Среди математических методов, освоение которых выносится на практические занятия по математике в военно-инженерных вузах, можно выделить особый класс важных прикладных алгоритмов, при реализации которых неизбежны большие непроизводительные затраты учебного времени, связанные с рутинными вычислениями или графическими построениями. Например, к ним стоит отнести прикладные задачи и алгоритмы теории графов, вычисление вероятностей состояний марковской цепи через n шагов и предельных вероятностей, методы решения задач линейного программирования и некоторые другие. Традиционная форма проведения этих занятий не позволяет в должной степени достичь учебных целей занятия из-за названных трудностей.
Для того чтобы устранить эту трудность, авторами были разработаны новые технические средства обучения, базирующиеся на созданной на базе персональных ЭВМ телекоммуникационной видеосети [1]-[2] и на новом программном обеспечении ПЭВМ.
В монографии [3] показано, что использование компьютерных математических систем наряду с видеосетью при проведении практических занятий по математике в компьютерном классе приводит к значительной их интенсификации, что позволяет повысить качество подготовки курсантов. Но наряду с этим разработка компьютерных программ учебного назначения и их применение для интенсификации и автоматизации практических занятий также должна приводить к повышению качества математического образования курсантов[4]. Чтобы в этом дополнительно убедиться для исследования было выбрано занятие «Матричные и числовые характеристики ориентированных графов», которое включает в себя 2 учебных вопроса: 1) матричные характеристики ориентированных графов; 2) числовые характеристики ориентированных графов.
С целью автоматизации и интенсификации этого занятия была разработана обучающая программа, которая содержит в себе:
1) теоретическую информацию об изучаемых алгоритмах;
2) модуль тестирования, осуществляющий проведение входного контроля знаний и умений курсантов по теме занятия с проставлением оценки;
3) двадцать пять вариантов индивидуальных заданий, выполняемых на ПЭВМ в диалоговом режиме с автоматизацией всех рутинных вычислений, отвлекающих внимание обучаемых от освоения алгоритмов изучаемых методов.
4) визуально-графическое сопровождение выполняемых заданий;
5) контроль правильности выполняемых обучающимся действий с фиксацией количества ошибок;
6) сопутствующие сообщения о ходе выполнения работы;
7) отображение результатов по окончании работы с проставлением оценки.
Разработанная программа позволяет удобно излагать материал, в ходе освоения которого курсанту будут предоставляться краткие сведения из теории. Осуществляется тестовый входной контроль знаний и умений курсантов по теме занятий. Дается возможность самому курсанту опробовать полученные знания и закрепить материал. В процессе выполнения работы программа контролирует действия курсанта и указывает на допущенные ошибки.
В разработанной обучающей программе используется динамическое создание графа (основной объект в изучаемом алгоритме) на основе заранее заданных данных, что позволяет преподавателю, при необходимости, легко внести оперативные изменения в исходные данные, не испортив при этом программу.
Использование графических возможностей компьютера, позволило создать динамические сцены, отображающие процесс выполнения работы, а также позволило курсантам, выполняющим работу, собственноручно производить графические манипуляции, как если бы они это делали на бумаге.
Все возможности разработанной программной среды направлены на повышение уровня усвоения изучаемых на практическом занятии алгоритмов. И что не менее важно, курсанты могут самостоятельно осваивать изучаемые алгоритмы и получать всю необходимую им для этого информацию.
Достаточно большое количество вариантов заданий позволяет осуществлять тренинг знаний и умений по теме занятия, т.е. данная обучающая программа может быть использована курсантами в качестве тренажера.
Для реализации поставленной задачи использовался язык Object Pascal в среде разработки Delphi 7. Выбор обусловлен тем, что эта среда снабжена удобным визуальным конструктором программ. Delphi (вместе с объектной библиотекой VCL) позволяет эффективно программировать под MS Windows, не отвлекаясь на выяснение всех деталей Win API, а работать над логикой программы.
Применение Delphi уменьшает затраты времени и ресурсов на создание приложений, поскольку все функции среды разработки Delphi – от средств создания настольных приложений до средств работы с веб-приложениями и серверами – подчинены одной цели: ускорить создание программ. А среда быстрой разработки позволяет уменьшить объем кода, необходимого для решения задач, стоящих перед разработчиками.
В начале работы программы на экране отображается главная форма (рисунок 1), которая содержит меню и информацию о том, что пользователю нужно сначала зарегистрироваться, нажав на пункт меню «Регистрация». Для того, чтобы узнать информацию о программе, необходимо нажать на пункт меню «О программе». Для получения теоретической справки нажимают на пункт меню «Теория». Для прохождения тестирования с целью входного контроля знаний и умений нажимают на пункт меню «Тестирование». После прохождения тестирования программа проставляет курсанту оценку. Для выхода из программы нужно нажать пункт меню «Выход».
Рисунок 1. Главная форма обучающей программы
При нажатии на пункт меню главной формы «Регистрация» появляется форма, которая содержит поля для заполнения курсантом (рисунок 2). Курсанту необходимо ввести свою фамилию, номер группы и номер варианта.
