А.Н. Алексеев

ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ ИНЖЕНЕРНЫМ СПЕЦИАЛЬНОСТЯМ

М о н о г р а ф и я

Сумы«Университетская книга» 2006

УДК 378.147.018.432:62 ББК 74.58 А47

Рецензенты:д.т.н., профессор, первый проректор Сумского государ-

ственного университета, академик Инженерной академии Украины; Н.В. Захаров, д.т.н., профессор Сумского национального аграрного уни-верситета, академик Академии наук высшей школы Украины; Н.Н. Чайчеико, д.п.н., профессор Сумского государственного педагоги-ческого университета им. А.С. Макаренко

Н.И. Волков,

Алексеев А.Н.А47 Дистанционное обучение инженерным специальностям: Мо-

нография. - Сумы: ИТД «Университетская книга», 2005. - 333 с.

ISBN 966-680-235-Х

В монографии приведен краткий обзор современного состояния и тенденций развития дистанционного обучения в высших учебных заведениях Украины, дальнего и ближнего зарубежья. Рассмотрены некоторые педагогические и методические аспекты применения средств компьютерной техники при дистанционном обучении студентов инженерных специальностей. Особое внимание уделено проблемам повышения достоверности результатов компьютерного тестирования при контроле качества усвоения учебного материала. Даны рекомендации по применению современных программных средств для создания дистанционных курсов.

ББК 74.58

© А.Н. Алексеев, 2005ISBN 966-680-235-Х © ООО «ИТД Университетская

книга», 2005

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.....................................................................................................................5

Глава 1. Педагогические аспекты компьютеризированногодистанционного обучения....................................................................................101.1. Место дистанционного образования в современной системе обучения. .;

111.2. Проблемы взаимодействия между человекоми компьютером........................................................................................................19

1.2.1. Психолингвистические аспекты работыс компьютером ..............................................................................................191.2.2. Проблемы распределения функций в системе«Человек - машина».......................................................................................211.2.3. Личностные аспекты взаимодействия «человек -компьютер».....................................................................................................26

1.3. Дидактические принципы в условиях традиционногои компьютеризированного обучения....................................................................29

1.3.1. Соотношение между принципами и правилами обучения............291.3.2. Основные принципы обучения ........................................................311.3.3 Основные функции и принципы контроля знаний ...........................41

1.4. Контроль и обеспечение качества дистанционного обучения__________491.4.1. Общие подходы к управлению качеством ...............................................491.4.2. Измерение качества инструментальных средств.....................................61

Глава 2. Тестовый контроль знаний..................................................................732.1. Тестирование в высшей школе...................................................................... 732.2. Типизация тестовых вопросов.......................................................................752.3. Нечеткая логика при тестовом контроле знаний.........................................862.4. Включение вопросов в общую систему тестирования................................90

2.4.1. Определение весовых коэффициентов (индексов сложности) вопросов .........................................................................................................902.4.2. Определение количества вопросов..................................................952.4.3. Формирование тестовых заданий.....................................................992.4.4. Анализ эффективности вопросов по критерию затраченного времени......................................................................................................... 103

2.5. Многоуровневый тестовый контроль качества знанийпо количественным показателям ....................................................................... 104

2.6. Пример расчета ........................................................................................... 1152.6.1. Аспекты, связанные с использованием нечеткойлогики........................................................................................................... 1152.6.2. Определение весовых коэффициентов(индексов сложности)................................................................................. 1172.6.3. Формирование тестовых заданий.................................................. 1202.6.4. Анализ необходимости ревизии тестовых вопросов .................. 123

2.7. Общие сведения о программе SSUquestionnaire....................................... 1232.7.2. Настройка программы.................................................................... 1252.7.3. Элемент управления SSUTestLogicControl .................................. 1342.7.4. Проверка правописания и поиск синонимов................................ 1402.7.5. Проектирование тестов................................................................... 141

Глава 3. Технологии проектирования учебно-методическогообеспечения...........................................................................................................1723.1. Стандартные средства проектирования на основеWEB-технологий.................................................................................................. 172

3.1.1. HTML-технология........................................................................... 1723.1.2. Программирование сценариев....................................................... 2133.1.3. Основы серверных технологий ..................................................... 230

3.2. Специализированные программные средства и средыпроектирования ................................................................................................... 241

Глава 4. Графо-ориентированные задачи дистанционныхобучающих систем................................................................................................2534.1. Представление графической информации................................................ 256

4.1.1. Растровая, векторная и фрактальная графика.............................. 2564.1.2. Форматы пиксельной графики...................................................... 2594.1.3. Создание графических моделей.................................................... 262

4.2. CAD-технологии при обучении работе с графикой................................. 2894.2.1. Представление трехмерных моделей............................................ 2904.2.2. Программная реализация .............................................................. 292

4.3. Создание стереографических имитационных моделей........................... 3004.3.1. Объемные изображения................................................................. 3004.3.2. Стереографические изображения.................................................. 302

Заключение........................................................................................................... 318

Список литературы ............................................................................................. 320

4

ВВЕДЕНИЕ

Совершенствование учебной и учебно-методической работы по-вседневно находится в центре внимания общественности и педа-гогических коллективов высшей школы. Актуальность данной проблемы подчеркивается тем, что в современных непростых политических и экономических условиях принята национальная программа «Освiта. Украина XXI сторiччя», в соответствии с которой планируется обеспечить дальнейшее развитие образования в Украине на основе новых прогрессивных концепций и последних достижений педагогической науки.

В соответствии с Положением «Про затвердження Програми розвитку дистанцiйного навчання на 2004-2006 роки» (приказ Министерства образования и науки Украины от 21 января 2004 г. № 40) важная роль в совершенствовании отечественного образования отводится внедрению в образовательную деятельность технологий дистанционного обучения и присущих им новых методов организации учебного процесса.

В отечественной и зарубежной педагогической науке проблематика дистанционного образования находит широкое отражение. Так, авторами [15; 16; 19-23; 25; 37; 39; 45; 46; 48; 54; 55; 61; 66-74; 84; 85; 89-91; 94; 95; 101; 107; 111-122; 123; 127; 139; 145; 155; 156; 158; 163; 164; 167; 170; 185; 186] рассмотрены общие проблемы дистанционного обучения и связанных с ним Интернет-технологий. В работах [18; 58; 63; 76; 133] более подробно анализируются технологии, в исследованиях [2; 4; 32; 34; 38; 51; 79; 106; 125; 131; 132; 154; 157; 181] - конкретный инструментарий дистанционного обучения. В ряде работ [17; 53; 62; 81; 86; 87; 92; 97; 103; 104; 171; 176] выполняется анализ и излагаются результаты исследований по отдельным направлениям внедрения элементов дистанционного обучения. Опыт применения дистанционного обучения в вузах Украины и за рубежом обобщен авторами [20; 22; 23; 36; 42; 71; 72; 77; 78; 111-114; 120; 126; 129; 146; 153; 177; 178].

5

Приведенная в монографии библиография подтверждает факт интенсивных исследований, которые проводятся в последнее время в области развития методов и средств дистанционного образования, свидетельствует о значительном прогрессе в этой области. Одновременно с этим практически отсутствуют публикации по проблемам дистанционного обучения инженерным специальностям, которое, на наш взгляд, имеет свою специфику.

Так, помимо общего для всех дистанционных курсов требования успешного усвоения студентами теоретических знаний, для инженерных специальностей не менее важно научить студентов умениям и навыкам профессиональной работы. Очевидно, что дистанционно это можно сделать только в определенных пределах. В связи с этим возникает вопрос о месте, роли и инструментах такого обучения.

Отличительной особенностью инженерного образования является то, что студенты на протяжении всего процесса обучения работают с графической информацией. Во многих случаях такая информация является исходной для принятия инженерных решений и одновременно результатом их принятия. В традиционном образовании накоплен большой опыт обучения студентов работе с графикой, однако этот опыт не всегда применим в условиях компьютеризированного дистанционного обучения, которое специфично еще и тем, что здесь задействованы сетевые технологии.

Работа с электронными учебно-методическими материалами, включающими в больших объемах графическую информацию, накладывает еще одну характерную особенность дистанционного обучения инженерным специальностям, связанную с выбором методов и средств их доставки. Обусловлено это тем, что файлы с графической информацией по размеру значительно больше текстовых файлов, которые передаются через локальные и глобальные компьютерные сети. И если в локальных сетях такое различие не является определяющим, то для глобальных сетей с их относительно невысокими скоростями передачи информации доставка учебного материала может быть затруднена.

Недостаточная изученность данной проблематики сдерживает широкое внедрение технологий дистанционного обучения в практику подготовки инженеров. Очевидным является факт, что среди специальностей, преподаваемых сегодня в вузах Украины, относительно редко встречаются такие, в которых ве-

6

дется дистанционное обучение по специфичным инженерным дисциплинам. Сравнительно небольшое количество проектов, ре-ализующих дистанционное обучение техническим дисциплинам, по отношению к общему количеству дистанционных курсов, ограниченные и часто противоречивые данные об эффективности существующих проектов, специфика задач, решаемых при внедрении дистанционного обучения применительно к дисциплинам инженерного профиля, свидетельствуют о необходимости проведения дополнительных изысканий в этом направлении.

Целью данного исследования является анализ и характеристика методов и средств проектирования дистанционных курсов, основанных на использовании Интернет-технологий и ориентированных на инженерные специальности высших учебных заведений. При этом основное внимание уделяется возможности принятия обоснованного, а не волевого решения относительно процедур их использования.

Среди многих специфичных проблем дистанционного образования здесь рассмотрены те его аспекты, которые в настоящее время в наименьшей степени проработаны и решение которых, по-видимому, позволит достичь существенных результатов. К их числу следует отнести вопросы тестирования знаний и проектирования электронных учебников, учитывающих специфику инженерного образования. В то же время собственно организация дистанционного обучения во многом имеет общие черты для любой специальности и поэтому здесь не рассматривается.

Тестовый контроль знаний является единственно возможным в системе дистанционного образования, предоставляя студенту эффективный инструмент для самоконтроля в условиях значительного роста требований к самостоятельному приобретению знаний. Кроме того, совершенствование методики тестового контроля позволяет частично снять с преподавателя функцию контроля знаний и перенести ее на привычную для дистанционного обучения компьютерную среду.

При рассмотрении проблем тестового контроля знаний автор опирался на известные исследования в области совершенствования технологии тестирования [3; 8; 9; 21; 24; 26; 27; 30; 31; 43; 47; 56; 83; 88; 93; 105; 124; 137; 142; 148; 187; 188; 190] и приведенное в работах [6; 7; 10; 28; 33; 44; 140] описание некоторых его инструментов. Анализировались также сведения о конкретных реализациях методов и средств тестового контроля

7

знаний, приведенные авторами [12; 14; 35; 57; 59; 75; 96; 108; 115; 130; 147; 177; 178; 179; 184].

