Обучающая компьютерная программа «Гидромеханический привод»

Авиация — отрасль с жесткими требованиями, с большой ответственностью. Именно поэтому в век высоких технологий идет тщательный отбор кадров. Требования к специалистам инженерно-технического состава авиационно-технической базы повышаются с каждым днем. Повышение квалификации, посещение курсов переподготовки не отъемлемая часть обучения каждого инженера. На сегодняшний день каждый второй имеет компьютер или ноутбук и обладает наипростейшими навыками работы с ним. В связи с этим много обучающего материала создается в компьютерном варианте. Электронные книги, слайды, анимационные фильмы, и, в конце концов, обучающие программы. Это мало затратно и экономит время, очень удобно и в большей мере это процесс самообучения, все это немало важно при условии наступившего мирового экономического кризиса.

В рамках данной дипломной работы основная цель разработать обучающую компьютерную программу «Гидромеханический привод», задача которой донести суть принципа работы данного устройства и более детально познакомить обучающегося с ним. Данный агрегат применяется в различных сферах, в авиации же он используется на таких самолетах как Ту-214 и Ил-96. В связи с этим нельзя назвать эту тему не значительной.

Данная программа позволит:

более детально изучить гидромеханический привод;

понять принципы работы гидромеханического привода.

Как показала практика данная тема сложна для понимания, поэтому первостепенной задачей программы понятным образом ознакомить с принципом работы гидромеханического привода. Для этого программу следует создать в среде Adobe Flash на базе ActionScript 3.0, так как основной инструмент для понимания является визуализация процессов, а, следовательно, анимация. Программа будет мало объемной что позволяет сделать формат, в котором она будет создана и будет поставляться на диске вместе с бесплатным плеером для воспроизведения данной программы Adobe Flash Player 10.

Произведётся анализ безопасности, экологичности и экономической эффективности созданной программы.

1. ОБЩАЯ ЧАСТЬ

1.1 Перспективы развития компьютерного обучения

Начиная с 90-х годов, внедрение компьютерных технологий в процесс обучения стало расти с каждым годом. Несмотря на то, что, в нашей стране процесс использования ЭВМ в учебном процессе развивается очень медленно. Первоначально, составлялось огромное количество обучаемых программ, которые внедрялись в учебный процесс совершенно независимо от их качества, целесообразности этого внедрения с точки зрения процесса познания и влияния, которое оказывает такой подход на подготовку специалистов. За частую они представляли собой источник информации, а не обучающую программу.

Современные обучающие программы дают возможность изучать материал в любой последовательности с любой скоростью, в зависимости от желания обучающегося. В настоящее время ЭВМ рассматривается в основном как источник получения информации, а не как серьезное средство обучения. Хотя возможности ЭВМ используются далеко не в полной мере, многие вопросы обучения уже решаются с помощью ЭВМ.

Компьютерные системы в сфере образования в процессе дистанционного обучения могут проэкзаменовать, выявить ошибки, дать необходимые рекомендации, осуществить практическую тренировку, используя международную глобальную сеть Internet, открыть доступ к электронным библиотекам, находясь в любой точке мира.

Современные учебные курсы сопровождаются игровыми ситуациями, снабжены терминологическим словарем и открывают доступ к основным отечественным и международным базам данных и знаний на любом расстоянии и в любое время. Учитываются индивидуальные способности, потребности, темперамент и занятость студента. Наглядность учебного материала и доступность в его изучении делает обучение качественнее общепринятого.

Нельзя также забывать о таком немаловажном факторе, как возможность обеспечения с помощью ЭВМ дистанционного обучения. Получив учебные материалы в электронном и/или печатном виде с использованием телекоммуникационных сетей, студент может овладевать знаниями дома, на рабочем месте, или в специальном компьютерном классе. Лекции при дистанционном обучении, в отличие от традиционных аудиторных, исключают живое общение с преподавателем. Однако, имеют и ряд преимуществ. Для записи лекций используются дискеты, CD-ROM — диски, электронные флеш-носители и т. д. Использование новейших информационных технологий (гипертекста, мультимедиа, ГИС-технологий (ГИС — гибкие информационные системы), виртуальной реальности и др.) делает лекции выразительными и наглядными. Для создания лекций можно использовать все возможности кинематографа: режиссуру, сценарий, артистов и т. д. Такие лекции можно слушать в любое время и на любом расстоянии. Кроме того, не требуется конспектировать материал.

С помощью ЭВМ, возможно, также значительно упростить процесс проведения лабораторных работ. В традиционной образовательной системе лабораторные работы требуют: специального оборудования, макетов, имитаторов, тренажеров, химических реактивов и т. д. Возможности ДО в дальнейшем могут существенно упростить задачу проведения лабораторного практикума за счет использования мультимедиа-технологий, ГИС-технологий, имитационного моделирования и т. д. Виртуальная реальность позволит продемонстрировать обучаемым явления, которые в обычных условиях показать очень сложно или вообще невозможно.

Учитывая наличие таких широких возможностей, имеет смысл подробнее рассмотреть вопрос реального применения компьютерного обучения в конкретном учебном заведении. При этом особого исследования требуют вопросы необходимости создания, степени реализации и оптимизации процедуры составления учебных программ.

