Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ методов и средств обучения специализированной проектной деятельности (СПД) в САПР 14
1.1. Проектная деятельность, специализированная проектная деятельность и САПР 14
1.1.1. Понятия проектной деятельности и специализированной проектной деятельности 14
1.1.2. Структура процесса проектирования 16
1.2. Методы обучения СПД 19
1.2.1. Классификация методов обучения СПД 19
1.2.2. Анализ недостатков тренинговой формы обучения- основной формы обучения СПД 23
1.3. Компьютерные средства обучения (КСО)СПД ., 26
1.3.1. Классификация КСО СПД 27
1.3.2. Концептуальная архитектура КСО СПД 29
1.3.3. Виды контроля знаний применяемые в КСО СПД 32
1.4. Анализ средств разработки КСО СПД 33
1.4.1. Авторские системы для разработки КСО СПД 33
1.4.2. Анализ возможностей авторских систем 36
1.5. Анализ моделей учебных курсов СПД 44
1.5.1. Модели на семантических сетях, фреймовые, гипертекстовые и графовые модели 44
1.5.2. Графовая информационно-логическая модель Башмаковых 52
1.5.3. Графовая модель учебно-методического комплекса КАДИС 55
1.5.4. Анализ недостатков рассмотренных графовых моделей обучения 59
1.6. Постановка задачи 61
1.7. Выводы 70
ГЛАВА 2. Разработка графового подхода поддержки и анализа обучения СПД 72
2.1. Разработка системы графов поддержки и анализа обучения СПД 72
2.1.1. Граф структуры СПД-основа системы графов 72
2.1.2. Граф анализа покрытия учебным материалом СПД 77
2.1.3. Граф анализа акцентов наМПО учебного курса 81.
2.1.4. Граф анализа прогресса обучения СПД 87
2.1.5. Граф анализа результатов обучения СПД 92
2.1.6. Разработка системы графов для обучения СПД 96
2.2. Разработка графовой модели учебного курса 99
2.2.1. Определение графовой модели учебного курса 99
2.2.2. Модуль проектной операции- элементарная логическая единица учебного курса 100
2.2.3. Граф изучения СПД (ИСПД-граф) и типовые последовательности изучения проектных операций 103
2.2.4. Правила перемещения обучаемого по ИСПД-графу 110
2.3. Выводы 113
ГЛАВА 3. Разработка алгебры моделей учебных курсов 116
3.1. Определение алгебры моделей учебных курсов 116
3.1.1. Операции алгебры моделей учебных курсов 116
3.1.2. Предсгавление типовых последовательностей изучения проектных операций в алгебре моделей учебных курсов 127
3.2. Операции преобразования в алгебре моделей учебных курсов 129
3.2.1. Операция преобразования «Вставка»-1NS 130
3.2.2. Операция преобразования «Удаление»-DEL 133
3.2.3. Операция преобразования «Замещение»-RPL 139
32.4. Операция преобразования «Наложение»- 144
3.3. Выводы 149
ГЛАВА 4. Проектирование и оценка КСО СПД 150
4.1. Методика разработки учебных курсов в КСО СПД 150
4.1.1. Конструирование ССЦД-графа , 150
4.1.2. Отбор, классификация и группировка учебного материала 154
4.1.3. Разработка тестов для оценки знаний при помощи пакета программ УСАТПК2.000 158
4.1.4. Определение требований к контрольным МПО 160
4.1.5. Конструирование ИСПД-графа 165
4.2. Принципы адаптации КСО СПД к обучаемому инженеру 166
4.2.1. Типы а-условий, применяемых в КСОСПД 166
4.2.2. Применение типовых последовательностей изучения проектных операций для реализации адаптации КСО СПД 170
4.3. Структура КСОСПД 177
4.4. Методика оценки характеристик КСО СПД 183
4.5. Выводы 191
Заключение 193
Библиографический список использованной литературы 196
- Анализ недостатков тренинговой формы обучения- основной формы обучения СПД
- Модуль проектной операции- элементарная логическая единица учебного курса
- Предсгавление типовых последовательностей изучения проектных операций в алгебре моделей учебных курсов
- Определение требований к контрольным МПО
Введение к работе
Актуальность проблемы. Наличие высококвалифицированных инженеров, ведение непрерывных работ по повышению их квалификации, обучение новых кадров- признаки высокоразвитой проектной культуры предприятия
Современное состояние в области САПР можно охарактеризовать приводимыми ниже основными положениями.
1. Появилось множество проектов, полностью выполненных с примене-
ниемкомпьютерныхтехнологий.
