Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Кардинальные изменения в жизни страны изменили роль и функции образования, сместившиеся с обслуживания интересов государства на удовлетворение потребностей личности, общества и социальных групп. Такие изменения с неизбежностью ведут к реконструкции системы образования, включающей пересмотр содержания образования, использование новых образовательных технологий и методик, укрепление связи исследований, инноваций и учебного процесса. Для этого необходим переход от прежней жестко унифицированной к многообразной системе образования, ориентированной на удовлетворение запросов личности.
Компьютерные системы обучения, основанные на использовании электронных учебников, баз данных, средств телекоммуникации и сети Интернет, считаются одним из самых перспективных направлений в развитии различных форм образования.
Но большинство электронных учебников ориентированы только на обучение. Тем самым ограничивается круг пользователей и функциональный состав задач, которые могут решаться с помощью электронных учебников. Более того, эти вопросы слабо проработаны в методическом плане. Такая ситуация приводит к практике создания по одной и той же дисциплине нескольких версий электронных учебников для различных групп пользователей. Это увеличивает трудозатраты и стоимость создания учебников. Кроме того, недостаточно проработаны проблемы максимального использования тех возможностей, которые дает применение компьютера для решения практических задач образования и дальнейшей практической деятельности. Это свидетельствует об актуальности исследования принципов построения многофункциональных (т.е. пригодных для выполнения нескольких функций) электронных пособий, свободных от указанных недостатков.
Выбор предметной области для создания многофункционального электронного пособия (МЭП) - кинематический расчет приводов металлорежущих станков - продиктован тем, что в данной проблемной области, несмотря на ее большую научную и практическую значимость в ближайшем будущем, существуют только малотиражные издания, отражающие новые
теоретические подходы к решению задач кинематического расчета. В то же время, по мере развития российской экономики, востребованность наработок в данной проблемной области будет возрастать, т.к. разработка методов кинематического расчета станков является одним из основных направлений, без которого невозможно устойчивое развитие станкостроения. Рациональным выбором структуры и параметров можно не только повысить их надежность и долговечность, но существенно снизить габариты и массу.
Создание многофункционального электронного пособия, включающего в себя наиболее известные методы кинематического расчета, дает возможность пользователю выбирать вариант расчета для каждого конкретного случая, пользоваться справочными материалами без обращения к дополнительным источникам, ознакомиться с последними разработками в данной области.
Совокупность перечисленных факторов определяет актуальность темы диссертации.
Объект и предмет исследования
Предметом исследования является многофункциональное электронное пособие как средство обучения. Объектом исследования являются структура и технология создания многофункционального электронного пособия и его практическая реализация.
Целью диссертации является разработка теоретических основ построения многофункциональных электронных пособий и практическая реализация системного подхода к их созданию на примере пособия по кинематическому расчету приводов металлорежущих станков. Это предполагает решение следующих задач:
разработка основ создания многофункционального электронного пособия, которое рассматривается как единая система справочных и учебных материалов;
разработка типовой структуры подобных пособий, которая в дальнейшем могла бы служить основой при создании других многофункциональных электронных пособий;
разработка необходимых компонентов для создания многофункционального электронного пособия, позволяющего решать разноплановые функциональные задачи и реализовывать различные технологии обучения в зависимости от индивидуальных особенностей и требований пользователя;
разработка новой методики проведения кинематических расчетов, ориентированной на компьютерные вычисления кинематических параметров приводов металлорежущих станков;
разработка и практическая реализация многофункционального электронного пособия.
Научная новизна работы состоит в том, что:
-
На основе использованных методов системного подхода впервые реализована новая модель пользования электронным пособием, где, в отличие от существовавших ранее моделей, пользователь становится активным субъектом.
-
Впервые сформулированы общесистемные требования и принципы построения МЭП, отличающихся от существующих ориентацией на пользователей, имеющих различный уровень подготовки, цели использования МЭП, индивидуальные особенности.
-
Предложен и реализован модульный подход к созданию электронных пособий.
-
На основе выведенной зависимости минимальных передаточных отношений групп передач разработан новый, удобный для компьютерной реализации, метод кинематического расчета приводов металлорежущих станков, позволяющий увеличить диапазон регулирования частот вращения привода и получить множество передаточных отношений групп передач с большой точностью.
Практическая значимость
Методология создания многофункционального электронного пособия может быть использована в качестве типовой при создании многофункциональных электронных пособий по различным дисциплинам, что позволит существенно снизить трудозатраты, стоимость разработки электронных пособий и перейти к системе образования, ориентированной на удовлетворение запросов личности.