Дистанцированность студента, отсутствие ежедневного контакта с преподавателем, большая доля самостоятельности особо остро ставят перед проектировщиками электронных учебников вопрос о необходимости проведения целенаправленного комплекса работ по их совершенствованию. В связи с этим была предпринята попытка объединить результаты известных исследований в области методики проектирования электронных учебников [1; 11; 13; 29; 64; 65; 80; 136J с достижениями в компьютерной графике [49; 50; 60; 82; 143; 149; 150; 151] и на этой основе учесть в электронном учебнике специфику учебно-методического обеспечения инженерных дисциплин.

В целом в монографии предлагается обобщение отечественного, зарубежного и личного опыта автора в части создания и внедрения элементов дистанционного обучения в учебный процесс в высшей школе. Автор не претендует на полноту освещения проблемы, однако надеется, что рассмотренные вопросы помогут в какой-то мере избежать ошибок проектирования, раздвинуть рамки представлений о специфике дистанционного обучения вообще и по техническим дисциплинам в частности.

Работа состоит из четырех частей. В первой части анализируется ряд общих педагогических аспектов, связанных с внедрением компьютерной техники в систему образования, со спецификой дистанционного обучения и его приложений к инженерно-техническим дисциплинам.

Во второй части рассматриваются основные принципы ком-пьютеризированного контроля знаний с применением тестовых заданий. Классифицируются и подробно описываются основные типы тестовых вопросов, регламентируются правила их включения в тестовые задания и приводится описание программных средств, рекомендуемых для подготовки и проведения тестового контроля знаний.

Третья часть посвящена технологии проектирования и содержит конкретные рекомендации по созданию программного обеспечения дистанционного обучения на базе Интернет-технологий. Здесь рассматриваются способы изложения учебного материалы и методы организации обратной связи со студентом.

В четвертой части анализируются средства, применяемые для создания графических иллюстраций к электронным учебникам

8

и для обучения студентов профессиональной работе с компьютерной графикой. Описываются инструменты проектирования трехмерных виртуальных моделей и стендов для лабораторного практикума.

Ряд положений освещается в монографии впервые и может быть полезным педагогическим и научным работникам, занимающимся проблемами внедрения дистанционного обучения в высшей школе.

9

Г л а в а 1

Педагогические аспектыкомпьютеризированного

дистанционного обучения

Бурное развитие компьютерной техники, наблюдающееся начиная с 1980-90-х годов, с одной стороны, революционизирует производство, выводит его на качественно новый уровень, повышая эффективность и производительность труда. С другой стороны, происходит изменение привычной для человека среды существования. Компьютерная техника, проникая в традиционные для человека сферы деятельности, в том числе и в процессы принятия решений, предъявляет к нему новые, ранее никогда не возникавшие требования.

Современные компьютеризированные информационно-технические системы привели к возникновению качественно новых условий труда, при которых от человека требуется мобилизация всех интеллектуальных возможностей для успешного выполнения тех функций, которые возложены на него в человеко-машинной системе. Изменяется поведение человека в обществе, психологи отмечают, что у людей, тесно контактирующих с компьютером, трансформируются личностные качества, появляется ощущение вседозволенности, чувство отчужденности и самодостаточности. Развитие аппаратной базы компьютерной техники, совершенствование программных средств свидетельствуют об устойчивости тенденции к усложнению человеко-машинных систем и, как следствие, к дальнейшему изменению среды существования человека.

Возникновение самого понятия человеко-машинной системы, где человек часто играет подчиненную роль, в том числе испытывает и интеллектуальное подчинение, свидетельствует об изменении психофизиологической деятельности человека в

10

новых сложных технических системах. В связи с этим особенное значение в деятельности преподавателя приобретает учет новых факторов, обусловленных внедрением компьютерных технологий в учебный процесс. Чтобы в какой-то мере ответить на вопросы, встающие перед преподавателем при использовании средств компьютерной техники в учебном процессе, написан этот раздел. Естественно, что его содержание ограничено объемом монографии и рассматриваемые вопросы не могут претендовать на полноту освещения.

При написании раздела использовался метод свободной ком-пиляции, когда сведения из литературных источников рассматривались через призму компьютеризации учебного процесса, и материал излагался в произвольном цитировании в той последовательности и с теми изменениями и дополнениями, которые, по мнению автора, являются наилучшими для понимания проблем, возникающих перед преподавателем, осваивающим компьютерную технику. При этом использована литература, приведенная в конце монографии. Она же может быть рекомендована для углубления знаний в данной области.

1.1. Место дистанционного образования в современной системе обучения

Дистанционное обучение как обучение вне стен высшего учебного заведения не является какой-то необычной, стоящей в стороне от общей методологии формой обучения. В практике отечественных вузов на протяжении многих лет была широко распространена и по-прежнему находит большое применение заочная форма обучения, для которой также характерна «дистанционность», необязательность посещения многих видов учебных занятий и большой объем самостоятельной работы. И то, что дистанционное обучение в значительной степени опирается на технические средства, также не является чем-то революционным, неизвестным для отечественного преподавания. Достаточно вспомнить обучающее телевидение, которое имеет многолетний опыт использования в высшей школе. Как и в случае при-менения компьютерных сетевых технологий, с развитием которых многие связывают наблюдаемый сейчас стремительный рост популярности дистанционного обучения, учебное телевидение

11

способно доставить необходимый материал в режиме реального времени, а традиционные средства связи обеспечивают студенту-заочнику необходимую организационно-методическую помощь через обычную почтовую или телефонную связь. Отсюда видно, что даже такое беглое сравнение традиционной заочной и дистанционной форм не позволяет априори говорить о дистанционном обучении как о чем-то революционном в части технологии обучения.

Отождествление дистанционного обучения с заочным, как правило, не идет ему на пользу. Преподаватели, работающие со студентами-заочниками, далеко не всегда удовлетворены качеством знаний последних. Первоначально блестящая идея совместить учебу с повседневной практической деятельностью и на этой основе подготовить высококачественного специалиста, не только не утратившего профессиональные навыки, но и обогатившего свой личный практический опыт достижениями отраслевой науки и эффективными инструментами самообразования, во многом потерпела фиаско. Не вдаваясь в объяснение причин, почему так произошло, отметим, что "дистанционность" обучения здесь играла не первосте-пенную роль (достаточно вспомнить пример ленинградского завода ВТУЗ, где студенты совмещали очное обучения с работой на производстве, и тем не менее результаты обучения также не были блестящими).

Не желая повторить ошибок традиционного заочного обучения, многие представители высшей школы с определенной на-стороженностью относятся к тому, что на ее место все в большей степени приходит дистанционное обучение, в основе которого те же внешние признаки удаленности студента от вуза, и не спешат приветствовать его появление в отечественном образовании. В силу произошедших общественных изменений утрачивается социальная значимость того, что для работающего человека по-прежнему остается доступ к образованию. Поэтому форма обучения, которая работающему предоставляет возможность получить образование, не признается обязательной и практически не субсидируется государством. Несмотря на все это, а также известный и часто оправданный консерватизм в сфере образования, рыночные отношения заставляют многие вузы рас-ширять сферу образовательных услуг, связанную с дистанционной формой обучения.

12

В современном мире все большее количество людей предпочитает учиться дистанционно. Деловым людям, желающим повысить свою квалификацию или приобрести новую специальность, приходится совмещать учебу и продвижение по карьерной лестнице. Особенно, если они работают в сфере бизнеса и при этом нужны знания, предоставляемые зарубежным вузом, а времени на долгосрочную учебу за границей нет. Работающие, обремененные семьями, считают, что дистанционное обучение -единственно возможный способ приобрести новые знания и навыки, так необходимые на стремительно эволюционирующем рынке труда. Инвалиды и люди, страдающие физическими недугами, которые не позволяют им посещать занятия в «реальных* классах, - еще одна социальная группа, нуждающаяся в возможности получить образование дистанционно. Современные образовательные технологии позволяют им изучать любой предмет, не вставая с инвалидного кресла и не покидая собственной комнаты. Наконец, те, кто живет далеко от ведущих отечественных и мировых университетских центров, стремятся получить конкурентоспособное образование, которое обеспечит им успех на рынке труда.

Таким образом, потребность в предоставлении образовательных услуг в дистанционной форме продолжает существовать. И это осознанное стремление к получению образования, а не только и не столько социальный заказ. Люди согласны платить за знания и в случае востребованности стремятся получить качественные знания, добиваясь их от поставщиков образовательных услуг; не связанные территориальными ограничениями, они выбирают те учебные заведения, которые способны такие знания предоставить. Это в свою очередь стимулирует вузы в условиях конкурентной среды совершенствовать востребованные формы обучения. По мере того как взамен формальному отождествлению образования со свидетельством о его получении будут возрастать требования к качеству получаемого образования, следует ожидать обострения конкуренции не только между вузами, но и различными формами предоставляемых ими образовательных услуг. При этом дистанционная форма, по нашему мнению, имеет ряд конкурентных преимуществ.

Отличием дистанционной формы, и достаточно принципиальным, на наш взгляд, является то, что она предусматривает индивидуальное обучение каждого студента по разработанному

13

именно для него плану. Студент имеет возможность выбирать последовательность изучения предметов и темп работы. Например, за один семестр он может пройти курс, который в дневном вузе изучают целый год. Или, наоборот, растянуть курс на два года. Такой план, являясь гибким в своей основе, тем не менее после утверждения определяет характер и график взаимодействия участников учебного процесса, служит для оценки успешности обучения. По сравнению с этим ключевой характеристикой в равной мере и очного, и заочного образования является групповой характер учебных занятий. Это общий для всех учебный план, общие сроки сдачи контрольных и курсовых работ, сессия зимой и летом в определенные сроки.

Основу образовательного процесса при дистанционном обучении составляет целенаправленная и контролируемая интенсивная самостоятельная работа студента, который может учиться в удобном для себя месте, по индивидуальному расписанию, имея при себе комплект специальных средств обучения и согласованную возможность контактов с преподавателем по телефону, электронной и обычной почте, а также очно. Интенсивность и продолжительность занятий студент может регулировать самостоятельно, и это тоже немаловажно. Студентам, в силу различной степени одаренности, способности лучше или хуже усваивать тот или иной вид учебного материала, в конце концов, сиюминутных жизненных обстоятельств, обычно требуется индивидуальный темп изучения и разное время на усвоение учебного материала. Посещая занятия в обычном вузе, студенты невольно становятся заложниками учебного расписания, рассчитанного на «среднего» студента. Как следствие, слабые студенты все равно не успевают за предложенным темпом обучения и быстро теряют к нему интерес. При этом общий график учебных работ не способствует и развитию одаренных студентов, т.к. они тратят на обучение гораздо меньше усилий, не могут реализовать себя в полной мере и через какое-то время также теряют свой первоначально высокий потенциал.