1.2 ЭВМ как средство обучения в виде систем компьютерного обучения

В учебном процессе высшего учебного заведения (ВУЗ) большое внимание уделяется самостоятельной работе студента. Исследования по организации самостоятельной работы обучаемого показали, что без обучающих и контролирующих программ организовать самостоятельную работу для всех студентов невозможно. Основной проблемой является разный уровень подготовки, скорости и степени усвоения материала, образования обучающихся, а так же есть сложности с желанием самостоятельно заниматься. На данный момент у многих людей есть персональные компьютеры, и желание работать с ними может стимулировать желание к самостоятельной работе. АОС, используя возможности современных ЭВМ, позволяют каждому человеку изучать материал с удобной для него скоростью, последовательностью предоставления материала, выбрать количество повторов, как изучения какой-либо темы, так и проверки ее усвоения, то есть тестирования и самотестирования. Это позволяет решить проблему разного уровня образования у обучающихся путем индивидуальной настройки. Главная ценность обучающей программы заключается в удобной, доступной и наглядной подачи материала. Возможность контроля позволяет выявить темы трудные для самостоятельного изучения, и преподаватель может уделить им больше времени на лекциях. К тому же, самоконтроль усвоения материала является для студента психологически более привлекательным, чем контроль со стороны преподавателя.

Огромный преподавательский опыт в работе с обучающимися показал, а многочисленные исследования подтвердили, что бездумно заученный материал не задерживается в мозгу надолго после сдачи экзамена. Поэтому в процессе изучения материала важно заинтересовать учащегося, и здесь превзойти ЭВМ с ее различными мультимедийными и периферийными устройствами невозможно. Однако не следует забывать о роли преподавателя, который должен сакцентрировать внимание на определенной проблеме, направить студента. ЭВМ может помочь ему в этом, но не заменить.

Наряду с усвоением определенного объема фактов и алгоритмов, важнейшей задачей образования считается развитие интеллектуальных возможностей человека. Накопленные на сегодня знания позволяют утверждать, что уровень интеллекта определяется совершенством, прежде всего степенью структурированности и обобщенности, модели мира человека и степенью отработанности операций на этой модели. Иными словами, знания человека — это не сумма, а система. Создание такой системы и отработка на ее базе когнитивных операций, обеспечивающих успешную деятельность в нестандартных ситуациях — основная задача образования.

По этому признаку (знания как сумма, знания как система) можно выделить два крайних типа технологий обучения, между которыми расположен весь спектр реализуемых практически: знаниясуммирующие и интеллектразвивающие технологии (в дальнейшем просто суммирующие и развивающие технологии).

Первый тип ориентирован на накопление суммы знаний (данные и алгоритмы), во втором конкретные знания являются в первую очередь средством формирования системы знаний (модели мира) и отработки на ней когнитивных операций.

В рамках суммирующих технологий накопление конкретных знаний является целью обучения. Для развивающих технологий конкретные знания являются прежде всего средством достижения главной цели — развития интеллектуальных возможностей человека. Ни в коей мере не отрицая нужности и полезности конкретных знаний, мы лишь подчеркиваем, что процесс их получения должен быть построен так, чтобы при этом целенаправленно развивались и совершенствовались интеллектуальные возможности человека. Именно такую технологию обучения мы и называем развивающей технологией.

Очевидно, начальным этапом будет определение целей применения ЭВМ в учебном процессе в целом и в изучении конкретной дисциплины или ее раздела в частности. Прежде всего, следует отметить, что ЭВМ в процессе обучения, как впрочем, и любые другие технические средства, далеко не универсальны, что роль преподавателя при любой форме обучения с использованием любых средств обучения остается ведущей, определяющей, направляющей.

Основные психолого-педагогические положения, на которые следует опираться при использовании ЭВМ в процессе обучения следующие:

индивидуализация обучения (темп, умственная нагрузка на каждый шаг обучения, объем материала, количество и сложность шагов обучения, количество или частота и объем повторений, частота и объем контроля знаний и т. п.);

управление познавательной деятельностью обучаемого;

усиление роли самостоятельной подготовки при усвоении новых знаний, формировании новых умений и навыков.

1.3 Основные подходы к вопросу технического обеспечения компьютерного обучения

Существует два подхода вопросу компьютерного обучения. Первый предусматривает создание глобальных систем обучения с возможностью обеспечения дистанционного обучения (ДО) и применение Internet технологий, второй — создание автономных специализированных курсов, что предусматривает применение различных технических средств.

Дистанционная форма обучения — это получение образовательных услуг без посещения ВУЗа, с помощью современных информационно-образовательных технологий и систем телекоммуникации, таких как электронная почта, телевидение и Internet. Дистанционное обучение можно использовать в высшей школе, а также для повышения квалификации и переподготовки специалистов. Учитывая территориальные особенности России и возрастающие потребности качественного образования в регионах, дистанционное обучение в самом скором времени может занять прочное место на рынке образовательных услуг, при условии выполнения ряда условий информационно-технического характера.

Информационная система для обеспечения дистанционного обучения базируется на наличие широкого набора компьютерных учебных пособий и других средств компьютерного обучения, а также развитой системы организации процесса обучения.

Информационное и программное обеспечение (ПО) может быть разбито на следующие основные группы [4]:

банк данных системы дистанционного обучения;

ПО планирования и управления (лингвистический робот организации дистанционного обучения);

программное и техническое обеспечение связи между участниками дистанционного обучения;

электронная библиотека (каталог имеющихся материалов, ПО компьютерного обучения, которое в случае необходимости переносится в терминальный пункт обучения, развитая информационно-поисковая система, средства контроля за использованием ресурсов).

К настоящему времени уже создан широкий спектр разнообразных электронных учебников, компьютерных курсов, тестирующих программ и прочего программного обеспечения, выпускаются учебные материалы на аудиои видеокассетах, которые охватывают практически весь набор дисциплин, изучаемых в вузах. В связи со все большим распространением глобальной компьютерной сети Internet появляются новые электронные библиотеки учебного назначения, студенты получают доступ к учебным материалам ведущих западных высших учебных заведений. Таким образом, можно сказать, что в части обеспеченности электронными учебными пособиями дистанционное обучение развивается успешно. Создание банка данных системы дистанционного обучения также не представляет особой сложности.