2. Работа с программным обеспечением стала комфортнее, но при
этомононепрерывнопродолжаетусложняться.
-
Сложность проектируемых изделий постоянно повышается, возрастают требования к качеству результатов проектирования, все чаще возникает необходимость вариантного проектирования.
-
Наблюдается быстрая сменяемость версий пакетов САПР, определяемая требованиями к объектам проектирования.
-
Повысились требования к уровню подготовки кадров. Современный инженер не только обязан быть компетентным в области проектирования, но и должен владеть компьютерными технологиями, бьпь знакомым с передовыми разработками в области автоматизированного проектирования. Компьютер стад главным инструментом поддержки проектной деятельности.
6. Возросла нагрузка на каждого инженера. Возросшие требования к
квалификации, необходимость быстрого обучения новым версиям пакетов САПР,
требование многопрофильности, которое предъявляют современные предпри
ятия,- все это является дополнительной нагрузкой для современного инженера.
В сложившихся условиях остро встает проблема обучения инженеров специализированной проектной деятельности при использовании пакетов САПР.
Иоаспеи иализированной проектной деятельностью (СПИ) понимаетсяиро -ектная деятельность, которая выполняется при помощи пакетов САПР,реали -зуетзадачиконкретнойобластипроектированияиучитываетособенностиобъ-ектов проектирования.
Современные широко распространенные пакеты САПР имеют в своем составе компьютерные средства обучения (КСО), которые позволяют изучить возможности пакетов и принципы работы с ними. Кроме того, существует множество коммерчески распространяемых КСО для пакетов САПР.
Анализ известных встроенных КСО для пакетов САПР, позволяет выделить ряд их общих недостатков: 1) не учитывают, в силу своей универсальной технической реализации, особенности обучения СПД, 2) в большинстве случаев не позволяют расширять и добавлять новый обучающий материал, 3) обладают слабыми средствами контроля за обучением СПД.
Проведенный анализ средств разработки КСО СПД позволяет сделать вывод, что КСО СПД создаются преимущественно при помощи инструментальных сред-авторских систем (АС). Свойственная большинству АС универсальность не позволяет учесть в них особенности обучения СПД.
Модели, используемые в качестве основы представления учебных курсов
(УК) в АС (на семантических сетях, графовые, фреймовые, гипертекстовые моде
ли), также не отражают особенности обучения СПД.
Анализ моделей УК позволяет выделить графовые у одивд, ИСИЩВИбдИИЧИИ
svpk 1
тимальные для представления УК СЦД. Это обусловлено их наглядностью, удобством определения отношений и связей между элементами УК, простотой преобразования структуры УК и масштабируемостью, возможностью создания структур УК различной сложности.
Таким образом, в настоящее время, актуальной и имеющей большое практическое значение задачей является разработка и применение компьютерных средств обучения специализированной проектной деятельности (КГ.О С.ГПТУ обеспечивающих эффективность, качество и сокращение сроков обучения инженеров.
Целью работы является исследование и разработка компьютерных методов и средств обучения инженеров СЦД в САПР, которые позволили бы повысить эффективность обучения путем введения контроля над рядом его характеристик и путем сокращения времени разработки учебных курсов.
В соответствии с поставленной целью в работе формулируются и решаются четыре задачи исследований,
-
Разработка графового подхода для поддержки и анализа обучения СЦД.
-
Разработка графовой модели учебного курса.
-
Разработка алгебры и операций преобразования моделей УК.
-
Разработка архитектуры и компонентов КСО СЦД.
Объектом исследования является обучение проектированию на основе пакетов САПР.
Предметом исследования являются методы и средства компьютерного обучения инженеров СЦД в САПР.
Методы исследования основаны на использовании положений и методов теории алгоритмов, теории множеств, теории алгоритмических алгебр, теории графов, теории параллельного программирования и параллельных сетевых схем алгоритмов, а также основ системотехники и теории автоматизированного проектирования.
Научная новизна определяется разработанным графо-алгебраическим подходом к обучению специализированной проектной деятельности в САПР. Предложенный подход позволяет повысить эффективность обучения СЦД за счет:
-
учета структуры специализированной проектной деятельности в обучении, что позволяет контролировать ряд характеристик обучения СЦД;
-
введения контроля за рядом характеристик обучения специализированной проектной деятельности, как на этапе разработки УК (полнота представления элементов СЦД в учебном курсе, акценты в учебном курсе на элементы СЦД), так и на этапе его применения (полнота изучения элементов СЦД обучаемым, результаты изучения элементов СЦД обучаемым);
-
сокращения времени разработки УК путем применения простой и удобной графовой модели УК СЦД;
-
выполнения синтеза, преобразования и масштабирования УК СЦД при помощи разработанной алгебры моделей учебных курсов;
-
применения методики разработки УК СЦД, которая также способствует сокращению времени разработки УК.