Индивидуальный график обучения и технологии дистанционного обучения позволяют легко избежать подобных накладок. В любой момент «дистанционный» студент может по электронной почте или в режиме on-line связаться со своим преподавателем и задать ему любой вопрос на любую тему, попросить объяснить любой материал. Интерес к обучению поддерживает-

14

ся и взаимным общением студентов внутри учебной группы. Является ошибочным распространенное мнение о том, что студенты, занимающиеся дистанционно и общающиеся при обучении через Интернет, чувствуют себя в изоляции. Интернет помогает преодолеть внутренние психологические барьеры, мешающие активному участию в дискуссии при визуальном контакте. Занятия в виртуальных классах предоставляют возможность разнообразного и интенсивного общения во время групповых дискуссий и при выполнении совместных проектов. По сути, такие занятия можно сравнить с общением в Интернет-конференциях, объединяющих вокруг общей проблематики участников из разных городов и стран. Общий интерес подталкивает студентов, аналогично участникам таких конференций, к доб-ровольному и заинтересованному общению вокруг очередной учебной задачи. При этом протоколы такого общения могут быть доступны всем участникам учебной группы, в том числе и не принявшим участие в дискуссии. Подобным образом и ответы преподавателя на вопрос отдельного студента становятся доступными для всех и могут послужить основой для обобщенного сборника типичных вопросов и ответов (FAQ).

Каждый «дистанционный» студент прикрепляется к препо-давателю, задача которого - курировать обучение, консультировать по сложным темам и вопросам, проверять контрольные работы и тесты, помогать готовиться к экзаменам. При этом технология обучения может быть такой, что вся работа будет построена исключительно на сетевых технологиях. Выбор учебного курса, его оплата, занятия со студентами, передача контрольных заданий и их проверка, а также сдача промежуточных и итоговых экзаменов осуществляются через компьютерную сеть. В этом случае личностный контакт преподавателя со студентом носит эпизодический характер и большинство взаимодействий осуществляется с помощью электронной почты, чатов, видеоконференций и т.п. Возможен и вариант, когда компьютерная сеть служит лишь коммуникационной средой, которая используется для размещения информации об учебных программах (планах), семинарах, графиках консультаций и т.д. Здесь общение студента и преподавателя во многом имеет формы, принятые в системе заочного обучения, однако с учетом специфики индивидуального графика работы студента, которая присуща дистанционному обучению. Помимо таких подходов возможны

15

и много-численные варианты с различной степенью компьюте-ризированнонности учебного процесса, сочетающие традиционные формы очного и заочного обучения с достижениями современных компьютерных технологий. Например, некоторые вузы часть своих программных курсов переводят в виртуальную форму, а специализированные центры дистанционного обучения, максимально опираясь на Интернет-технологии, в то же время не отказываются от практики проведения очных экзаменационных сессий. В зависимости от выбранного варианта изменяется и характер общения преподавателя со студентом.

В части обеспеченности учебными материалами студенты-«дистанционщики» обычно находятся в гораздо лучшем положении, чем остальные студенты. Несмотря на то что учебное заведение, предоставляющее образовательные услуги, как правило, берет на себя обязательство обеспечить своих студентов учебной литературой, степень такой обеспеченности невысока, и это может служить одной из причин, снижающих качество образования. При дистанционной форме обучения учебные материалы производятся на электронных носителях, и это позволяет их издавать и тиражировать с минимальными затратами. Комплект учебных материалов «дистанционный» студент получает при зачислении на занятия (обычно сразу после оплаты обучения). Учебные материалы в печатном виде или на электронных носителях, ориентированных на работу на локальных компьютерах или в телекоммуникационных сетях, дают воз-можность овладевать знаниями дома, на рабочем месте или в специальном компьютерном классе учебно-методического кон-сультационного пункта. При этом компьютерные системы, встроенные в электронные учебники, могут проэкзаменовать, выявить ошибки, дать необходимые рекомендации, осуществить практическую тренировку, открыть доступ к электронным библиотекам, за считанные секунды найти нужную цитату, абзац, параграф или главу книги, выделить в ней главное. Многие учебные курсы сопровождаются игровыми ситуациями, снабжены терминологическим словарем и открывают доступ к основным отечественным и международным базам данных на любом расстоянии и в любое время.

Немаловажным конкурентным преимуществом дистанционного образования по отношению к заочному (и тем более к очному) является относительно невысокая себестоимость обучения.

16

Как правило, дистанционное образование гораздо дешевле, чем традиционное. Во-первых, не требуется обязательного и одно-временного присутствия большого количества людей в учебных классах и связанных с этим затрат на содержание учебных помещений или на арендную плату. Большую часть времени студенты занимаются самостоятельно, их присутствие в классах эпизодично и асинхронно. Поэтому помещения в основном используются только для административных нужд, а потребность в учебных помещениях ограничена и может быть равномерно распределена на весь учебный год. Так как Интернет доступен всем независимо от времени и места нахождения, то использование таких систем не требует дорогостоящего оборудования. Персональный компьютер с практически любой операционной системой, Web-браузер, модем и телефонная связь позволяют войти в сеть Интернет и, следовательно, обучаться с применением Интернет-технологий. Использование электронного обу-чения снижает расходы на организацию занятий, обустройство классов, зарплату персонала, транспортные расходы и многое другое. Первоначальные затраты на разработку учебно-методического обеспечения со временем окупаются. Уже разработанные материалы не требуют больших площадей для хранения, легко тиражируются и могут служить резервным фондом для взаимообмена между университетами.

Безусловно, новые информационные технологии существенно изменяют формы взаимодействия студентов и преподавателей, оказывая влияние и на содержание обучения. При этом имеет место не разрушение традиций в сфере образования, а, скорее, рождение новой парадигмы и нового качества высшего образования. Тем не менее многое из того, что может обеспечить высокое качество образования для отечественных вузов сейчас скорее перспектива, чем реальность. До сих пор не вполне узаконено понятие дистанционного образования как самостоятельной формы обучения. Инструктивные материалы, рег-ламентирующие эту сферу образовательных услуг, разрозненны и несовершенны. Имеется очень ограниченный набор качественных учебных материалов, построенных на мультимедийной основе. Группы разработчиков таких материалов разрозненны и часто недостаточно квалифицированы.

Традиционно слабое для отечественной высшей школы техни-ческое обеспечение сдерживает внедрение наиболее эффективных

17

способов организации занятий, пределы его возможностей про-являются каждый день: низкое качество связи, длительная загрузка учебного материала и продолжительное время ответа. Студенты, которые имеют современное качество связи по Интернет, могут работать с объемной графикой, хорошим качеством аудиоинформации и даже с небольшим количеством видеоматериалов. Самое лучшее качество обучения будет именно у этих людей. Однако, чтобы материал дошел до каждого конкретного студента, он должен быть в основном только текстовым. Наконец, много студентов, которые не имеют доступа в Интернет, т.к. либо не имеют его вообще, либо место, откуда можно войти в Интернет, не приспособлено для занятий. Ресур-сы Интернет для многих студентов до сих пор чрезмерно дороги и поэтому недоступны.

Еще одна проблема, требующая скорейшего решения, заключается в том, что дистанционное обучение должно быть интерактивным. Очень трудно прогнозировать, когда же будут созданы системы обучения, способные в полном объеме и хотя бы при удовлетворительном качестве взять на себя основные функции преподавателя. При современном развитии систем обучения студенты должны иметь возможность общаться с преподавателями. Например, уже сейчас технически возможно и было бы правильным, чтобы хотя бы установочные лекции преподаватель читал с аудио- или видеотрансляцией в режиме реального времени прямо через Интернет. Однако при анализе работы многих существующих обучающих систем часто оказывается, что взаимодействие ограничивается возможностью перемещения по системе и почтовым общением с лектором и другими студентами. В настоящее время при наличии хороших каналов связи этого уже недостаточно. Качество полученного образования во многом зависит от личности преподавателя, который, кроме обеспечения формального учебного процесса, играет очень важную роль в фор-мировании мировоззрения студентов, их характера. При дистан-ционном обучении, как и при любом другом, трудно переоценить роль преподавателя, то «нечто», что делает преподавателя настоящим Учителем. При чрезмерном увлечении техническим обеспечением образования и погоне за его удешевлением становится реальностью мрачная перспектива всеобщей «механизации» сознания нового поколения, неизбежно ведущая к утрате общечеловеческих ценностей и к бездуховности общества.

18

1.2. Проблемы взаимодействия между человеком и компьютером

1.2.1. Психолингвистические аспекты работы с компьютером

Современное общение человека с компьютером происходит на уровне диалоговых систем. При этом пользователи - студент или преподаватель - задают описание исходных данных и конкретных ситуаций, которые могут иметь отношение к предметной области рассматриваемой задачи, и предлагают компьютеру выбрать тот или иной алгоритм действий. В ответ вычислительная система сама проводит анализ задания и подбирает подходящий алгоритм принятия решений. Работающий с машиной человек оценивает процесс компьютерного решения, а при необходимости вмешивается в него на языке, принятом в диалоговой системе.

В зависимости от типа диалоговой системы используемый язык может в той или иной степени приближаться к естественному языку человека. На языке диалогового общения программа отвечает на вопросы, исполняет команды и воспринимает другую информацию. Она обращается за разъяснениями, если заложенные в нее знания о синтаксисе, семантике, возможных контекстах недостаточны для понимания задания пользователя. Могут осуществляться и другие действия с обеих сторон. В общем случае достижение взаимного понимания является показателем успешности организации диалога.

Для развитых диалоговых систем, где поступление сообщения-вопроса к человеку или компьютеру не только инициирует формирование и выдачу другого сообщения-ответа, но и приводит в действие другие операции по обработке информации (обновление данных, перепланирование вычислений или действий пользователя и т.п.), ключевой проблемой является проблема языка общения. Очевидно, что применение специализированных языков программирования не подходит для преподавателей и студентов, которые не являются профессиональными пользователями. Различные символьные, формализованные, специальные, кодовые, запросные языки имеют ограниченное применение по классу решаемых задач. Использование изображений (графиков, фотографий) или речи характеризуется особо высокой сложностью технической реализации и, естественно,

19

стоимостью. Однако именно последние представляются наиболее перспективными средствами языкового общения. Например, во многом успех операционной системы Windows связан с переходом, начиная с версии 3.0, на графический интерфейс и изображение команд в виде пиктограммных меню.

Для комплексного решения проблемы речевого общения с компьютером на сегодняшний день есть только одно серьезное препятствие - формулировка и формирование нужной последо-вательности слов. Остальные препятствия уже преодолены. К решенным проблемам относится, во-первых, машинный речевой ответ (синтез речи). Во-вторых, установление машиной по голосу обращающегося к ней человека, его права на общение. Наконец, в-третьих, автоматическое распознавание речи, т.е. фактически реализация возможности управления машинными операциями с помощью голоса. В настоящее время эта проблема принципиально решена, но реализована в основном для небольших словарей и для выделенных дикторов.

Решение задачи речевого общения в целом создает необходимую техническую основу для развития эффективных диалоговых систем. Однако главные концептуальные трудности общения на естественном языке, связанные с семантикой языка, по-видимому, останутся еще на долгое время. Проблема состоит в том, что любой естественный язык оперирует с разными семантическими структурами, по-разному описывающими факты и их интерпретации в зависимости от конкретных ситуаций. Именно поэтому постоянно возникает задача устранения неоднозначности, содержащейся в любой лингвистической единице - словах, фразах, текстах.