Однако существуют два «узких» места, без детальной проработки которых о широком применении дистанционного обучения говорить не приходится. Имеются в виду две компоненты системы: програмное обеспечение планирования и управления (лингвистический робот организации дистанционного обучения) и программное и техническое обеспечение связи между участниками дистанционного обучения. Рассмотрим подробнее эти две проблемы.

Нетрудно представить себе категории лиц, которые остро нуждаются в образовательных услугах, но не могут получить их традиционным способом в рамках сложившейся образовательной системы. Это молодежь, не имеющая возможности получить образовательные услуги в традиционной системе образования в силу различных причин; офицеры, увольняющиеся из Вооруженных Сил; специалисты, уже имеющие образование и желающие приобрести новые знания или получить второе образование; лица, готовящиеся к поступлению в вузы; студенты, стремящиеся получить второе, параллельное образование, лица, специфика работы которых не позволяет учиться в ритме действующих образовательных технологий, и т. д.

Особое место занимает вопрос обучения студентов-инвалидов, современные информационные образовательные технологии позволяют учиться незрячим, глухим и страдающим заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

Естественно, различным категориям пользователей системы дистанционного образования необходимы разные объемы знаний, что не вписывается в сложившуюся сетку специальностей, которым готовят в вузах. Отсюда вытекает необходимость индивидуального подхода к компоновке плана обучения — для каждого конкретного учащегося, что возможно только при условии автоматизации данного процесса.

Существуют различные подходы к автоматизированному формированию учебных планов. Все они обладают как достоинствами, так и недостатками и предполагают на определенном этапе вмешательство человека. Не останавливаясь на обзоре возможных подходов к решению этой проблемы, рассмотрим поэтапно алгоритм автоматизированного составления учебных планов, разработанный специально для дистанционного обучения:

Ввод информации о дисциплинах (цели и задачи дисциплины, список тем для изучения, литература, программное обеспечение, используемое в учебном процессе, лабораторные и расчетные работы) без указания последовательности изучения. Производится преподавателями по своим дисциплинам.

Установление междисциплинарных связей. Связи устанавливают преподаватели после того, как полностью завершен этап 1.

Составление порядка изучения дисциплин (древа знаний).

Формирование внешнего представления дерева. Выполняется автоматически.

Автоматизированное формирование учебного плана в специализированной среде разработки. Производится небольшой группой экспертов на основе сформированного дерева дисциплин и ограничений по времени.

Проверка полученного учебного плана на корректность (соответствие условиям пункта 5). В случае обнаружения нарушений следует возвратиться к этапу 5.

Ввод сформированного учебного плана в эксплуатацию.

Установление таких подробных связей требует значительных трудозатрат, однако позволяет в итоге формировать оптимальные индивидуальные планы обучения:

целостность и непротиворечивость учебных планов. Планы, сформированные с использованием данного подхода, содержат полный набор дисциплин, необходимых для изучения выбранного курса в объеме выбранной специальности, гарантируют преемственность представляемых знаний, последовательность обучения, что особенно важно, когда нет личного контакта с преподавателем;

относительную простоту составления различных планов обучения в соответствии с запросами обучаемых;

гибкость системы. Последовательное накопление информации о различных предметных областях не требует одновременного присутствия большого числа экспертов на этапе формирования учебного плана.

Вторая основная проблема связана с организацией взаимодействия между центром обучения и обучаемым, включающей следующее:

бесперебойный информационный обмен и документооборот;

доставка части изучаемого материала по каналам связи;

взаимодействие с преподавателями;

возможность самостоятельной работы с информационными ресурсами;

защиту авторских прав на учебные материалы, используемые в процессе обучения. Возможно, решение состоит в аппаратной защите программного обеспечения (с помощью электронных ключей), но этот вопрос в настоящее время еще не проработан.

Таким образом, без детальной проработки данного вопроса говорить о введении дистанционного обучения не имеет смысла, в особенности учитывая состояние средств телекоммуникаций в нашей стране.

В настоящее время большинство центров дистанционного обучения используют для предоставления информации как Internet (Internet-технологии), так и набор учебных материалов на аудиои видеокассетах (CASE-технологии).

Но предоставление материалов через Internet не решает все проблемы образования, большинство обучаемых не могут воспользоваться преимуществами сети Internet в связи с плохим качеством телефонных линий и большими материальными затратами, тем самым утрачивая доступ к компьютерным технологиям. Поэтому значительная часть компьютерных курсов учебного назначения не приспособлена к сетевой технологии.

Выход может быть найден в разумном использовании режимов ON-LINE и OFF-LINE при информационном обмене, перемещении части учебного программного обеспечения в терминальный пункт, придании компьютерным курсам большей автономности в процессе обучения, что требует применения несколько других технических средств.

Таким образом, перед тем как приступить к разработке обучающей системы — необходимо определить [3]:

В какой части каждой конкретной формы обучения целесообразно использовать ЭВМ;

В каком объеме предполагается это использование;

Какую цель предполагаем, достигнуть в каждом конкретном случае.

Исходя из решения данных вопросов, определяются основные направления технической реализации конкретных проектов.

Предпосылки создания автоматизированной обучающей системы (АОС) Прежде чем принять решение о создании какого-либо автоматизированного учебного курса, необходимо взвешенно проанализировать все составляющие учебного процесса, а также деятельность преподавателей и разработчиков до и после создания АОС.