Практическая ценность. Практическими результатами диссертационной работы являются:
\)разработана архитектура и компоненты КСО СПД, обеспечивающие поддержку обучения СПД через реализацию графо-алгебраического подхода к обучению. Архитектура КСО СПД включает 14 модулей, среди которых: модуль ввода и редактирования блоков учебного материала, модуль ввода и редактирования графа изучения СПД, модуль трансляции и модуль интерпретации графа изучения СПД, модуль ввода и редактирования графа структуры СПД, модуль анализа результатов обучения, модуль ввода тестов, модуль генерации аналитических графов и др. Компоненты КСО СПД позволяют:
а) задавать структуру и наполнять обучающим материалом УК СПД путем
конструирования и визуализации графа Изучения СДДХИСПД-графа);
б) конструировать граф Структуры СДДЇССПД-граф);
в) генерировать и визуализировать аналитические графы, входящие в сис
тему графов для поддержки и анализа обучения СПД;
г) сохранять графовую модель учебного курса в разработанном формате на
основе технологии XML;
2)разработана подсистема оценки знаний УСАТИК2.000, в которой используются методы классической теории тестирования для разработки научно обоснованных тестов оценки знаний. Подсистема оценки знаний может применяться как независимый инструментарий для организации и проведения входного, текущего, итогового компьютерного тестирования результатов обучения СПД с функциями оценки качества используемых тестов. На УСАТИК 2.000 полученоСВИДЕТЕЛЬСТВО(РОСПАТЕНТ)обофициалънойрегистрациипро-граммы для ЭВМ № 2001611642. Коммерческие продажи по всей России и странам ближнего зарубежья подтверждают его практическую ценность;
У)разработан формат представления графовоймоделиУКСПДи структуры СПД на основе технологии XML. Формат, который является открытым для дальнейшего расширения, реализует хранение информации: о структуре СПД и ее представлении на экране монитора; о структуре учебного курса для обучения СПД; о представлении учебного курса в виде ИСПД-графа на экране монитора; о содержимом учебного курса СПД в виде модулей проектных операций (МПО) и их компонентов.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные программные средства внедрены в производственный процесс ФГУП «НПО «Марс» (г.Ульяновск), а также в учебный процесс: 1) Ульяновского государственного технического университета (г. Ульяновск), 2) Донского государственного межрегионального колледжа строительства, экономики и предпринимательства (г. Новочеркасск), 3) Челябинского монтажного колледжа (г. Челябинск), 4) Государственного предприятии «Регитра» (Литва, г.Вильнюс).
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: Международной конференции «Континуальные алгебраические логики, исчисления и нейроинформатика в науке и технике» (КЛИН-2004) , г. Ульяновск, 2004; IV Международной конференции «Компьютерное моделирование 2003», г. Санкт-Петербург, 2003; Между-
народной конференции «Интерактивные системы: Проблемы человеко-компьютерного взаимодействия 2003», г. Ульяновск, 2003; Международной научной конференции «Компьютерное моделирование и информационные технологии в науке, инженерии и образовании», г. Пенза, 2003; X Международной научно-технической конференции «Математические методы и информационные технологии в экономике, социологии и образовании (МК-85-92)», г. Пенза, 2002; Международной научно-технической конференции "Интерактивные системы», г.Ульяновск, 2001; IX Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и инфоматика-2002», г. Москва, 2002; IV Всероссийской научно-практической конференции «Современные информационные технологии в образовании», г. Рязань, 2002; VII Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в науке, проектировании и производстве», г. Нижний Новгород, 2002; Ежегодных внутривузов-ских конференциях профессорско-преподавательского состава, г. Ульяновск, 2004, 2003,2002,2001.
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 14 печатных работ. Получено СВИДЕТЕЛЬСТВО (РОСПАТЕНТ) обофициальнойрегистрации программы для ЭВММ2001611642.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы, изложенных на 206 страницах машинописного текста, а также восьми приложений на 134 страницах машинописного текста, содержит 71 рисунок и 26 таблиц.
Список литературы включает 161 наименование.
Анализ недостатков тренинговой формы обучения- основной формы обучения СПД
Независимо от используемых методик обучения, часто преподаватели вынуждены отмечать, что прежде чем начать эффективно работать с изученной САПР, инженеру требуется определенное количество времени, чтобы «осмыслить знания», полученные им в ходе обучения [4,5].