Для создания эффективной программы, понимающей естественный язык, необходимо уметь определять значения слов. Полное значение слова или понятия не может быть охвачено словарным определением, однако на основе последнего может быть составлено формальное описание, позволяющее слово, точнее его «ограниченное значение», ввести в диалоговую систему. На следующем уровне программа должна научиться анализировать синтаксические структуры и признаки, посредством которых выражаются значения словосочетаний и предложений. Наконец, она должна уметь интерпретировать зависимость значения предложений от контекста. К сожалению, на рынке программных продуктов, доступных для преподавателя, нет про-

20

грамм, в полной мере отвечающих понятию эффективности с позиции общения на естественном языке. Такие системы реализованы для узкой сферы профессиональной деятельности и требуют специальных аппаратных средств.

В общем, трудности и проблемы семантики естественного языка имеют глубокую лингвистическую и психологическую природу, и их следует учитывать при построении плана проведения занятия с применением компьютеров. Здесь, как в никакой другой области педагогики, существует сильная взаимосвязь между теоретическим осмыслением поставленной преподавателем проблемы и частными практическими задачами, реализованными в виде специализированных диалоговых систем, построенных на псевдоестественном языке. Следует учитывать, что преподаватель, формулирующий задачу, может оперировать одним набором «ограниченных значений» слов из естественной речи, а студент, вступивший в диалог с компьютером, - использовать другой «ограниченный набор» для тех же самых слов. Как следствие, участники учебного процесса могут по-разному воспринимать диалог, реализованный через компьютер.

1.2.2. Проблемы распределения функций в системе «человек-машина»

Проблема распределения и согласования функций между пре-подавателем или студентом и компьютером осложнена, во-первых, наличием многих нетипичных, специализированных функций, которые должны быть реализованы в автоматизированных системах в условиях, когда опыта реализации таких функций нет. Во-вторых, соотношение человеческих возможностей участников учебного процесса и компьютера быстро изменяется в связи со стремительным прогрессом аппаратного и программного обеспечения учебных занятий в вузе. Наконец, в-третьих, не остаются неизменными и социально-экономические условия, которые непосредственно влияют на организа-цию совместной работы преподавателей, студентов и средств компьютерной техники.

Исторически сложилось так, что первые подходы к решению задачи распределения функций заключались в противопоставлении человека и компьютера, когда антагонистически сравнивались способности человека и возможности вычислительной

21

машины. При этом легко было возвысить или, наоборот, низвести человека или машину и наделить их именно теми особыми качествами, которых не хватало человеку (машине) в конкретной системе. Перечни сравнительных преимуществ и недостатков людей и вычислительных машин впервые были опубликованы в начале 1960-х годов. В этих перечнях проблема распределения функций получала упрощенное решение: люди хорошо делают то, что плохо делают машины, и, наоборот, машины эффективны там, где способности человека ограничены. Однако уже тогда правильно подчеркивалось главное практическое преимущество человека - его способность разумно, творчески, гибко, адаптивно действовать в сложных непредвиденных ситуациях, в условиях недостаточной информации. Именно в этом его решающее преимущество перед машиной, определяющее генеральную линию сегодняшнего развития автоматизации и компьютеризации.

В настоящее время принцип преимущественных возможностей человека определяет во многом требования к проектируемым и к перспективным системам, в которых технические средства должны компенсировать недостатки человека, а система должна быть построена так, чтобы полностью использовать все преимущества человеческого интеллекта. При этом в самом принципе преимущественных возможностей происходит смещение' акцентов: главным оказывается именно конечный результат -реализация творческого потенциала человека. Этот результат учитывается всегда, идет ли речь об эффективности человеко-машинной системы, или о технико-экономической реализуемости ее, или о частных вопросах, связанных с обоснованием выбираемых функций для человека и компьютера.

Для конкретизации принципа преимущественных возможностей применительно к организации учебных занятий в вузе можно рассмотреть некоторую обобщенную схему интеллектуального человеко-машинного процесса, начинающегося с исходной неопределенной ситуации, в которой скрыта проблема, и заканчивающегося принятием конечного решения. Здесь же следует определить, как могут быть распределены составляющие этого циклического процесса между студентом, преподавателем и компьютером.

Интеллектуальный цикл начинается со стадии обнаружения проблемы и, соответственно, уяснения задачи, подлежащей ре-

22

шению. Термин «обнаружение» применительно к проблеме ис-пользуется в условном смысле и отражает факт переработки отдельных данных в информацию о проблемной ситуации. Множество данных организуется, часть их отсеивается, внимание концентрируется на ключевых фактах. В большинстве человеко-машинных систем предварительно отфильтрованные и определенным образом организованные в информационные модели данные поступают на средства отображения информации. Они формируются компьютером и визуализируются для восприятия человеком. Однако усмотрение в информационных моделях проблемной ситуации и формирование убеждения о необходимости принятия решения - исключительно прерогатива человека. В процессах этой стадии участвуют интегрирующие и предсказывающие механизмы мышления. В общем случае на стадии обнаружения человеческий мозг работает более эффективно, чем машина, хотя при предварительной фильтрации данных преимущество остается за компьютером. Касаясь общей педагогики, следует отметить, что эта часть интеллектуального цикла, как представляется, наиболее важная для воспитания творческого специалиста, зачастую остается вне поля зрения преподавателя. Очень часто, используя компьютерную программу для решения учебной задачи, преподаватель не идет дальше и, внедряя современные технические средства обучения, не уделяет должного внимания тому, чтобы научить студента творчески и самостоятельно вычленять из проблемной ситуации постановочную часть задачи. Компьютер здесь может помочь отсортировать и подчеркнуть или, наоборот, замаскировать какие-то факты, необходимые для уяснения задачи, но, безусловно, эта часть интеллектуального цикла должна остаться за студентом.

Вторая стадия является интерпретацией информационной модели. Здесь производятся операции логической сортировки, сравнения, выполняются расчетные операции, делающие значения информации более точными, доказательными. Компьютер на этой стадии выполняет преимущественно рутинные процедуры и справляется с ними более эффективно, чем человек. На стадии интерпретации компьютер производит вероятностные оценки и вырабатывает взвешенные заключения, в том числе и типа «если.., то...». Для структурированных проблем вполне могут быть использованы формальные приемы и модели, обеспечивающие необходимую для решения интерпретацию информации. В

23

то же самое время, ставя перед студентом учебную задачу, следует помнить, что основная цель этого этапа интеллектуального цикла - не только помочь студенту быстро и правильно выполнить нужную трансформацию одного вида информации в другой, но и уяснить сущность выполняемой трансформации. Согласно принципу преимущественных возможностей распределение ролей между человеком и машиной должно выполняться не с позиции «пусть ямы копает тот, у кого это лучше получается», а исходя из конечных целей обучения. Поэтому неправильным следует считать построение учебной задачи по принципу черного ящика - на вход программы подается один вид информации, а на выходе студент получает ее интерпретацию в требуемом виде. Одновременно с решением учебной задачи студент должен получать сведения о выполняемых трансформациях и иметь возможность активно влиять на сущность выполняемых изменений -только таким образом можно достигнуть необходимой степени уяснения студентом методики решения учебной задачи. Если же аналогичная учебная задача уже решалась студентом, методика ее освоена и данная задача является подзадачей какой-либо другой, более крупной учебной задачи, то определение степени участия студента в ее решении должно выполняться исходя из разумного компромисса между необходимостью повторить пройденный материал и реальным временем, которое можно отвести студенту для решения.

На последнем, третьем, этапе интеллектуального процесса производятся анализ интерпретированной информации, выработка, оценка альтернатив и окончательный выбор решения. Этот этап является стадией анализа и принятия решения. Традиционно он, как и первая стадия, предполагает в большей степени использование человеческих способностей, чем компьютеров. Однако и здесь распределение ролей должно осуществляться по принципу преимущественных возможностей и с учетом специфичности учебных задач. Дело в том, что многие задачи, решаемые студентами, задачами как таковыми не являются и не содержат проблемной ситуации. Большинство учебных задач, особенно по дисциплинам общетехнического и общенаучного циклов, уже решены, и часто для них имеются готовые типовые решения. Поэтому не существует принципиальных трудностей в том, чтобы и эту часть интеллектуального цикла перепоручить компьютеру - для этого достаточно перестроить учеб-

24

ный процесс и включить в него соответствующим образом подо-бранные задачи. В этом случае с выполнением заключительного этапа интеллектуального цикла успешнее справится компьютер. И он может помочь студенту освоить тот или иной способ решения, проконтролировать качество выдвигаемых студентами альтернатив и принимаемых ими решений.

В конечном счете, исходя из представления о процедуре решения учебной задачи как об определенном интеллектуальном цикле, можно выделить три основных варианта распределения функций между студентом и компьютером:

1. Все действия, связанные с анализом, вычленением проблемной ситуации, ее обобщением и принятием проектного решения, отнесены к сфере деятельности студента. За компьютером оставлено то, что для него более характерно, - вычислительные операции, хранение информации и обслуживание запросов пользователя на предоставление нужных для принятия решений данных.

2. Студент выполняет операции контроля за реализацией ма-шинных операций и задаваемых инструкций, утверждает предложения, формулируемые компьютером. Здесь даже для относительно несложной учебной задачи должно быть орга-низовано последовательное взаимодействие, когда общая за-дача разбивается на отдельные, относительно независимые части, каждая из которых должна быть проконтролирована студентом, и им должна быть выдана санкция для обработки следующего элемента информационного массива.

3. Процесс решения включает в себя совокупность действий студента и машинных операций, которая характеризуется динамической сменой человеческих и машинных функций по ходу решения задачи, служит одним из способов реализации адаптивных свойств человеко-машинных систем (параллельная организация взаимодействия). При этом осуществление режима диалога представляется необходимым на всех этапах решения вычислительных задач и задач логической переработки информации: постановки, формализации, составления алгоритма, программирования, собственно получения результата.

Следует также отметить, что поддержка компьютером интел-лектуальных усилий человека на всех стадиях является весьма полезной, а схема интеллектуального процесса, представленная

25

выше, задает только общее направление для решения задачи распределения функций между студентом и компьютером. Кроме того, компьютер может быть полезен просто как эффективное средство систематизации и хранения информации или как своего рода электронный секретарь, организующий работу студента или преподавателя.

В качестве промежуточного замечания отметим, что при развитом аппаратном и программном обеспечении, наличии в вузе современных средств вычислительной техники структура взаимодействия участников учебного процесса с компьютером может быть достаточно сложной. В простых случаях компьютер выступает в роли «информатора», предоставляя необходимую для принятия решения информацию, или в роли исполнителя, осуществляя трансформацию и передачу решений, принятых пользователем. В более сложных ситуациях при реализации режима диалога может производиться совместное обсуждение вариантов решений (управляющих воздействий), прогноз их исходов на основе заложенных в ЭВМ критериев. Здесь компьютер выступает как «советчик». При высоких уровнях автоматизации компьютеру может предписываться определенная стратегия контроля или управления, которую он корректирует в соответствии с реальной обстановкой на основе одобренного в прошлом опыта и при отсутствии жестких критериев. Преподаватель или студенты имеют возможность отдавать прямые распоряжения или менять параметры учебной программы. Компьютер здесь играет роль «творческого соисполнителя». Однако и в этом случае отбор и постановка задачи, выбор критериев оценки вариантов решения, способность человеческого интеллекта при необходимости изменять их, гибкая интерпретация сформированной компьютером информации именно в связи со спецификой решаемой задачи - все это определяет ведущую роль человека.