Рисунок 2. Форма регистрации
Приведем далее некоторые характерные скриншоты обучающей программы.
После успешной регистрации необходимо нажать на пункт меню «Теория». Появляется форма (рисунок 3).
Рисунок 3. Первая форма основных теоретических положений
Нажимая последовательно на кнопку «Вперед», получаем изображения остальных 7 страниц теоретических положений.
После нажатия на пункт меню «Тестирование» появляется форма (рисунок 4).
Рисунок 4. Регистрация перед началом тестирования
После прохождения регистрации при нажатии на кнопку «Начать работу» появляется форма, содержащая первый вопрос тестирования (рисунок 5) и так далее до 10 вопросов. Тестирование можно проводить на консультации перед занятием.
Рисунок 5. Форма меню «Тестирование», содержащая первый вопрос
Для выполнения индивидуального задания (всего их 25 вариантов) необходимо нажать на пункт меню «Задание». Появляются формы (рисунок 6 — рисунок 8), на которых выполняются варианты индивидуальных заданий.
Рисунок 6. Выполнение варианта индивидуального задания
Рисунок 7. Переход к выполнению задания №2
Рисунок 8. Завершение формирования матрицы инциденций В
После нажатия на любую точку экрана, представленного на рисунке 8, появляется форма индивидуального задания №3 (рисунок 9).
Рисунок 9. Исходная форма для выполнения задания №3
После выполнения задания №3 первого учебного вопроса курсанты переходят к освоению учебного вопроса №2 (рисунок 10).
Рисунок 10. Формулировка второго учебного вопроса занятия
После нажатия на любую точку экрана (рисунок 10) появляется исходная форма для нахождения числовых характеристик ориентированных графов (рисунок 11).
Рисунок 11. Исходная форма для выполнения задания
второго учебного вопроса
Далее проведя ряд манипуляций с программой работу заканчиваем (рисунок 12).
Рисунок 12. Завершение выполнения заданий автоматизированного
практического занятия
Отметим, что автоматическое нахождение обучающей программы матриц позволяет сэкономить большое количество учебного времени, так как освобождает курсантов от рутинной работы по нахождению степеней матрицы А. Этот материал они освоили ранее.
Таким образом, была разработана программа для ЭВМ, которая позволяет осуществлять обучение в диалоговом режиме с автоматизацией рутинных действий и контролем правильности выполнения шагов изучаемых алгоритмов. При этом она реализует педагогический принцип наглядности обучения. Программа позволяет интенсифицировать проведение практического занятия по теме «Матричные и числовые характеристики ориентированных графов». Достаточно большое количество вариантов заданий (25 вариантов) позволяет осуществлять тренаж знаний и умений по теме занятия.
Проведенный педагогический эксперимент показал, что использование на практических занятиях по математике разработанной обучающей программы приводит к заметной интенсификации их проведения. Так количество решаемых на занятиях учебных задач увеличивается примерно в 3 раза по сравнению с занятиями, проводимыми в обычной форме. При этом коэффициент качества повышается на 46 процентов, а коэффициент успешности – на 27 процентов.
Список литературы:
- Паршин А.В. Телекоммуникационная видеосеть на базе персональных ЭВМ и ее применение в образовательном процессе // Телекоммуникации. 2003. №6. С. 56-61.
- Паршин А.В., Лебедев А.В. Опыт создания и использования телекоммуникационной видеосети в компьютерном классе // Телекоммуникации. 2013. №4. С. 48-57.
- Паршин А.В. Математические модели и специальные программно-технические средства обучения курсантов математике в военных вузах: монография. Воронеж: ВАИУ. 2009. 270 с.
- Паршин А.В., Панюшкин В.Н., Альмагамбетов Т.А., Сидоренко И.А. Проблема автоматизации практического занятия «Математические и числовые характеристики неориентированных графов» // Сборник статей по материалам II Межвузовской научно-практической конференции курсантов и слушателей «Молодежные чтения, посвященные памяти Ю.А. Гагарина». Воронеж: ВУНЦ ВВС «ВВА». 2015. С.17-23.[schema type=»book» name=»ИНФОРМАЦИОННО-КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В УПРАВЛЕНИИ КАЧЕСТВОМ ОБУЧЕНИЯ КУРСАНТОВ ОРИЕНТИРОВАННЫМ ГРАФАМ» description=»В работе обоснованна необходимость проведения занятия «Матричные и числовые характеристики ориентированных графов» в компьютерном классе с использованием телекоммуникационной видеосети и новой обучающей программы, разработанных авторами. Проведен педагогический эксперимент, показавший повышение качества обучения курсантов за счет проведения таким способом занятия. Так количество решаемых учебных задач увеличивается примерно в 3 раза. При этом коэффициент качества повысился на 46 процентов, а коэффициент успешности – на 27 процентов.» author=»Паршин Анатолий Васильевич, Панюшкин Владимир Николаевич, Сидоренко Иван Андреевич» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-01-18″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_28.11.15_11(20)» ebook=»yes» ]