Но почему у инженера уже прошедшего курс обучения, согласно [5], «... наступает период осмысления полученных знаний и накопления навыков практической работы»? Почему преподаватели вынуждены дополнительно оговаривать, что «Этот процесс обычно занимает одну-две недели, после чего инженер полностью осваивается с системой, она становится для него удобным повседневным инструментом»? [5]. Тогда какие знания дают инженеру на специализированных курсах? Почему обученный инженер сразу не может приступить к эффективной работе с изученной САПР?
По мнению автора, ответы на эти вопросы скрыты в применяемых методах и средствах обучения СПД. Прежде всего, необходимо отметить, что на учебных курсах (УК), которые организуются обучающими фирмами, инженер не может изучить СПД своего предприятия. Большинство методик обучающих фирм рассчитаны не на изучение СПД, а на изучение интерфейса САПР, И с их стороны такой подход вполне оправдан, т.к. обучающая фирма организует и проводит учебные курсы с персоналом множества предприятий и, как правило, имеет учебные курсы по множеству различных САПР. В этом легко убедиться, посетив несколько сайтов в сети INTERNET, и посмотрев на список услуг обучающих фирм (список учебных курсов).
Таким образом, определение места, роли, методов использования «изученной» САПР в СПД предприятия, целиком ложится на «обученного инженера», который во время своего обучения познакомился лишь с интерфейсом САПР и ее функциональностью.
Поэтому, автор считает, что инженер в «период осмысления полученных знаний» вынужден проводить построение ассоциативных связей между знаниями, полученными в ходе обучения, и реально существующей СПД предприятия. Т.е. ассоциировать полученные им знания и умения с реальными этапами проектирования, проектными процедурами и проектными операциями, которые существуют на его предприятии.
Таким образом, первый и самый главный недостаток почти всех тренинговых форм обучения- отсутствие привязки к СПД конкретного предприятия.
Слово «почти» использовано по причине того, что в классификации видов тренинговых форм обучения (см. п. 1.2Л), есть упоминание специализированного тренинга [4]. Только в данном виде тренинга ставится цель обучить инженера СПД предприятия, учитывая при этом внедренную на предприятии САПР, т.е. трансформировать процедуры СПД с учетом нового инструментария.
Выделим основные недостатки специализированного тренинга: 1. Необходимость допуска посторонних людей к информации связанной с деятельностью предприятия. Для эффективной организации и проведения специализированного тренинга, преподаватели обучающей фирмы должны быть обязательно ознакомлены с существующей СПД предприятия-заказчика. Следовательно, появляется опасность утечки важной информации, составляющей коммерческую тайну предприятия. 2. Затруднено определение и прогнозирование сроков обучения. В специализированном тренинге результатом является- хорошо обученная, сплоченная команда инженеров, которая способна успешно решать проектные -25-задачи с применением внедренных в СПД предприятия инструментальных средств (САПР). Сроки достижения данного результата очень трудно заранее спрогнозировать, т.к. на него влияет слишком много факторов, как количественных, так и качественных. Например: а) индивидуальная скорость усвоения материала у каждого инженера, б) кадровые перемещения (увольнение сотрудников, прием новых), в) психологическая неготовность инженеров к , проведению подобных мероприятий, г) непредвиденные внешние и внутренние обстоятельства (относительно предприятия) и т.д. 3. Высокая стоимость. Стоимость специализированного тренинга в несколько раз превышает стоимость пилотного и базового тренинга и никогда не является жестко фиксированной (используется почасовая схема оплаты труда персонала обучающей фирмы). Специализированный тренинг- самый сложный, трудоемкий и дорогой вид тренинга. Размытая верхняя граница продолжительности специализированною тренинга («до нескольких месяцев», см. п.].2.1), является одним из подтверждений серьезности проблемы обучения СПД и ее сложности. К другим основным недостаткам тренинговых форм обучения относятся: 1. Сложность сокращения времени обучения технически грамотного персонала. УК, как правило, прослушивается всеми инженерами полностью, независимо от их уровня подготовки. Это связано с желанием исключить пробелы в знаниях обучаемых инженеров. 2. Преподаватель не может уделять достаточно времени на индивидуальные консультации для обучаемого инженера. Необходимость в подобных консультациях очень большая, так как САПР является сложным классом программных продуктов. 3. Затруднен текущий контроль и контроль результатов обучения каэюдого обучаемого инженера. Преподаватель во время курса обучения, в основном, сосредоточен на изложении учебного материала и небольших индивидуальных консультациях, которые, в силу ограниченности времени обучения, минимальны. Степень усвоения учебного материала контролируется в конце всего УК, путем выдачи одной или нескольких практических задач. Эти задачи призваны проверить усвоение основных элементов УК и связаны с выполнением каких-либо действий, построений, вычислений при помощи САПР. -26-4. Невозможность учета индивидуальных особенностей каждого обучаемого инженера. 1) Каждый обучаемый инженер имеет свой уровень технической подготовки и опыта. 2) Скорость и техника усвоения учебного материала у каждого человека индивидуальна. 3) Сложность учебного материала индивидуальна для каждого обучаемого инженера (один и тот же учебный материал для одного может оказаться простым, а для другого сложным). Устранение вышеперечисленных недостатков возможно путем ввода в обучение СПД компьютерных средств обучения, а также перехода на смешанную форму обучения СПД. В смешанной форме обучения, как было показано в п. 1.2.1, в обучении участвует и КСО СПД и преподаватель. При этом роль преподавателя в обучении достаточно пассивна, а основную роль в обучении инженеров берег на себя КСО СПД. Рассмотрим существующие виды КСО СПД, решаемые при их помощи задачи, а также концептуальную архитектуру КСО СПД.