1.2.3. Личностные аспекты взаимодействия «человек - компьютер»

Становление и постоянное усложнение современных информационных компьютеризированных систем вызвало ряд серьезных проблем, связанных с реализацией личностных проявлений человека при работе в человеко-машинной системе. Поскольку на начальных этапах создания таких систем психология конечно-

26

го пользователя обычно не учитывалась, обнаружилось определенное отставание в понимании особенностей работы человека в таких системах. Это привело к разрыву в уровне использования машинного и человеческого звеньев при организации взаимодействия «человек - компьютер».

Обсуждая психологические аспекты, от которых при проведении учебных занятий зависит эффективная организация взаимодействия «студент - компьютер», следует выделять: а) социально-психологические и мотивационные личностно-психоло-гические факторы; б) собственно психологические факторы, обусловленные особенностями протекания высших психических процессов у человека (восприятия, памяти, внимания, мышления и т.д.) и процессов обучения; в) инженерно-психологические, в широком плане эргономические факторы, обеспечивающие эффективную работу непосредственно в «пространстве взаимодействия» за счет оптимизации внешних технических средств деятельности (устройств ввода-вывода информации - мониторов, пультов и т.п.).

Нередко психологический барьер возникает и в результате недоверия к машинным решениям, неспособности студентов «ас-симилировать» результаты расчетов, оценок или предложений, выдаваемых машиной, неспособности или нежелания воспринимать компьютер как своего электронного партнера и собеседника. Психологически важно, чтобы студент чувствовал себя так, как будто он общается с разумным существом. На это направлено, например, включение в большинство диалоговых конструкций таких необязательных выражений, как «спасибо», «пожалуйста» и т.д. Мелкий штрих, однако приобретающий значение с точки зрения формирования психологически достоверного ощущения контакта, формирования психологической готовности студента к работе с компьютером, преодоления возможной антипатии к нему.

Многие проблемы психологического плана были сняты с воз-никновением интерактивных взаимодействующих систем. С их появлением были устранены посредники между пользователем и компьютером, введена прямая и немедленная обратная связь между человеком и машиной с жестким контролем ошибок компьютера и оповещением пользователя о них. Весьма важным обстоятельством послужило накопление опыта работы с интерактивными системами, особенно в режиме диалога. Психологи

27

отмечают, что люди быстро обучаются и приспосабливаются к новым условиям и формам работы, если те обеспечивают успех. В противном случае появляются серьезные трудности, которые можно преодолеть лишь при рациональной и психологически продуманной организации взаимодействия.

На наш взгляд, наилучшим решением является предоставление студенту немедленной обратной связи, когда каждое его действие приводит к получению однозначного ответа от компьютера. Студент должен знать, как система восприняла его запрос (вопрос, сообщение, указание и т.п.). Ответы машины могут быть разнообразными: ответы по существу, подтверждения, указания, подсказки, просьба о повторении. Темп ответов машины, ритм взаимодействия должны быть адекватны действиям пользователя и его ощущению завершения определенной работы, точнее, его переживанию по поводу достижения или недостижения цели. Специалисты подчеркивают, что разные действия требуют разных временных интервалов для ответов системы. Простые, рефлекторного характера действия и операции требуют быстрых ответов, лежащих в том же интервале времени - доли секунды. Более сложные действия, в ходе которых формируются предложения, выражающие законченную мысль, соответствуют времени, составляющему приблизительно секунду или даже несколько секунд. Задержка в этом случае не столь критична, как для простых операций. На самом сложном, семантическом, уровне действия пользователя и ответы машины могут составлять десятки секунд. Для достижения пси-хологического ощущения комфорта необходимо, чтобы время ответов не слишком колебалось внутри диапазона, рекомендуемого для каждого уровня действий.

Неожиданные длительные задержки ответа могут вызвать состояния, близкие к стрессовым. У студента возникают вопросы, не имеющие отношения к содержанию диалога: «Система вышла из строя?», «Сбой в программе?», «Начался циклический процесс?» и т.п. Необходимо поддерживать уверенность пользователя, выдавая ему «успокаивающую» информацию. Эту же цель преследуют, закладывая в систему такое ее качество, как прощение ошибок. Системы, не прощающие ошибок студента, вызывают разочарование, смущение, недовольство. Психологически важное «право на ошибку» - непременная предпосылка любого творческого процесса.

28

В общем, для предотвращения многих психологических неудобств при организации взаимодействия необходимо, чтобы модель системы, которая формируется у студента, не слишком отличалась от модели собеседника-коллеги. При тесном сотрудничестве двух людей связь между ними становится все более эффективной, диалог более информативным, поскольку они постепенно подстраиваются друг к другу. Это же справедливо и для диалога человека с компьютером. Поэтому результат общения с компьютером будет тем более продуктивным, чем полнее будет его аналогия с речевым общением, чем в большей степени в структуре общения найдут отражение свойства высших психических процессов.

1.3. Дидактические принципы в условиях традиционного и компьютеризированного обучения

1.3.1. Соотношение между принципами и правилами обучения

Организационная деятельность людей в обществе и отношения между ними непременно включают в себя те или иные исходные положения, которыми они руководствуются. Такие положения принято называть принципами. Не составляет исключения в этом отношении и компьютеризированное обучение, имеющее свои принципы, видоизмененные по отношению к принципам традиционного обучения. В соответствии с этими принципами рассматриваются содержание, формы и методы применения средств вычислительной техники в учебном процессе.

Из принципов обучения вытекают правила обучения, отражающие частные положения того или иного принципа. Например, принцип доступности обучения предполагает такие правила обучения, как: следовать в обучении от легкого к трудному, от известного к неизвестному, от простого к сложному; принцип систематического обучения включает такие правила, как связь вновь изучаемых знаний с ранее изученными, изложение материала по частям, последовательное закрепление приобретенных знаний и т.п. Принципы обучения распространяются на весь процесс обучения, правила обучения - лишь на отдельные стороны и этапы этого процесса. Знание и сознательное использование дидактических принципов расширяют возможности

29

преподавателя и позволяют целенаправленно использовать со-ответствующие этим принципам правила.

Принципы обучения не только тесно связаны между собой, но и взаимно дополняют друг друга. Поэтому их рациональное использование возможно лишь при построении целостной системы обучения, которая должна отвечать поставленным целям обучения и включать выверенные и соответствующим образом подобранные дидактические принципы, методы и приемы. Широкое внедрение вычислительной техники накладывает определенные отпечатки на построение такой системы обучения. Например, внедрение в практику учебных занятий системы сквозной компьютерной подготовки видоизменяет механизмы преподавания учебных дисциплин, выдвигая на передний план одни педагогические принципы или приемы, и уводит с первого плана другие, т.е. локально перестраивает систему обучения.

Очевидно, что принципы обучения не объединяются в систему произвольно. Они разрабатываются и внедряются на основе целей и задач, стоящих перед высшей школой. И в этом смысле дидактические принципы компьютеризированного обучения не отличаются от основополагающих принципов, разработанных корифеями педагогической науки. Однако при их разработке было трудно предположить, что в перспективе появится техническое устройство, на которое можно будет возложить часть функций обучения. Компьютер как устройство для обучения является беспрецедентным в истории педагогики, т.к. он одновременно выступает и обучающим устройством, и субъектом учебного процесса, на который возложены ролевые обязанности преподавателя. По-видимому, диалектическое взаимовлияние теории и практики обучения в условиях массового использования компьютерной техники должно привести к существенному пересмотру структуры и содержания используемых в обучении дидактических принципов. Не исключена возможность пере-стройки всей системы обучения. В связи с этим безусловно важно для преподавателя знать основные дидактические принципы, сформулированные для высшей школы, и учитывать особенности их проявления в условиях компьютеризированного учебного процесса.

30

1.3.2. Основные принципы обучения

Принцип развивающего обучения. Обучение в вузе включает в себя не только вооружение студентов научными знаниями, умениями и навыками, но и развитие познавательных способностей и творческих сил. Овладение знаниями и развитие студентов - понятия близкие, но не тождественные. Знания являются материальной основой развития, а развитие - одним из условий успешного овладения знаниями.

Развитие является понятием целостным, но в то же время многосторонним. Можно говорить о физическом развитии, умственном развитии, математическом развитии и т.д. В рассматриваемом контексте имеется в виду развитие именно познавательных способностей и творческих сил студентов. На это должны быть направлены как традиционные методы обучения, так и использование в них обучающих программ.

Формы и методы обучения с применением компьютеров должны строиться таким образом, чтобы у студентов последовательно формировались умения анализировать и обобщать изучаемый материал, выделять главное, делать сравнения и умозаключения, пользоваться имеющимися знаниями в познавательной и практической деятельности. Само применение компьютерной техники этому способствует, но не гарантирует успешности развивающего обучения. Здесь необходим продуманный подбор программных средств, дозированная и определенным образом выстроенная система предоставления информации. Локальные и глобальные компьютерные сети с их практически неисчерпаемой информацией по широкому кругу вопросов могут быть отправной точкой для формирования у студентов стремления к приобретению новых знаний, в том числе и выходящих за рамки, предусмотренные учебными дисциплинами. В этом случае задача преподавателя сводится к руководству самостоятельной работой студентов, целенаправленному формированию круга интересов студен-та, его пытливости и творческой активности.

Принцип наглядности. Принцип наглядности в обучении сам по себе не нов. Вопрос о наглядности обучения широко освещен в традиционной педагогике. Еще большее значение он начинает приобретать при компьютеризированном обучении.

Непременным компонентом познавательной деятельности сту-дентов в обучении является восприятие. Оно протекает

31

по-разному. В одних случаях изучаемые предметы и явления студенты воспринимают непосредственно, в других - через наглядные образы, живое или печатное слово. Во всех этих случаях наглядность повышает качество усвоения студентами знаний. Жизненные предметы и явления служат источником познания их качеств и свойств; наглядные пособия и лабораторные установки способствуют образованию наиболее отчетливых и правильных представлений об изучаемых предметах и явлениях; опора на ранее сложившийся чувственный опыт конкре-тизирует и иллюстрирует изучаемые понятия.

Наглядность обусловливается также и особенностями развития мышления студентов. Оно в значительной степени образно, и студент одновременно мыслит и конкретно, и абстрактно. Понятия и абстрактные положения усваиваются студентами легче, когда они подкрепляются конкретными фактами, примерами и образами. Поэтому, какие бы сложные теоретические вопросы ни изучали студенты, они не должны отрываться от конкретных фактов и их образов.