Использование АОС в учебном процессе способствует:

росту качества обучения;

снижению затрат на организацию и проведение учебных мероприятий;

перераспределение нагрузки преподавателей с рутины на творческую деятельность (решение научно-исследовательских и методических задач, создание учебно-методических пособий, подготовку нестандартных учебных заданий, индивидуальную работу с обучаемыми и др.);

повышению оперативности обеспечения учебного процесса учебно-методическими средствами при изменении структуры и содержания обучения (открытии новых специальностей, постановке новых курсов и т. д.), следствием чего является, увеличение мобильности системы образования.

Снижение затрат на обучение достигается за счет:

переноса рутинных функций с преподавателя на АОС (изложение базового учебного материала, подготовка и проверка большего числа контрольных заданий, оценивание исходной подготовленности обучаемых и текущего уровня освоения ими знаний и умений и др.);

уменьшения потребностей в учебно-методических пособиях на бумажных носителях;

снижение нагрузки на средства материально-технического обеспечения учебного процесса (помещения, лабораторное оборудование, стенды и.т.д.);

уменьшения расходов на поездки к местам проведения учебных мероприятий.

Из сказанного следует вывод о том, что в современной системе образования при возникновении потребности в определенных учебно-методических средствах при прочих равных условиях АОС будет отдаваться предпочтение перед традиционными средствами. Преимущества АОС нельзя понимать в том смысле, что они полностью вытеснят и заменят традиционные средства. Тем более считать, что АОС состоят из одних достоинств и не обладают недостатками. К отрицательным сторонам относятся:

необходимость иметь компьютер (в ряде случаев с выходом в Internet) и соответствующее программное обеспечение для работы;

необходимость обладать навыками работе на компьютере;

сложность восприятия больших объемов текстового материала с экрана дисплея;

отсутствие непосредственного и регулярного контроля над ходом выполнения учебного плана.

Названные недостатки носят объективный характер. К сожалению, часто к ним добавляются субъективные недостатки, вызванные неграмотным проектированием и концептуальными недочетами, допущенными их создателями.

Разработчики АОС и преподаватели, применяющие их в своей практической деятельности, должны знать объективные и типовые субъективные недостатки таких систем и стараться компенсировать их при создании и эксплуатации данных средств. Способы компенсации могут быть разными: техническими, организационными, методическими, функциональными.

К примеру, недостаточная интерактивность восполняется за счет организации регулярных консультаций в очной, или дистанционной формах.

Приведенные соображения свидетельствуют о целесообразности использования АОС в комплексе с традиционными учебно-методическими средствами. Приоритет таких систем следует понимать в том смысле, что по мере развития соответствующих технологий, именно АОС будет составлять ядро учебно-методического обеспечения.

Так же, обязательно необходимо учитывать, что создание АОС требует более широкой и глубокой компетентности его разработчиков. При подготовке традиционного учебно-методического пособия имеет место четкое разграничение компетенций авторов и специалистов, обеспечивающих адекватное понимание авторов читателями.

Автоматизированная обучающая система (АОС) — это программное средство (программный комплекс) или программно-технический комплекс, предназначенный для решения определенных педагогических задач, имеющий предметное содержание и ориентированный на взаимодействие с обучаемым.

Приведенное определение фиксирует то, что АОС является средством, специально созданным для решения педагогических задач, т. е. использование в учебном процессе — его главное назначение. Средства, применяемые при обучении, но имеющие другое основное назначение и не реализующие педагогические функции, не относятся к АОС. Исходя из подобной интерпретации, к АОС могли бы быть отнесены текстовые и графические редакторы, компиляторы и системы программирования, системы автоматизированного проектирования (САПР), экспертные системы, другими словами — все компьютерные средства, рассматриваемые как предмет изучения или выступающие в качестве инструментария при решении образовательных программ.

Требования предметного содержания подразумевает, что АОС должен включать учебный материал по определенной предметной области (дисциплине, курсу, разделу, теме). Под учебным материалом понимается информация как декларативного (описательного, иллюстрированного) характера, так и задания для контроля знаний, а так же модели и алгоритмы, предоставляющие изучаемые объекты и процессы.

На этапе отбора учебного материала и контрольных заданий ведущая роль принадлежат преподавателю. Главными граничными условиями, на наш взгляд, здесь являются исходный уровень подготовленности студентов и требуемое качество усвоения информации. Учитывая, что исходный уровень может изменяться в широких пределах, информационное содержание АОС должно иметь некоторую избыточность.

На этапе определения последовательности изучения отдельных тем и разделов сохраняется ведущая роль разработчика. Но в отличие от обучающих программ с использованием ТСО современные АОС на базе ЭВМ предоставляют студенту значительно большие возможности самому влиять на ход обучения. Самоконтроль, мотивированный возврат к предыдущему материалу, желание закрепить материал, несмотря на положительный результат рубежного контроля или, наоборот, стремление сразу допытать себя на итоговом контроле — все эти и другие индивидуальные особенности обучаемого могут проявляться при его диалоге с компьютером.

Поэтому на данном этапе для принятия решения о разработке АОС важно знать, насколько широкие возможности ЭВМ необходимы в конкретной задаче. Вполне вероятно, что реализация «жесткой программы» выполнил контрольное задание — иди вперед, не выполнил — повтори изучение, предусматривающей формирование некоторых навыков в пределах одного занятия, доступна «кнопочным» TOO и вовсе не требует АОС.

В больших АОС обучающая программа должна иметь ветви контроля усвоения предыдущего материала, а также ускоренного повторения, по которым студент на очередном занятии подводится к новому материалу. Перед началом изучения новой темы студент должен получить от преподавателя рассчитанную им информацию о примерной продолжительности изучения этой темы.

Подробное обсуждение коллективом разработчиков содержания курса, последовательности его изучения позволяет выработать концепцию, в рамках которой преподаватель сможет успешно развивать свое конкретное направление.