Модуль проектной операции- элементарная логическая единица учебного курса
Приведем методику расчета основных характеристик КСО СПД, кстгорая предназначена для сравнения КСО СПД с другими средствами разработки КСО. В результате своего применения методика позволяет получить оценку КСО СПД выраженную в числовом виде.
Дополнительным вариантом применения методики является оценка программных продуктов, не имеющих аналогов на рынке. В этом случае сравнение производится с «идеальным программным продуктом», имеющим максимально возможные показатели (то есть 100 баллов по каждой из характеристик). Чем ближе рассматриваемый программный продукт к «идеалу», тем больше его теоретические шансы на успех.
Согласно разработанной методике, оценкой КСО СПД является сумма ее весовых характеристик. Каждая весовая характеристика рассчитывается как произведение оценки (целочисленная шкала [0, 100]) на ее весовой коэффициент (дробная шкала [0, 1]). Сумма весовых коэффициентов по всем характеристикам равна единице.
Выделим три группы характеристик для оценки КСО: 1. Общие для всех программных продуктов (см. табл. 12). 2. Специфичные для средств разработки КСО (см. табл. 13). 3. Экспериментальные (см. табл. 14). К группе общих для всех программных продуктов характеристик относятся: 1. Надежность-отказоустойчивость. Характеризует способность программного продукта работать без сбоев и предсказуемо, а также его устойчивость при внешних дестабилизирующих факторах (корректная обработка ошибочных ситуаций и адекватная реакция на данные ситуации). 2. Безопасность-конфиденциальность, Характеризует способность программного продукта препятствовать действиям, направленным на несанкционированное получение, модификацию, удаление или преобразование пользовательских данных. 3. Эффективность по быстродействию. Характеризует быстродействие программного продукта и минимальные аппаратные требования, необходимые для его функционирования (производительность процессора, объем системной памяти, минимально необходимый объем свободной памяти на жестком диске и т.д.) 4. Стоимость. Характеризует стоимость программного продукта, а также затраты на приобретение дополнительного аппаратного обеспечения, которое необходимо для его работы. 5. Удобство-интуитивность интерфейса. Характеризует внешний вид (дизайн), логику организации меню, расположение элементов интерфейса, доступ к функциональности программного продукта, наличие контекстно-зависимой справочной системы. 6. Открытость. Характеризует возможность модификации существующих и добавления новых функций в программный продукт. 7. Мультиплатформенность. Характеризует возможность программного продукта функционировать на различных аппаратных платформах и под управлением различньк. операционных систем. 8. Затраты на сопровождение. Характеризует денежные затраты необходимые на сопровождение и поддержку программного продукта уже после его приобретения. 9. Мобильность. Характеризует возможность быстрой транспортировки и развертывания программного продукта на различных рабочих местах. На мобильность влияет; а) удобство установки программного продукта, б) объем его дистрибутива, в) возможные режимы работы программного продукта: локальный, файл-серверный, клиент-серверный, многозвенный, сетевой (INTERNET), г) лицензионная политика поставщика программного продукта (1 лицензия=1 компьютер, 1 лицензия=сетевая версия на X рабочих мест, бесплатная лицензия и т.п.), д) его мультиплатформенность. Девять вышеперечисленных характеристик являются универсальными и их значения могут быть определены для любого программного продукта, независимо от его назначения и функций. К группе специфичных для средств разработки КСО характеристик относятся: 1. Адаптивность к обучаемому. Характеризует способность программного продукта обеспечить настройку (адаптироваться) на обучаемых с разными учебными целями, знаниями, возможностями и способностями. 2. Квалификация разработчика УК. Характеризует требования, предъявляемые к квалификации разработчика учебного курса, необходимые для разработки УК в КСО: опыт в разработке компьютерных и обычных УК, методологические знания, знание языков программирования или владение основами алгоритмизации, знание математических моделей и определенных терминов и т.