Однако если традиционно под наглядностью понимали прежде всего иллюстративный компонент, обеспечение потребности студента увидеть в любой форме предмет или явление, проделать с ним минимальные операции и т.п., то благодаря компьютерному обучению наглядность дает возможность увидеть то, что не всегда можно рассмотреть в реальной жизни даже с помощью самых сложных приборов. Более того, студенты имеют возможность познакомиться с представленными в компьютерной форме главными свойствами предмета или явления и, наоборот, рассмотреть их более детально. Разные формы представления объекта могут сменять друг друга по желанию студента или по команде программы, при этом используется одновременно образное, аналитическое и языковое представление. В связи с этим появляется возможность уплотнить или расширить информацию об объекте. Компьютер может моделировать разные по форме и содержанию процессы и, как следствие, наиболее четко раскрывать существующие связи объекта, то есть визуализировать те знания человека, для которых еще не найдено текстового описания, или те, что требуют высшей степени абстракции.

Применение компьютеров повышает интерес студентов к знаниям и делает процесс усвоения знаний более легким. Занятия,

32

на которых демонстрируются мультимедийные картины, иллюстрации, снимки, коллекции, воплощенные в виртуальном мире компьютерных программ, как правило, проходят при повышенном интересе и внимании всех студентов. Многие положения, на первый взгляд трудные, при умелом применении средств компьютерной техники становятся доступными и понятными. Наглядность материала, обеспечиваемая при компьютеризированном изложении, способствует прочности усвоения знаний, примеры и образы, показанные на экране монитора, запоминаются легче и надолго удерживаются в памяти.

Однако широко пользуясь компьютерами для повышения наглядности занятий, нельзя вместе с тем подходить к этому процессу односторонне. При умелом применении компьютерных средств качество обучения повышается, при недооценке других принципов обучения оно может пострадать. Например, при перегрузке занятия демонстрационными программами можно уменьшить необходимый для рассмотрения объем изучаемого материала, отвлечь внимание студентов от основной идеи урока и, кроме того, снизить развитие их теоретического мышления. Преподаватель в каждом отдельном случае должен самостоятельно решать, когда и в какой мере применять средства компьютерной наглядности в процессе обучения.

Принцип систематического и последовательного обучения. Усвоить необходимую совокупность знаний можно лишь тогда, когда они изучаются систематически, в соответствии со строем и внутренней логикой учебной дисциплины. Точно так же, как нельзя овладеть наукой, не изучая ее в определенной системе, нельзя успешно развивать познавательные и творческие способности студентов без строго продуманной системы их обучения. Если систематически не упражнять навыки, они утрачиваются; если не приучать студентов к логическому мышлению, то они постоянно будут испытывать затруднения в своей мыслительной деятельности; если все это происходит от случая к случаю, то процесс развития студента будет замедлен, а усилия преподавателя малоэффективны.

На первый взгляд может показаться, что принцип система-тического обучения настолько ясен, что не требует особых дока-зательств. На самом деле это не так. История вузовской педагогики знает немало возражений против систематического обучения, когда в противовес систематическому изучению отдельных

33

предметов выдвигалось, например, требование объяснять изучаемый материал по разным дисциплинам вокруг отдельных тем. К сожалению, внедрение компьютеризированного обучения не является гарантией того, что принцип систематичности и последовательности в обучении не будет нарушен.

Само по себе программное обеспечение в компьютеризированном учебном процессе - это набор алгоритмизированных программ, в которых соблюдается строгая последовательность выполняемых машинных операций. Эта последовательность может изменяться и перенаправляться, но в конечном счете все операции выполняются в соответствии с определенной логикой, заложенной в программу ее разработчиками. Однако нет гарантии, что учебные материалы, предлагаемые к изучению, будут выстроены разработчиками программного обеспечения таким образом, чтобы принцип систематического и последовательного обучения проводился во всей системе учебной работы.

Поэтому важным требованием успешного применения ком-пьютеров в учебном процессе является придание систематичности тому учебному материалу, который доводится до студентов в соответствии с алгоритмическими последовательностями, заложенными в компьютерной программе. Этот материал должен быть выстроен на основе системы научных знаний и согласно учебной программе в строго очерченном круге знаний, практических умений и навыков по каждому предмету и виду обучения.

Излагать знания систематически - это значит увязывать новое с пройденным, изучать материал по частям, выделять в нем главные моменты и ясно вскрывать общую идею, приобщать студентов к анализу, систематизации и обобщению изучаемых фактов. Систематическое изложение знаний дает возможность глубже понять структуру и логику учебного предмета, выделить главные идеи и основные научные положения, вскрыть внутренние связи между явлениями.

Известно, что прочное усвоение студентами знаний, умений и навыков требует повторения. В обучении нельзя двигаться вперед, не осмыслив изучаемый материал. В связи с этим весьма полезными могут быть обучающие программы, которые дают студенту возможность самостоятельного доступа к учебному материалу. Диалоговая организация, которая реализована в большинстве современных обучающих программ, позволяет студенту самому выявить те пробелы в знаниях, которые он имеет, и

34

предоставляет ему для повторения и закрепления соответствующие учебные материалы. Такая организация занятий является непременным условием успешного обучения, так как овладеть системой науки можно лишь тогда, когда усвоены все ее части и разделы. В противном случае неизбежны фрагментарность и отрывочность знаний.

Успех в работе со студентами в большой степени зависит от правильной постановки учета и оценки знаний. При этом учет и оценка знаний проводятся не только с целью контроля и аттестации студентов, но и с целью их приучения к систематическим занятиям по дисциплине, своевременного предупреждения возможных пробелов в знаниях и приучения к организованной и планомерной работе. В этом плане трудно переоценить возможности компьютерной техники. Исторически сложилось, что именно для тестирования качества усвоения знаний в первую очередь привлекались контролирующие технические средства, которые брали на себя часть проверяющих функций преподавателя. С дальнейшим совершенствованием компьютерной техники долевое участие технических средств при контроле знаний студентов может быть пересмотрено и значительно расширено. Компьютеру, по-видимому, следует поручить не только собственно контроль знаний, но и предварительный анализ результатов контроля с целью выявления первопричин возможных неуспехов в усвоении изучаемого материала. Кроме того, на компьютер может быть возложена роль своеобразного тренажера, который не только контролирует знания студентов, но и подбирает необходимый материал для повторения и закрепления полученных знаний. Сочетание компьютеризированного контроля с системой рейтинговых оценок и обусловленной ею модульностью контроля знаний является обнадеживающей предпосылкой для создания программируемых систем учета и оценки знаний, которые позволят в большей степени стимулировать студентов к систематичности и последовательности в выполнении учебных заданий.

Принцип научности обучения. Научность обучения прежде всего заключается в достоверности изучаемых фактов и явлений, в правдивом их освещении. В соответствии с принципом научности в содержании любого учебного предмета должны найти отражение современные достижения науки. Наука не стоит на месте. Она постоянно развивается, обогащается новыми исследованиями и открытиями, которые оказывают огромное влияние на

35

практику и должны найти свое отражение в соответствующих разделах учебной дисциплины. Однако это не значит, что в содержание обучения должны включаться все современные достижения науки. Речь идет о современном подходе к изучаемым вопросам и ознакомлении студентов с теми достижениями науки, которые могут помочь в систематизации знаний и дать представление об общем состоянии научной мысли но данной проблеме.

Системный подход, широко используемый в методах современных научных исследований, одновременно является эффективным инструментом для определения содержания и методологии преподавания учебных дисциплин. Системное изложение учебного материала, его структурирование являются основой для обеспечения научности при изложении учебного материала. Этот же метод, как правило, лежит в основе всех сложных программных продуктов, используемых в обучении.

Структурирование и выделение различных уровней сложности освоения дают основание включить в содержание дисциплины не только те темы, которые обеспечивают минимальный уровень знаний, но и, во-первых, глубже раскрыть содержание данного предмета, расширить мировоззрение студентов, углубить их знания; во-вторых, связать эти знания с другими предметами, изучая их во взаимосвязи и создавая тем самым целостную научную картину мира.

Обеспечить высокий уровень научности в среде новых ин-формационных технологий позволяют доступность и оперативность поступления информации из лабораторий и институтов независимо от их государственной принадлежности и географического положения. Научность образования предопределяется самой природой информационных технологий обучения и может иметь практически качественно новый уровень по сравнению с традиционными методами.

Принцип доступности обучения. Принцип доступности при традиционном обучении обычно реализуется с учетом интеллек-туальных и психофизиологических особенностей какой-либо группы студентов. При этом учебный материал подбирается в зависимости от усредненной базовой подготовки студентов и строится таким образом, чтобы следовать в обучении от легкого к трудному, от известного к неизвестному, от простого к сложному.

Такое построение учебного материала не вызывает возражений. Действительно, вести обучение от легкого к трудному -

36

это значит приобщать студентов к знаниям постепенно, не перегружая, и переходить в обучении от конкретных фактов к обобщениям, от простых обобщений к обобщениям более сложным, постепенно расширяя и углубляя круг знаний. Следовать в обучении от известного к неизвестному - означает, что в обучении надо соблюдать определенную последовательность, чтобы содержание и методы обучения на старших курсах опирались на знания, полученные на младших курсах, а проведение очередного занятия - на знания, полученные на предшествующих занятиях, и т.д.

В то же время эти относительно простые рекомендации как совершенно очевидны, так и неточны и неоднозначны. Например, переход от более легкого материала к более трудному нельзя считать конкретным указанием. То, что для одного студента легко, для другого может оказаться более трудным, и наоборот. То, что для данного студента кажется непреодолимым затруднением, на самом деле может стать легким после устранения какой-либо незначительной преграды. С этой точки зрения в момент появления каких-либо трудностей имеется возможность установить их конкретную причину или группу причин, а затем их устранить.

Более полное понимание принципа доступности основано на проявляющихся в процессе обучения психологических законо-мерностях, касающихся фаз психического развития и индивидуальных различий, имеющих место на любой фазе. Они в значительной степени обусловливают результаты обучения. Главный вывод, связанный с принципом доступности на современном уровне понимания, касается необходимости поиска таких способов установления преподавателем контакта с каждым студентом, подбора таких методов и средств обучения, которые в максимальной степени способны привести в движение силы и возможности студентов, отвечающие данной фазе их умственного, морально-социального и физического развития. Осуществлению такого подхода в значительной степени способствует переход на компьютеризированное обучение.

Важной особенностью компьютеризированного обучения, способствующей успешной реализации принципа доступности, является возможность регулирования сложности и трудности учебного потока информации. В случае традиционного обучения о доступности учебных текстов (именно из них студент,

37

занимающийся индивидуально, получает наибольший объем ин-формации) заботятся преподаватели. Однако студент, не имея обратной связи, преимущественно только принимает информацию, и поэтому возможность преподавателя персонально корректировать педагогическую ситуацию сводится к минимуму. В то же время организованная с помощью компьютера обратная связь дает возможность выбирать рациональный темп и направление обучение студента, имитируя индивидуальное общение каждого обучаемого с преподавателем. Более того, современные информационные средства межмашинного обмена информацией дают возможность организовать так называемый режим виртуального преподавателя, который обобщает педагогический опыт изучения данной дисциплины и интегрирует его с программным обеспечением. Благодаря этому студент может проявлять максимальную самостоятельность в обучении, выбирать рациональный путь и темп самообразования.