Непосредственное функционирование АОС характеризуют следующие пять этапов:

Сообщение учебного материала и заданий;

Выполнение заданий;

Проверка заданий и оценка знаний;

Сообщение результатов;

Указания о дальнейших действиях.

На этих этапах преподаватель загружен минимально, он лишь проводит вступительную беседу перед началом занятия с АОС. Очевидно, на этих этапах выигрыш во времени обучения, и разгрузка преподавателя являются главным аргументом в принятия решения о разработке АОС по дисциплине.

Два заключительных этапа — дополнительная помощь студенту и улучшение стратегии обучения — практически целиком относятся к творческой деятельности преподавателя, давая моральный выигрыш от применения АОС. Установить, компенсирует ли этот выигрыш весьма большие затраты на разработку АОС, может только коллектив педагогов, принимающий решение о разработке АОС.

Для такой традиционно основной формы обучения, как лекция, ЭВМ никак не может заменить живого общения с преподавателем. Однако как иллюстрирующее техническое средство обучения, позволяющее доступно излагать динамику развития рассматриваемого процесса, ЭВМ безусловно более эффективна, чем плакаты, схемы, слайды и другие статические средства.

ЭВМ, вероятно, не сможет так же эффективно, как преподаватель, акцентировать внимание на главной идее изучаемого, но зато сможет заставить обучаемого так же «загореться» этой идеей, как при живом обучении.

Совсем по-другому видится применение ЭВМ при проведении всех видов контроля, самостоятельной подготовки, тренажа и т. п. На основании этого педагогический сценарий изучения дисциплины, включающей в себя различные формы обучения, должен иметь разумное соотношение обучения с использованием ЭВМ и без нее.

Следовательно, АОС является перспективной разработкой для улучшения качества образовании, систематизации материала и улучшения учебного процесса.

Обучаемые составляют базовую категорию пользователей компьютерных обучающих систем. Преподаватели и системные администраторы создают необходимые условия для их работы и обеспечивают ее организационную, техническую и методическую поддержку.

Преподаватели осуществляют:

начальное тестирование обучаемых, оценивание их исходной подготовленности и формирование индивидуальных заданий, в которых определяются состав и объем предусматриваемого для них учебного материала, а так же показатели, отражающие требования к формируемым знаниям;

настройку АОС в соответствии с подготовленными заданиями;

проверку функционирования АОС с учетом выполненной настройки;

подготовку плановых графиков выполнения заданий обучаемыми; организационную и методическую поддержку мероприятий, в рамках которых используется АОС;

контроль работы с АОС обучаемых, анализ и оценивание индивидуальных заданий и графиков их выполнения.

Системные администраторы осуществляют:

установку на компьютеры (инсталляцию) АОС;

настройку АОС на условия применения;

проверку функционирования;

техническую поддержку мероприятий, в рамках которых используется АОС.

Таким образом, для принятия решения о разработке АОС требуется не только желание улучшить качество обучения по дисциплине, не только наличие систематизированного материала, без овладения которым невозможно достижение заданного качества усвоения учебной информации, но и отчетливое представление возможностей АОС на каждом этапе ее создания и функционирования.

Задачи и условия создания АОС Условия, в которых следует применять АОС, определяются ее возможностями. Поскольку состояние этого рынка далеко до насыщения, а образовательные потребности обладают высокой динамикой, в настоящее время большинство решений, связанных с внедрением в учебный процесс АОС, приводят к необходимости разработки новых продуктов. Сформулируем условия, в которых целесообразно ставить задачу создания и применения АОС.

АОС используется для предоставления учебного материала большого объема, охватывающего в целом теоретическую и технологическую части какоголибо курса (раздела).

АОС разрабатывается в расчете на относительно широкий круг обучаемых.

АОС целесообразно создавать, если имеется дефицит источников учебного материала, или когда материал рассредоточен по множеству слабо согласующихся друг с другом учебно-методических пособий, и есть необходимость его отражения в интегральном средстве, играющем системообразующую роль и обеспечивающем формирование целостного представления о предмете.

АОС используется для покрытия относительно устойчивых курсов. Под устойчивостью понимается неизменность структуры и содержание курса на протяжении определенного времени, по истечению которого требуется их корректировка. Постоянство структуры и содержания означает, что сохраняют свою актуальность. Потребность в корректировке вызывается их устареванием и влечет за собой необходимость обновления (выпуск его новой версии).

Принимая решение о внедрении в учебный процесс АОС, следует учитывать, что наибольший эффект от его использования имеет место, когда основная часть теоретической и технологической подготовки осуществляется обучаемыми самостоятельно с помощью данного продукта, а возникающие затруднения разрешаются на дополнительных семинарах и индивидуальных консультациях с преподавателями. Если организаторы учебного процесса ставят перед собой цель реализации подобной методики, выбор АОС является обоснованным.

Предъявляемые требования и технические рекомендации по созданию АОС Программа должна быть общедоступной и легко распространяемой. Помимо того, программа должна быть надежной, работать без сбоев, требовать минимум усилий для обслуживания и давать возможности для внесения в нее корректировки, дополнения и удаления информации (как-то графики и текста в информационной части, или же добавления, удаления вопросов в тестируемой). Надежность можно представить совокупностью следующих характеристик:

целостность программного средства (способность его к защите от отказов);

живучесть (способность к входному контролю данных и их проверки в ходе работы);

завершенность;

работоспособность (способность программного средства к восстановлению своих возможностей после сбоев).