п. 3. Начальная квалификации обучаемого. Характеризует требования, предъявляемые к начальной квалификации обучаемого и необходимые для начала работы с конечной КСО, разработанной при помощи оцениваемого средства разработки. 4. Возможный уровень взаимодействия с САПР. Характеризует возможный уровень взаимодействия программного продукта с целевой САПР, который выражается: а) в способности отслеживать действия обучаемого в целевой САПР, б) в способности управлять поведением целевой САПР. 5. Разнообразие форм учебного материала. Характеризует реальное и возможное применение разнообразных форм представления учебного материала во время обучения. 6. Средства диагностики процесса обучения. Характеризует наличие и функциональность средств диагностики процесса обучения: оценка полноты и качества разработанного учебного курса, определение валидности и качества используемых тестов и т.п. 7. Средства диагностики полученных знаний. Характеризует наличие и функциональность средств диагностики полученных знаний: оценка начальных, текущих и итоговых знаний, виды поддерживаемых тестов, возможность составления отчетов о результатах тестирования, возможности анализа результатов тестирования. 8. Мощность моделей обучения. Характеризует гибкость, удобство использования, доступность для понимания, универсальность применяемых в программном продукте моделей обучения. Восемь вышеперечисленных характеристик позволяют оценить инструментарий и возможности какой-либо среды разработки КСО по сравнению с другой. При необходимости учета дополнительных характеристик программного продукта состав группы может быть расширен. К группе экспериментальных характеристик относятся: 1. Средняя продолжительность проектирования учебного курса. Характеризует среднее время проектирования учебного курса. 2. Стоимость разработки учебного курса. Характеризует среднюю стоимость разработки учебного курса. 3. Стоимость обучения специалиста. Характеризует среднюю стоимость обучения специалиста. Определение значений трех вышеперечисленных характеристик возможно только в результате проведения эксперимента. Исходя из этого, данные характеристики и названы экспериментальными.
Предсгавление типовых последовательностей изучения проектных операций в алгебре моделей учебных курсов
В результате проведенных исследований были решены все поставленные исследовательские задачи и получены следующие научные результаты: 1. Разработан графовый подход к обучению СПД. Подход обеспечивает формирование структуры и содержания обучения СПД. Положительный эффект от применения данного подхода выражен в повышении эффективности обучения СПД за счет: 1) учета структуры СПД в обучении, что позволяет контролировать ряд характеристик обучения СПД; 2) совершенствования процедуры анализа обучения СПД путем его оценки по следующим критериям: а) полнота представления СПД в УК, б) акценты в УК на элементы СПД, в) полнота изучения элементов СПД обучаемым инженером, г) результаты изучения отдельных элементов СПД обучаемым инженером. В рамках подхода разработана система, состоящая из пяти ірафов: а) ССПД-граф, предназначенный для представления структуры СПД, б) ПСПД-граф, предназначенный для анализа покрытия учебным материалом СПД, в) АМЛО-граф, предназначенный для анализа акцентов на модули проектных операций учебного курса, г) ПОСД-граф, предназначенный для отображения и анализа хода (прогресса) обучения СПД, д) РОСД-граф, предназначенный для оценки результатов обучения СПД. 2. Разработана графовая модель УК СПД. Модель обеспечивает формирование структуры УК СПД и его содержания. Положительным эффектом от применения графовой модели УК СПД является повышение эффективности обучения СПД за счет сокращения сроков разработки УК СПД. Сокращение сроков разработки УК СПД обеспечивается применением удобной, компактной визуальной модели. Модель УК СПД является масштабируемой в широких пределах, т.к. позволяет организовать обучение: 1) по одному из этапов СПД, 2) по нескольким этапам СПД, 3) по всей СПД предприятия. Модель УК СПД может быть адаптирована, как для хорошо подготовленных инженеров, так и для инженеров с небольшим практическим опытом. Модель включает: а) Множество типовых последовательностей проектных операций (ТППО) для построения графа изучения СПД (ИСПД-графа), б) граф изучения СПД (ИСПД-граф) с учебным материалом, содержащимся в модулях прогктных операций (МЛО), в) правила перемещения обучаемого по ИСПД-графу. 