При компьютеризированном обучении происходит переход от принципа всеобщей доступности (для определенной возрастной группы студентов и определенного усредненного студента данного возраста) к принципу индивидуальной доступности. Индивидуальная доступность компьютерного обучения играет роль фильтра содержания, регулятора процесса обучения, который в конечном счете призван обеспечить достижение цели обучения студентов с разной начальной подготовкой, уровнем физических возможностей и субъективными личностными особенностями, т.е. в полной мере реализовать все основополагающие положения принципа доступности в образовании.

Принцип коммуникации. Принцип коммуникации обусловлен необходимостью организации диалога между компьютером и конечным пользователем. Это новый принцип, который присущ только компьютеризированному обучению. Он отражает особенности диалога между участниками учебного процесса и компьютером и учитывает, что диалог осуществляется на ограниченной площади интерактивного терминала и по определенным правилам, установленным алгоритмом организации диалога. При этом информация между участниками диалога может передаваться не только на уровне сообщений, подсказок, справок или уточнений, но в какой-то степени включать и элементы интеллектуального общения.

38

Спецификой методической системы построения занятия в новых условиях информационных технологий обучения можно считать изменение роли учебника как средства обучения. При этом информационную функцию учебной книги начинают выполнять педагогические программные средства, функцию же организации познавательной деятельности студента - так называемая компьютерная тетрадь. Это дает основание говорить о сокращении роли учебника в обучении и возможном в будущем его исчезновении как элемента учебно-методического комплекса дисциплины.

В диалоге «преподаватель - студент», опосредованном через компьютер, взамен традиционного учебника особую роль начинает играть так называемый «электронный учебник», т.е. комплекс информационных, графических, методических и программных средств автоматизированного обучения по конкретной дисциплине. Очевидно, что компонентный состав «электронного учебника» должен соответствовать составу программно-методического комплекса и заменять не только различного рода методические указания для студента, но и при определенных условиях собственно учебник в обычном его понимании. При этом обучающие возможности «электронного учебника» могут значительно превзойти традиционный учебник.

Информационное обеспечение «электронного учебника» обычно включает гипертекст (текст, отдельные слова или отрывки которого служат для связи и перехода к другому информационному блоку), автоматизированные учебные системы (пакеты учебных, контролирующих и других диалоговых программ), методические указания для организации работы как собственно с «электронным учебником», так и для проведения различного рода теоретических и практических занятий, выполняемых в том числе и вне компьютера. Формами электронных учебников могут быть: а) текстовая книга - статическая иллюстрированная книга с подвижными и неподвижными изображениями;б) разговорная книга - книга со звуковым сопровождением;в) мультимедиа-книга - включает текст, звук, изображение;г) интеллектуальная «электронная книга» - как правило, этоэкспертно-учебная система, которая использует методы искусственного интеллекта; д) книга-макромир - модель виртуальной реальности, которая дает высокую степень реализма и включает ситуационный сценарий.

39

«Электронный учебник», особенно в наиболее развитых его формах, видоизменяет содержание принципа коммуникации и существенно модифицирует не только функции учебника в об-разовательном процессе, но и может перевести на качественно новый уровень содержание работы преподавателя. Компьютерное обучение с применением такого учебника «технологизиру-ет» учебный процесс, в котором степень усвоения обязательного для изучения материала предопределяется базовой подготовкой каждого конкретного студента и соответствующим программным обеспечением. При этом программное обеспечение выступает как определенная субстракция педагогического опыта всей системы образования, заложенная в «электронный учебник». Кроме того, формируется в определенном смысле новое содержание обучения, в котором профессионально (с педагогической точки зрения) разработанное программное обеспечение дает возможность скорректировать степень творчества преподавателя и учесть уровень начальной подготовки студента.

Однако ошибочно будет полагать, что с развитием компью-теризированных технологий обучения роль преподавателя становится менее значимой и в конечном счете будет создан такой вариант «электронного учебника», который полностью исключит человека-педагога из образовательного процесса. Если считать, что образование - это передача набора определенной совокупности знаний, то в конечном счете можно согласиться, что компьютеризированные системы обучения в какой-то временной перспективе смогут взять на себя большую часть образовательных функций преподавателя. Однако и в этом случае качество полученной информации будет напрямую зависеть от умения преподавателя заинтересовать студента в получении таких знаний, вовлечь его в творческий процесс познания. Если же трактовать термин «образование» в широком смысле, включающем развитие личности студента, его познавательных и творческих способностей, то роль преподавателя в интегрированной человеко-машинной системе должна резко возрасти.

Не делая прогнозов относительно новой роли преподавателя в отдаленной перспективе, отметим, что внедрение новых инфор-мационных технологий, которое уже сейчас изменяет многие ролевые функции в системе «преподаватель -- компьютер - студент», безусловно, потребует уточнения традиционных дидактических принципов и формулирования новых, ранее не известных

40

принципов, или тех из них, которые в настоящее время не столь заметны или не могут зримо повлиять на существующую систему образования. И, по-видимому, это является настоятельной необходимостью современной вузовской педагогики.

1.3.3. Основные функции и принципы контроля знаний

На протяжении всей истории создания и развития современной системы высшего образования проблеме оценивания качества знаний всегда уделялось первоочередное внимание. В педагогической науке неоднократно подчеркивалась важность достоверного выявления истинных знаний как с позиции диагностики процесса обучения, так и в целях развития, воспитания студентов и стимулирования их к получению знаний. Актуальность этой проблемы не снижается и в настоящее время, особенно в свете наблюдаемой тенденции ко всё большему внедрению средств компьютерной техники в образовательный процесс и передачи техническим устройствам обучающих и контролирующих функций преподавателя.

Одним из наиболее перспективных вариантов решения задач контроля на современном этапе считается дополнение традиционных устных и письменных методов контроля тестовыми заданиями, выполнение которых требует от студента применения знаний и умений, полученных при изучении учебного материала. По тому, насколько успешно выполнено задание, делается суждение о результатах обучения и уровне полученных знаний. При этом содержание тестового задания определяется целями обучения, реализуемыми посредством выполнения контролируемого этапа обучения. Поскольку конечные цели обучения и цели обучения на разных его этапах могут быть различными, то для их достижения требуются и разные уровни усвое-ния изучаемого материала. Соответственно и тестирование должно подразумевать контроль на том или ином уровне усвоения знаний, а каждому из уровней должна быть сопоставлена собственная шкала оценок.

Рациональная организация учебного процесса в высшей школе невозможна без правильной постановки контроля знаний студентов, т.к. учет знаний является важным средством регулирования многих показателей учебного процесса и одновременно средством управления качеством обучения. На

41

контроль знаний, как правило, возлагается целый ряд функций, успешная реализация которых во многом определяет и успешность всего процесса обучения.

Одной из важнейших функций контроля знаний является обучающая функция. Она проявляется в том, что в ходе проверки расширяются, углубляются и совершенствуются знания, умения и навыки, повышается уровень образованности, развивается и совершенствуется культура умственного труда, стимулируется самостоятельность студентов, развиваются их познавательные интересы. Обучающее значение контроля знаний проявляется и в том, что он представляет собой непрерывно осуществляемую обратную связь, показывающую студентам и преподавателям уровень успехов и ориентирующих их относительно мер, направленных на дальнейшее повышения качества процесса обучения.

Второй, и не менее важной, является контролирующая функция, которая заключается в установлении самого факта наличия знаний, умений, навыков или их отсутствия, а также в проверке степени овладения методами познания, приемами эмпирического и теоретического мышления. Неотъемлемой частью контролирующей функции является самоконтроль. Его значение состоит в том, что совершенствование результатов деятельности студента не наступает даже при бесконечно большом количестве повторений, если он не увидит своих недочетов, ошибок, не будет способен критически оценивать результаты собственной деятельности.

Развивающая функция контроля знаний проявляется в том, что под воздействием контроля совершенствуются такие психические процессы и свойства личности, как внимание, память, мышление, интересы студента, стимулируется познавательная активность. Однако эта функция может быть реализована лишь в том случае, если вопросы, предлагаемые студенту, будут требовать от него объяснений, доказательств, обоснований, установления причинно-следственных зависимостей и связей.

Контроль знаний выполняет также организующую функцию. Систематически проводимый контроль организует жизнь и работу студента, ориентирует в специфике изучаемого учебного материала и требованиях преподавателей, способствует выработке рационального режима самостоятельной работы.

42

функция установления обратной связи проявляется в получении преподавателем информации о ходе учебного процесса, что является необходимым условием его совершенствования.

Наконец, контроль знаний выполняет воспитательную функцию, поскольку оценка, сопровождающая контроль, отражает результаты деятельности студента и делает их публичными. Оценка оказывает на студента большое моральное воздействие, воспитывает ответственности, развивает волю, дисциплинированность, позволяет выбрать правильную линию поведения, обеспечивающую достижение требуемых результатов оценки знаний при наиболее оптимальных (для студента) затратах труда.

Перечисленные функции контроля знаний реализуются на основе специфических дидактических принципов. В теории обучения принято говорить о таких принципах контроля знаний: всесторонности, индивидуальности, дифференцированности, систематичности, гласности, объективности и научности.

Принцип всесторонности требует при проверке и оценке знаний студентов охватывать различный по содержанию материал, вскрывать наличие не только знания фактов, понятий, закономерностей, но и умения пользоваться ими для анализа новых сведений в практических действиях.

Принцип индивидуальности предполагает оценку успехов студентов или недостатков их труда, исходя из индивидуальных особенностей, проявляющихся как стиль умственной работы, способ изложения.

Дифференцированность контроля и оценки знаний нацеливает преподавателей высшей школы на учет специфики учебного материала, подлежащего проверке, и на выражение выявленных и оцененных знаний, умений, навыков в баллах.

Результаты контроля знаний должны быть гласными. Лишь гласная оценка имеет воспитательный смысл, способствует развитию здоровой конкуренции в студенческом коллективе, препятствует возникновению неформальных отношений между преподавателем и студентом. В соответствии с этим необходимо обеспечить открытость всех этапов контроля, своевременность ознакомления с результатами контроля, проведение испытаний всех обучаемых по одним и тем же критериям.

Принцип объективности реализуется устранением субъективности в измерении и оценивании результатов обучения. Объективность оценки знаний отражает требование давать ясную,

43

точную, а не относительную картину уровня и характера успеваемости студента. Только в этом случае оценка поможет внести необходимые коррективы в работу студента и преподавателя.

В соответствии с принципом научности результаты контроля должны быть надежны и валидны. Научность является необходимым условием достижения эффективности контроля и реализуется путем соответствующих мероприятий по организации контроля.

Виды контроля знаний. В зависимости от целей и задач обучения к контролю знаний могут предъявляться разнообразные требования. Различаясь в объемах решаемых задач, времени проведения и направленности контроля, любой из видов контроля, помимо подведения срочных результатов обучения, должен быть направлен на организацию занятий, активизацию познавательной деятельности студентов и развитие их мышления.

Часто, предваряя изучение новой темы или дисциплины, пре-дусматривается входной контроль. Он позволяет выяснить, что студентам уже известно по данному разделу, какие их знания могут быть использованы преподавателем как фундамент, будут ли новые знания включены в систему уже имеющихся знаний, будут ли они дополнять эту систему или поведут к перестройке имеющихся знаний, к переосмыслению фактов, законов и т.д.