Программа должна обладать гипертекстовыми ссылками, позволяющими без проблем находить схему или формулу, о которой идет речь в тексте, как в процессе самой программы, так и вне ее, что дает возможность частичного использования АОС (например, копирование графического изображения на дискету для дальнейшего его использования на другом персональном компьютере, будь то вывод на принтер, либо корректировка в каком, либо графическом редакторе).

Информационный материал, предоставленный в АОС, должен быть систематизирован. В его разработке главная роль принадлежит преподавателю, и главными критериями при составлении учебного материала является исходный уровень подготовленности студентов и требуемое качество усвоения материала. При этом учебный материал должен иметь определенную избыточность, так как уровень подготовленности может быть различным.

Современная АОС должна предоставлять студенту самостоятельный выбор последовательности изучения тем и разделов. Эта функция устраняет рутинность изучения материала, стимулирует интерес к изучаемому материалу.

Оболочка программы должна удовлетворять современным требованиям:

а) должна быть совместимой со стандартными приложениями WINDOWS (самой распространенной и наиболее часто используемой операционной системой для современных компьютеров совместимых с IBM), что устраняет необходимость установки дополнительных библиотек, драйверов и прочего, очень часто невостребованного, программного обеспечения на компьютер, а так же специального обучения, по работе в оболочке АОС;

б) цвет рабочих оболочек не должен раздражать глаза пользователя (бледно-голубой, зеленый, серый и.т.п.).

К программе должно прилагаться руководство пользователя, разработанное отдельно для преподавателя и студента, которое должно коротко и в тоже время ясно дать представление человеку, использующему данную программу, как с ней работать, для чего предназначены различные элементы данной программы, и какие возможности присутствуют в ней. Так же в самой программе должно иметься меню «Помощь». Помимо этого должно быть руководство для преподавателя, так же с перечнем возможностей программы. И, наконец, приложение, в котором должен быть подробно описан процесс обслуживания данной АОС, в плане внесения изменений, для лаборанта, либо другого человека, отвечающего за целостность оборудования и программного обеспечения.

Отличительной особенностью выбранной для рассмотрения дисциплины является тесное переплетение информации, представленной в буквенно-цифровой форме с графическими изображениями. Естественно, на структуру АОС будут влиять возможности терминалов ЭВМ.

Основной поток информации обучаемый получает с экрана дисплея. Чтение текста с экрана — самый трудный вид восприятия изображения. Чтобы облегчить этот процесс, необходимо критически оценивать варианты каждого кадра, отбирая их, в первую очередь, по критерию легкости восприятия. Очень полезно дробить текст на большее количество абзацев, чем это принято в печатных изданиях. Абзацы должны быть краткими, по 2−3 отроки, между ними следует оставлять пробелы (1−2 строки).

Такой структуре кадра способствует размещение формул и математических выражений не в пределах строки, а отдельными строками, например, по следующему принципу:

после нижней строки предшествующего текста — пробел не менее двух строк;

математическое выражение;

пробел не менее двух строк;

последующий текст.

Если передача смыслового содержания не допускает разбиения какой-то части на такие мелкие абзацы, крупный абзац надо давать с пробелами через строчку. Уменьшение плотности информации в каждом кадре неизбежно приводит к увеличению количества кадров.

Это создает новую трудность: обучаемый воспринимает содержание одного кадра как некоторый блок данных, а если этих блоков много, ослабляется системность восприятия. В таких случаях хорошо начать изложение со структурной схемы изучаемого раздела или параграфа; схема может быть дополнена краткими пояснениями. Структурная схема должна быть законспектирована учащимися или приведена в учебном пособии к АОС.

Плотность текста в кадре — лишь одна из множества особенностей экранных изображений. Мы остановились на ней, чтобы, по возможности предостеречь от самой распространенной ошибки — перегрузки кадра. Для успешной работы необходимо также предусмотреть возможность оперативного изменения шрифта, данная функция будет очень удобна для людей с ослабленным зрением.

Если процесс восприятия текста с экрана имеет негативную оценку по сравнению с чтением книжного текста или прослушиванием устной речи, то для передачи с помощью экрана графических изображений у современных ЭВМ широкие возможности. К сожалению, не каждый персональный компьютер позволяет пользоваться электронной мультипликацией. Для нормального воспроизведения с приемлемым качеством небольшого мультипликационного ролика необходимо иметь компьютер, соответствующий сегодняшним требованиям, желательно с объемом оперативной и видеопамяти выше среднего. Данное требование нелегко выполнить в учебном заведении, тем не менее, не стоит отказываться от применения современной развитой мультипликации, потому что время жизни программного обеспечения и компьютерной техники постоянно уменьшается и те требования, выдвигаемые программой, которые на данный момент трудно исполнить, через год могут показаться несерьезными.

Подчеркнем главное: возможность вывода графической информации — это сильная сторона современных ЭВМ и не нужно ей пренебрегать, иначе проще использовать учебники и другие печатные пособия.

Т.к. обучающая программа (в отличие от преподавателя) не может обеспечить проведение контролирующего акта в любой момент. Будет не плохо, если при обращении к программе с целью самоконтроля обучаемому сначала будет предложено уточнить, в чем он сомневается и что хочет проверить. Формой такого предложения может быть список вопросов, непосредственно связанных с изучаемой темой. В зависимости от выбранного вопроса (вопросов) предлагается то или иное задание для самопроверки.

Не исключено, что часть обучаемых будет испытывать затруднения в выборе удобного момента для самоконтроля. Поэтому в обучающей программе целесообразно расставить в нужных местах обращения. Непременное требование к обращениям, — ненавязчивость и корректность формулировок.

В случае необходимости возврата к повторению изученных тем, материал следует давать в более кратком, обобщенном изложении. Часто оказывается достаточно лишь напомнить, о чем идет речь, или привести пример из пройденного материала.