3. Предложена алгебра моделей УК (АМУК). Алгебра обеспечивает синтез и преобразование структуры УК СПД. Положительным эффектом применения АМУК является возможность перехода от алгебраического выражения (АВ) к графовой форме УК СПД. Алгебра включает семь операций, которые позволяют представить структуру любого ИСПД-графа в данной алгебре. Разработаны четыре операции преобразования («вставка», «удаление», «замещение», «наложение»), которые позволяют выполнять преобразования алгебраических выражений, а, следовательно, модифицировать структуру ИСПД-графа записанного в алгебре моделей УК. 4. Предложена методика разработки УК СПД. Методика описывает оптимальную последовательность и содержание этапов проектирования УК для обучения инженеров СПД в САПР. Положительный эффект применения методики заключается в ускорении (по сравнению с известными методами) разработки УК СПД за счет формализации шагов методики проектирования УК. Методика включает следующие основные этапы разработки учебных курсов: а) конструирование ССПД-графа, б) отбор, классификация и группировка учебного материала, в) разработка тестов для оценки знаний, создание контрольных ИМУК, г) определение требований к контрольным ИМУК, д) конструирование ИСПД-графа. Получены следующие практические результаты: 1. Разработана архитектура и компоненты КСО СПД, обеспечивающие поддержку обучения СПД через реализацию графо-алгебраического подхода к обучению. Архитектура КСО СПД включает 14 модулей, среди которых: модуль ввода и редактирования блоков учебного материала, модуль ввода и редактирования графа изучения СПД, модуль трансляции и модуль интерпретации ірафа изучения СПД, модуль ввода и редактирования графа структуры СПД, модуль анализа результатов обучения, модуль ввода тестов, модуль генерации аналитических графов и др. Компоненты КСО СПД позволяют: а) задавать структуру и наполнять обучающим материалом УК СПД путем конструирования и визуализации ИСПД- графа, б) анализировать алгебраическое представление ИСПД-графа, в) конструировать граф структуры СПД (ССПД-граф), генерировать и визуализировать аналитические графы, входящие в систему графов поддержки и анализа обучения СПД, г) сохранять графовую модель УК в разработанном формате на основе технологии XML. 2, Разработана подсистема оценки знаний УСАТИК 2.000, в которой используются методы классической теории тестирования для разработки научно обоснованных тестов оценки знаний. Подсистема оценки знаний может применяться как независимый инструментарий для организации и проведения входного, текущего, итогового компьютерного тестирования результатов обучения СПД с функциями оценки качества используемых тестов. На УСАТИК 2,000 получено СВИДЕТЕЛЬСТВО (РОСПАТЕНТ) об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2001611642. Коммерческие" продажи по всей России и странам ближнего зарубежья подтверждают его практическую ценность. Данная подсистема внедрена в производственный процесс ФГУП «НПО «Марс», г. Ульяновск, а также в учебный процесс: 1) Ульяновского государственного технического университета (г. Ульяновск), 2) Донского государственного межрегионального колледжа строительства, экономики и предпринимательства (г.Новочеркасск), 3) Челябинского монтажного колледжа (г, Челябинск), 4) Государственного предприятии «Регитра» (Литва, г. Вильнюс). 3. Разработай формат представления графовой модели УК СПД и структуры СПД на основе технологии XML, Формат, который является открытым для дальнейшего расширения, реализует хранение информации: 1) о структуре СПД и ее представлении на экране монитора; 2) о структуре УК СПД и его представлении в виде ИСПД-графа на экране монитора; 4) о содержимом учебного курса СПД в виде МПО и их компонентов.
Определение требований к контрольным МПО
В отличие от операции «а-цикл»(ТПП04), при использовании операции «case-дизъюнкция»(ТПП05), адаптация КСО СПД реализуется при помощи любых определенных в табл. 11 а-условий. Это связано с тем, что в операции «case-дизъюнкция» возможно использование нескольких ct-условий выхода из итерации.
Но и в случае использования операции «case-дизъюнкция» возможно задание таких а-условий, что, например, оператор А2 из примера записи выражения с ТПП05 будет интерпретироваться бесконечное число раз (при aVb = FALSE), а, следовательно, интерпретация ИСПД-графа не сможет быть завершена, Возникает БИЦ2.
