н. Микшиса, О.А. Соболевой, К.Г. Финогенова, М.П. Шарапова. - М.:
Изд-во «Мир», 1993. - 896 с.
4. ГОСТ Р 7.0.83-2013 СИБИД. Электронные издания. Основные виды и выходные сведения. М.: Стандартинформ, 2014 - 26 с.
5. Гасов В.М., Цыганенко А.М. Методы и средства подготовки электронных изданий: Учебное пособие М.: МГУП, 2001. - 735 с.