Таким образом, при корректном использовании вышеперечисленных рекомендаций, при наглядном представлении результатов и информационного материала на экране дисплея можно значительно повысить интерес студента к выполняемой работе, что способствует более глубокому пониманию сути изучаемого раздела.

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор языка программирования и средств создания

Выбор средства создания программного продукта во многом определяет конечный результат работы. Мы не планируем создания глобального программного продукта с глубокой проработкой возможностей, предоставляемых Windows, поэтому принимаем решение использовать при создании программы наиболее подходящую для наших целей среду визуального событийно ориентированного программирования.

Программа создана как обычное стандартное приложение Windows, для Adobe Flash в формате.swf.

Adobe Flash, или просто Flash (/fl??/) называют формат SWF (Shockwave Flash, произносится «swiff») Adobe Flash Player, Adobe Flash Professional, программу разработки мультимедийного контента для платформы «Adobe Engagement Platform» (такого, как веб-приложения, игры и мультфильмы).

Если быть точнее, Adobe Flash — среда для создания приложений под Flash платформу (Flash Platform), наряду с ней существуют и другие инструменты (среды): Adobe Flex Builder, Flash Development Tool (FDT), и другие.

Flash-приложения создаются с помощью ActionScript (последняя версия 3.0) — языка программирования. Если исходник не содержит в себе инструкции языка, то при компиляции в любом случае генерируется некоторый базовый код на ActionScript (это можно увидеть просмотрев Flash-байткод). Далее соответственно существует базовый клип на сцене, унаследованный от MovieClip класса, который и начинает воспроизводиться. Среда Adobe Flash ориентирована в большей мере на дизайнеров, аниматоров, хотя и имеется возможность писать полноценный код. Flex Builder, FDT, ориентированы на программирование, и там нет специальных инструментов интерфейса для анимации, визуализации.

Flash одновременно употребляется и как название формата (флеш-фильмы, флеш-ролики) (полное название — Flash Movie), однако формат называется «SWF», что произносится как англ. swiff (нечто между «свимф» и «суимфф»). 1]

При создании продукта можно использовать медиа, звуковые и графические файлы, можно создавать интерактивные интерфейсы и полноценные веб-приложения с использованием PHP и XML.

Flash-файлы имеют раcширение. swf и просматриваются с помощью собственнического Flash Player, который может быть установлен как плагин для браузера. Распространяется бесплатно через сайт Adobe. Исходные файлы с расширением. fla создаются в среде разработки Adobe Flash, а потом компилируются в понимаемый Flash Player формат -.swf.

Также swf-файлы можно просматривать с помощью различных свободных плейеров, например, Gnash или swfdec.

При разработке программы мы предполагаем большую роль в процессе обучения отвести самостоятельной работе студентов. Отличительной особенностью выбранной для рассмотрения темы является сложность понимания материала как обычного текста. Поэтому было принято решение информацию подчеркнуть анимированной визуализацией, что и позволяет сделать Flash.

В процессе изучения гидромеханического привода, была выявлена следующая деталь: если о назначении привода студенты после обучения имеют какое-то представление, то принцип работы привода дается значительно хуже. Это происходит по причине недостаточности визуальной информации в процессе традиционного обучения. На лекциях студент на основе печатной продукции изучает принцип работы и назначение, иногда может осмотреть предъявленный преподавателем привод, но практически не представляет как на самом деле это должно работать. Рассмотреть же устройство в процессе работы вообще практически невозможно. В результате студент воспринимает изучаемую систему как статический объект, смутно представляя, как именно двигаются плунжера и как подается жидкость. Проблеме частично могут помочь лабораторные стенды, но они имеют ряд недостатков, которых лишена ЭВМ с её возможностями моделирования реальных процессов. Поэтому основной упор при разработке делаем на графической части программы.

В условиях ограниченного экранного пространства первоначально необходимо правильно оценить расположение и размеры основных диалоговых окон. Необходимо также следить, чтобы видео кадр не был информационно перегружен. Имеет смысл использовать интерфейс, многократно отработанный на различных игровых и других программах, а именно разделение экранного пространства на функционально независимые области по следующим правилам расположения окон:

Все функционально независимые элементы располагаются исходя из степени их использования в программе.

Органы управления функционального характера (всплывающие окна, кнопки переключения режимов работы программы, атрибуты вызова диалоговых панелей общего назначения), должны располагаться в верхней части экрана.

Часто используемые кнопки и другие органы управления по возможности должны располагаться в нижней или правой части экрана.

2.2 Структура программы

Проект состоит из основного уровня: Обучающей программы, подразделяющегося на три раздела (подуровня): Принцип работы ротора, цикл работы гидромеханической передачи и принцип работы привода. И скрытый режим гидронасоса о котором пойдет ниже.

Рис. 2.2.1 — Структурная схема программы Такая структурная схема позволила при написании программы разрабатывать каждую главу в отдельности, и лишь на последнем этапе объединить их в одно целое.

2.3 Разработка обучающей программы

Разработка и создание диалоговых окон

Обучающая часть программы должна отвечать двум основным требованиям:

а) наглядно предоставлять материал;

б) иметь удобный интерфейс.

Создание главного меню программы.

В главном окне работы обучающей программы, расположено меню с тремя активными кнопками подсвечиваемых в момент наведения на них курсора мыши.

А так же все составные элементы привода имеют свои подписи. Которые активируются также в момент наведения курсора мыши на них. (см. рис. 2.3.1). Особое внимание уделено ротору гидронасоса с плунжерами. Этот элемент активируется нажатием левой кнопки мыши о чем сообщает загарающаяся подсказка в верхней части экрана при наведении на данный элемент привода.