Затраты на создание многофункционального электронного пособия будут несколько выше, чем на создание обычного электронного пособия, но они могут быть значительно меньше, чем при создании целого ряда электронных пособий, ориентированных на узкий круг пользователей. Это объясняется тем, что при разработке набора пособий для каждого из них необходимо будет заново разрабатывать интерфейс, программную оболочку, кроме того, часть блоков в различных пособиях будет дублироваться.
Кроме того, представление информации в виде, удобном пользователю, позволит ему быстрее и качественнее усвоить материал, а также сэкономить время на поиск и подбор литературы.
Опытная эксплуатация отдельных компонентов и системы в целом
проводилась в Новосибирском государственном техническом университете
(НГТУ), Новосибирской государственной академии экономики и управления
(НГАЭиУ), Новосибирском государственном университете (НГУ),
государственной публичной научно-технической библиотеке Сибирского отделения Российской академии наук (ГПНТБ СО РАН), о чем имеются акты о внедрении.
Основные теоретические разработки и практические рекомендации по кинематическому расчету приводов металлорежущих станков, изложенные в работе, использовались в учебном курсе "Конструкции, расчет и САПР станков и станочных комплексов" в НГТУ, а также для разработки программы автоматического расчета настройки сменных зубчатых колес металлорежущих станков.
Результаты, выносимые на защиту, и их новизна:
основы создания и структура многофункционального электронного пособия, как единой системы, выполняющей функции учебника, справочника, тренажера, учителя, помощника, с необходимыми гиперссылками и другими компонентами, ориентированного на пользователей разных уровней подготовки и индивидуальных особенностей;
принципы построения и структура базы знаний, отличающейся тем, что в ней представлены технология пользования (обучения), средства поиска знаний в МЭП, и средства выбора индивидуальных требований и технологий обучения;
проблемно-ориентированная квазиполнотекстовая база данных с обеспечением прямого доступа к рефератам опубликованных работ и полнотекстовым фрагментам первоисточников;
метод кинематического расчета, основанный на распределении общего передаточного отношения привода между группами передач с помощью коэффициента распределения минимальных передаточных отношений групп передач;
стартовая версия многофункционального электронного пособия по разделу "Кинематический расчет приводов металлорежущих станков" дисциплины "Проектирование технологического оборудования".
Апробация результатов и публикации
Основные положения диссертации и результаты исследования докладывались
и обсуждались на научном семинаре с международным участием
"Автоматизированные библиотечно-информационные системы" (Новосибирск,
1994), международной технической конференции «Научные основы высоких
технологий» (Новосибирск, 1997), 5-ой юбилейной международной
конференции "Крым 98" (Судак, 1998), VII международной конференции "Крым 2000" (Судак, 2000), VIII международной конференции-выставке "Информационные технологии в образовании" (Москва, 1998), научно-практической конференции "Наука и образование: пути интеграции" (Анжеро-Судженск, 1998), V международной научно-практической конференции по информационным системам и технологиям "Виртуальный мир Инфосферы: практическое использование человеком" (Владивосток, 1998), международных научно-практических конференциях "Новые информационные технологии в университетском образовании" (Новосибирск, 1999, Томск, 2000), на третьем российско-корейском международном симпозиуме по науке и технологии KORUS'99 (Новосибирск, 1999), научно-методической конференции НГАЭиУ "Магистерская подготовка в структуре высшего профессионального образования: опыт, проблемы, перспективы" (Новосибирск, 2000).
По теме диссертации опубликовано 16 научных работ: 2 статьи в межвузовском сборнике научных трудов "Оборудование и технология машиностроительного производства" (1994, 1996), 1 доклад в сборнике трудов международной технической конференции «Научные основы высоких технологий» (НОВТ-1997), 13 тезисов международных и Всероссийских научно-практических конференций.
Результаты исследований неоднократно докладывались на научных семинарах кафедры проектирования технологических машин НГТУ, научных семинарах кафедры вычислительной техники НГТУ, Совете машиностроительного факультета НГТУ, объединенном семинаре кафедры экономической информатики и центра информационных технологий НГАЭиУ, научно-
6 методическом семинаре при Координационном Совете по дистанционному образованию НГТУ "Информационные технологии в образовании".
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, содержащего постановку проблемы и определяющего задачи исследования, четырех глав, раскрывающих содержание проведенного исследования, и заключения. Объем диссертации составляет 154 страницы, включая приложения и список использованной литературы, состоящий из 96 источников. Диссертация включает 23 иллюстрации и 10 таблиц данных.