Для препятствия возникновению БИЦ2 необходимо сформулировать ограничение 4.8. ОГРАНИЧЕНИЕ 4.8. В операции «case-дизъюнкция», в качестве одного из простых а-условий, должно обязательно использоваться а-условие типа ащ , ал или При выполнении ограничения 4.8, итерационное а-условие (в примере записи выражения с ТПП05 это «aVb») теоретически сможет принимать значение TRUE. «Теоретически», т.к. полностью исключить возникновение БИЦ2 невозможно. Введем также ограничение 4.9, связанное с ограничением 4.8. ОГРАНИЧЕНИЕ 4.9. В операции «case-дизъюнкция», при формировании составного дизъюнктивного условия, первыми простыми а-условиями должны обязательно быть а-условия типов aR1, On и aQt, Введение ограничения 4,9 связано с логикой интерпретации операции «case-дизыонкция» (ТШ105) и позволяет сначала проконтролировать условия выхода из итерации, который (выход) может произойти в результате интерпретации итерационного оператора, и только после этого проверить прочие а-условия выхода из итерации, которые могут быть не связаны с интерпретацией итерационного оператора (это а-условия типов ацг, аТ2, aQ2, аА и oit). Без введения ограничений 4.8 и 4.9 было бы возможно вводить такие а-условия, которые по своей сути являлись бы логическими константами (a-условиями никак не связанными с итерационным оператором) и не позволяли бы использовать логику операции «case-дизъюнкция» (ТШЮ5) в полной мере (см. логику интерпретации ТШЮ5 в главе 2, п.2.2.3). Как и в случае с операцией «а-цикл» (ТШІ04), для препятствия вводу а-условий вызывающих БИ1Д2, в КСО СПД предусмотрен режим отладки, который имитирует работу КСО СПД в режиме обучения (взаимодействие с обучаемым инженером). Адаптация КСО СПД при помощи ТШЮ6: Последовательно-альтернативное изучение проектных операций с условным выходом. Пример записи алгебраического выражения с ТППОб: При использовании ТППОб, на а-условие под итерационной скобкой распространяется ограничение, аналогичное ограничению 4.7 для ТПП04. ОГРАНИЧЕНИЕ 4.10. В алгебраическом выражении с ТППОб, для итерационного условия использование а условий типов ttju, (tji к}2 ад» а« недопустимо. На а-условие под скобкой «(» (Ь в примере записи выражения с ТППОб) никаких ограничений не распространяется, т.е. для него можно использовать любые а-условия, которые определенны в табл. 11. В КСО СПД можно выделить четырнадцать модулей, каждый из которых отвечает за определенную функциональную часть системы (см. рис.53). Взаимодействие между модулями КСО СГ1Д, организуется через центральный модуль (ЦМ) ПРИ помощи команд и общих объектов системы (общих структур данных). Централизация и командный принцип взаимодействия модулей КСО СПД позволяет: 1. Упростить контроль над каждым модулем. 2. Сосредоточить общую логику системы в одном модуле {ядре системы). , 3. Использовать общие объекты, переменные, списки и структуры в любом модуле КСО СПД. На функциональной схеме КСО СПД, которая изображена на рис.53, применяются следующие условные обозначения: 1. Символ «V» в правом нижнем углу модуля означает, что данный модуль имеет визуальный интерфейс с пользователем КСО СПД. 2. Символ «Т» в левом верхнем углу модуля означает, что данный модуль доступен только разработчику УК или преподавателю. Иначе модуль КСО СПД доступен всем категориям пользователей. Рассмотрим модули КСО СПД. Модуль ввода и редактирования блоков учебного материала- МВРБУМ. Предназначен для ввода и редактирования блоков учебного материала (БУМ), которые используются при построении ИСПД-графа. Модуль имеет визуальный интерфейс с пользователем КСО СПД, содержит текстовый редактор с поддержкой форматирования текста и возможностью включения в текст объектов внешних приложений (технология OLE-Container). В качестве внешних объектов могут выступать рисунки, чертежи, графики, таблицы, презентации и т.п. Модуль содержит специальные средства для выделения текста в независимые БУМ (см, п.4.1). Модуль классификации блоков учебного материала- МКБУМ. Предназначен для классификации БУМ, ввод которых проводился при помощи модуля МВРБУМ. Модуль имеет визуальный интерфейс с пользователем КСО СПД и предоставляет средства классификации БУМ. Во время работы с модулем, разработчик УК видит перед собой изображение ССПД-графа, и множество БУМ (в виде матрицы). При помощи элементов интерфейса данного модуля, разработчик УК проводит классификацию БУМ, ассоциируя каждый БУМ с одной из вершин отображаемого ССПД-графа.