Рис. 2.3.1 — Главное окно программы Немного подробнее о каждом разделе.

В разделе принцип работы ротора мы можем наблюдать поэтапное всплытие поясняющего текста и анимированное движение указательных стрелок и потоков поступающей жидкости из магистралей высокого и низкого давления. При чем анимация тесно связана с ключевыми разделами всплывающего текста. В данном разделе мы создали лишь две вспомогательные кнопки еще раз и Вернуться. Первая из них говорит нам о возможности вернутся к главному окну. Вторая же активирует процесс повтора цикла (см. рис. 2.3.2).

Рис. 2.3.2 — Окно «Принцип работы ротора»

Цикл работы гидромеханической передачи фактически визуализирует нам процесс обкатывания плунжерами опорной шайбы и цикла обращения гидросмеси. В данном разделе только одна вспомогательная кнопка Вернуться. Специально использованные спецэффекты прозрачности дают на представление о том, что плунжера вращаются вокруг ротора. Эффект движения жидкости дает представление о циркуляции жидкости в системе магистралей (см. рис. 2.3.3).

Рис. 2.3.3 — Окно «Цикл работы гидромеханической передачи»

Принцип работы привода описывает режимы работы привода. Выводимый текст подкрепляется поэтапной визуализацией всех упомянутых элементов данного текста. Эффект подсвечивания красным цветом дает особо яркое представление о принципе работы привода. В процессе работы данного раздела активны кнопки Далее и Вернуться, что позволяет управлять разделом более удобно. По завершению работы появляются три кнопки Вернуться к выбору разделов, т. е. главное окно программы, Вернуться на этап назад и Еще раз повторить все этапы (см. рис. 2.3.4).

Рис. 2.3.4 — Принцип работы гидромеханического привода Ротор гидронасоса с плунжерами и распределительным диском. Этот раздел не отмечен отдельной кнопкой и активируется нажатием левой кнопки мыши на самом элементе гидронасоса. Об этой возможности нас информирует загашающаяся подсказка в верхней части экрана при наведении на ротор указателя мыши (см. рис. 2.3.5). Далее изображен сам насос с плунжерами, опорной шайбой и распределительным диском.

Рис. 2.3.5 — Ротор гидронасоса с плунжерами и распределительным диском В начале запускается анимация раздвигающихся частей насоса, что дает представление о том что элемент сборный и взаимосвязанный. Каждая часть активируется наведением мыши и всплывает окно с пояснительной информацией о данной части насоса. Сам же гидронасос тоже является активным элементом. Об этом говорит загарающаяся подсказка в верху экрана. Если мы нажмем на область гидронасоса то возникнет трехмерное изображение насоса с разрезом (см. рис. 2.3.6).

Рис. 2.3.6 — Ротор гидронасоса в разрезе При открытии раздела основного раздела гидронасоса мы видим что у нас в распоряжении две кнопки Действующие силы и Вернуться. Кнопка «Действующие силы» открывает раздел, в котором мы имеем представление о действующих силах на плунжера в ходе работы гидронасоса. Силы предствлены векторно и заанимированы (см. рис. 2.3.7).

Рис. 2.3.7 — Действующие силы

2.4 Алгоритм работы программы

Основой создания любого программного продукта являются алгоритмы работы различных его частей. Общий алгоритм работы программы представлен на рисунке 2.4.1.

Рис. 2.4.1 — Алгоритм работы программы Внутри программы определяется, из какого каталога была запущена программа. Это нужно для того, чтобы можно было свободно перемещать программу в любое место жёсткого диска, не внося каких-либо изменений в работу программы.

Определяется оптимальное положение и размер экрана. При желании пользователь имеет возможность его изменить.

Производится загрузка графических элементов программы.

Пользователь выбирает задачу, которую должна выполнить программа.

Происходит выполнение выбранной пользователем задачи.

6. После получения сигнала программа останавливает свою работу и приложение закрывается.

2.5 Разработка руководства пользователя

Окончательный этап дипломной работы — разработка руководства пользователя. Основными пунктами руководства пользователя являются:

— системные требования;

— методическое пособие по работе с программой;

— комплект поставки;

Системные требования Аппаратные средства Минимальные требования к конфигурации аппаратных средств программного обеспечения Adobe® Flash® Player 10 (по результатам всестороннего тестирования, проведенного компанией Adobe):

Рекомендуемые аппаратные средства для воспроизведения видео стандартной и высокой (HD) четкости Следующая минимальные требования к конфигурации аппаратных средств рекомендуются для оптимального воспроизведения контента:

Операционные системы и браузеры

Flash Player 10 поддерживается операционными системами и браузерами со следующими минимальными требованиями:

Windows

автоматизированный обучающий система гидросистема

Macintosh

Linux

Solaris™

В Macintosh графическое процессорное устройство ATI Rage 128 не поддерживает полноэкранный режим с масштабированием аппаратных средств.

В Linux поддерживается только архитектура Advanced Linux Sound Architecture (ALSA) (OSS/ESD не позволяет воспроизвести звук). Поддерживаются версии браузера на основе GTK2.

Языки

Flash Player 10 доступен на следующих языках — португальский (Бразилия), упрощенный китайский, традиционный китайский, чешский, нидерландский, английский, французский, немецкий, итальянский, японский, корейский, польский, русский, испанский, шведский и турецкий.

Примечание Проигрыватель Flash Player 10 несовместим с операционными системами Microsoft Windows 98, Microsoft Windows ME, Macintosh OSX 10.1 — 10.3, а также Red Hat® Enterprise Linux 3 и 4. Загрузить последнюю версию проигрывателя Flash Player 9 для этих операционных систем можно на странице TechNote.