Преподаватель может использовать входной контроль для осуществления постоянного систематического контроля, получая возможность сформировать межпредметные и внутрисистемные связи и расширяя круг ассоциаций у студента. Помимо этого входной контроль ориентирует преподавателя в необходимом и допустимом уровне сложности, способе изложения материала, а студенту помогает вспомнить и актуализировать тот учебный материал, который в дальнейшем послужит фундаментом для приобретения новых знаний.

Однако предварительный учет создает лишь предпосылки для перехода от суммы фактов к их системе. Эти предпосылки развиваются и укрепляются на следующем этапе контроля, которым является текущий учет.

Текущий учет успеваемости в вузе имеет большое воспитательное и образовательное значение. Задачи его состоят в том, чтобы проконтролировать качество усвоения учебного материа-

44

ла, выявить имеющиеся недостатки, своевременно разработать способы их устранения, стимулировать интерес студентов к предмету и организовать их на решение поставленных задач.

Текущий учет является неотъемлемой частью учебного процесса и проводится в пределах обычных организационных форм учебных занятий. Так, на лекции и в конце ее преподаватель обращается к студентам с вопросами, ответы на которые помогут выяснить степень понимания аудиторией излагаемого материала, степень активности, внимания и т.п.

При всех очевидных достоинствах текущего учета в нем преобладают контрольные функции. Это, конечно, важно, но недостаточно для целостного восприятия учебного материала в пределах отдельной темы или группы тем. Чтобы изучаемый материал был усвоен как нечто цельное, проводится тематический учет, главная задача которого - дать студентам возможность воспринять важную и сложную тему целиком, выявить причинно-следственные связи, связать новый учебный материал с уже усвоенными знаниями, проследить развитие, усложнение явлений, понятий, основных идей. Контрольная функция в этом виде учета успеваемости не является определяющей, хотя и имеет место.

В связи с развитием модульной системы построения занятий в последнее время все большую значимость приобретает рейтинговый контроль. Целью рейтингового контроля является мобилизация студентов на углубление знаний по данной дисциплине, ее ведущим темам, углубление разветвленной системы ассоциативных связей. Рейтинговый контроль должен стимулировать и рационализировать познавательную деятельность студентов, ориентируя их на стремление к самостоятельному приобретению знаний, помогая лучше, глубже разобраться в теории вопроса.

Итоговый контроль знаний может проходить в форме зачета, дифференцированного зачета или экзамена. В процессе подготовки к зачетам и экзаменам осуществляется систематизация, углубление, обобщение знаний по всему предмету. Как правило, итоговый контроль в форме экзамена используется для оценки качества усвоения теоретического материала, а зачет или дифференцированный зачет - для оценивания приобретенных умений. В связи с этим может возникнуть некоторая неоднозначность в том, что же считать итоговой оценкой,

45

Рис. 1.1. Схема контроля по дисциплине «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения»

характеризующей качество усвоения учебного материала по дисциплине в целом.

На рис. 1.1 показана схема контроля, применяемая при изучении дисциплины «Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения», читаемой для студентов инженерных специальностей. Как и в большинстве технических дисциплин, помимо контроля теоретического материала здесь предусмотрен контроль по тем видам учебной деятельности, которые развивают умения выполнять определенные профессиональные действия и обосновывать принимаемые решения с помощью инженерных расчетов.

Каждый из показанных на схеме видов контроля может ис-пользовать качественную или количественную характеристику полученных знаний и умений. Имея в виду, что дисциплина относится к профессиональным, а по характеру учебного материала к техническим предметам, здесь, по-видимому, будет правильным дать количественную оценку именно тем видам учебной деятельности, которые развивают профессиональные умения. Тогда в качестве итоговой оценки можно проставить наиболее важную для инженера оценку его способности применять полученные знания на практике, учитывая, что и по теоретическому материалу он имеет необходимый минимум знаний.

46

Итоговая оценка по дисциплине

Обязательноедомашнеезадание

Лекционный материал

Практические занятия

Лабораторные занятия

Дифференци-рованный

зачет

Зачет Допуск Допуск

Текущий контроль

Текущий тестовый контрольМодульный

тестовый-контроль

Оцениваниепо количеству

и качеству

Проблемы субъективизма при контроле знаний. Контроль результатов обучения, является обязательным компонентом учебного процесса. Он наиболее характерен для фазы завершения изучения какой-либо темы или этапа обучения, однако присутствует на всех стадиях процесса обучения. Знание качества достигаемых результатов обучения является непременным условием успешной работы преподавателя. Если неизвестно, насколько результативна деятельность преподавателя, если он не знает, что сделано правильно и в чем допущены ошибки, то он не сможет достичь поставленных целей обучения.

В отечественной высшей школе, как и в большинстве других стран, принята система отметок или баллов, которые выставляются при текущем контроле или специальной проверке (рейтинговый контроль, зачеты, экзамены и др.). При этом на основании подсчета полученных оценок оперируют таким понятием, как успеваемость. Например, «качество успеваемости в группе», «общая успеваемость», «неуспеваемость» и т.п. Все эти характеристики считаются обобщенным показателем не только знаний, умений и навыков, приобретаемых студентами, но и всего обучения в целом. По итогам успеваемости студента переводят с курса на курс, начисляют стипендию или принимают решение об отчислении. Исходя из этих показателей, оценивают работу преподавателя, доказывают преимущество одной методики обучения перед другой и т.д.

Применение критерия успеваемости оказывается часто оправ-данным для целого ряда практических целей как универсального показателя, учитывая относительную простоту его получения. Однако при этом особо важна достоверность используемых критериев оценки знаний, т.к. использование неадекватных показателей скорее приведет к негативным последствиям, чем даст положительный результат. Следует помнить, что, выражая успеваемость в цифровом представлении, система определения оценок или баллов в большинстве случаев не может опереться на средства их количественного измерения. Поэтому существующая система выставления оценок все чаще подвергается кри-тике за субъективизм и неправомерность известной фетишизации понятия успеваемости. Эта критика вызвана прежде всего тем, что необходимо найти путь более объективной оценки результатов обучения. Все чаще говорят о необходимости введения соизмеримых методов оценивания знаний (например,

47

в Российской Федерации в этих целях вводят единый экзамен для выпускников средней школы).

Контроль качества обучения в процессе своей деятельности выполняет каждый преподаватель, хотя и не всегда отдает себе отчет, к каким мыслительным операциям прибегает в том или ином случае. Он также не всегда задумывается над теми способами и средствами, которые избрал для оценки достижений студентов. Преподаватель имеет в своем распоряжении прежде всего органы чувств, мышление и сложившееся представление о том, что считать эталоном обученности, сравнивает свои представления о знаниях студентов с этим эталоном и па этой основе делает заключение о результатах обучения. В соответствии с принятыми заключениями преподаватель изменяет содержание лекционного материала, усложняя или. наоборот, упрощая его изложение, делает разные акценты на изучение теоретического раздела или выполнение практической части лабораторных работ и т.п.

При этом преподаватель и студенты неизбежно сталкиваются с проблемой необъективности оценивания знаний. Помимо того что сам преподаватель не может быть объективен в силу личностных представлений и мироощущений, проблема осложняется тем, что оценивание знаний - это многофакторная задача с разноуровневыми критериями, приоритеты для которых в большинстве случаев не могут быть строго определены. И даже если пойти по пути составления требований к оцениванию знаний в виде инструкций с перечисленными критериями и их приоритетами, в конечном счете степень соответствия ответа студента этим критериям определяет преподаватель, опять же на основе своих представлений об эталоне ответа. Например, можно уточнить требования предметных программ с помощью следующих критериев оценки знаний и перечислить их в порядке значимости: 1) понимание и степень освоения вопроса; 2) полнота, измеряемая количеством программных знаний об изучаемом объекте; 2) глубина, характеризующая совокупность осознанных студентами связей между соотносимыми знаниями; 3) прочность знаний; 4) способность применить полученные знания; 5) логика, структура, стиль ответа и умение студента защищать выдвигаемые научно-теоретические положения, осознанность, обобщенность и конкретность. Очевидно, что два преподавателя, выслушав ответ студента, оценят его исходя из этих критериев по-разному, и разброс оценок может быть значительным.

48

Отсюда следует, что достоверность и воспроизводимость оценки знаний, когда она базируется на единичном субъективном представлении человека, весьма невысоки. Устранить субъективный элемент в любого вида оценке чрезвычайно трудно в силу ряда причин. Во-первых, весьма условно обозначение результатов обучения: знания, умения, навыки, усвоение, успеваемость и т.п. Все эти понятия не имеют количественной формы выражения. Во-вторых, пока еще не выработаны общедоступные методы прямого измерения учебной деятельности, и о ней судят опосредованно: по ответам, по действиям учащихся и т.д.

Поэтому в последнее время в педагогической практике все чаще при контроле знаний используют тестирование. Дидактический тест - это набор стандартизованных заданий по определенному материалу, устанавливающий степень усвоения его студентами [67]. Преимущество тестов - в независимости проверки и оценки знаний от преподавателя. Однако для успешности контроля знаний необходимо, чтобы тест отвечал ряду требований. Взвешенный подход к проектированию и применению тестового контроля позволяет обеспечить его надежность, валидность, объективность. Надежность теста означает, что он показывает те же результаты неоднократно, в сходных условиях. Валидность означает, что тест обнаруживает и измеряет уровень усвоения именно тех знаний, которые хочет измерить разработчик теста.

Известно, что первые образцы тестов появились еще в конце XIX века, и с этого времени с определенной периодичностью находили большее или меньшее применение в практике оценивания знаний. В настоящее время наблюдается новая волна их популярности, вызванная появлением компьютерной техники.

1.4. Контроль и обеспечение качества дистанционногообучения

1.4.1. Общие подходы к управлению качеством

Дистанционное обучение вследствие своих технологических осо-бенностей способствует повышению объективности методов и ин-струментов реализации учебного процесса, в том числе и в части обеспечения качества. Компьютеризация дистанционного

49

обучения, обусловленная широким применением средств ком-пьютерной техники для оказания образовательных услуг, помогает не только применять новые технологии в обучении, но и автоматизировать многие функции управления его качеством. В то же время до сих пор для оценки образовательных услуг нет общепринятой шкалы, позволяющей количественно измерить уровень качества обучения, и на этой основе принимать управленческие решения. В большинстве случаев кажется интуитивно понятным, что же такое качество образования и какие критерии должны быть заложены в определение этого понятия. С другой стороны, отсутствует единое мнение даже относительно того, по каким показателям следует оценивать качество работы высшего учебного заведения и что в этих показателя более значимо. Например, очень часто качество отождествляют с рейтингом вуза. Министерство образования и науки Украины использует подобные критерии качества, когда определяет объемы бюджетного финансирования или принимает решение о лицензировании специальностей. Однако критерии для рейтинговых оценок расплывчаты и часто не влияют непосредственно на качество образования. Например, не всегда правомерно учитывать в рейтинге университета такие часто используемые показатели, как количество докторов наук, количество книг в университетской библиотеке или результаты очередной аттестации. Несомненно, эти показатели надо измерять. Но, скорее всего, они относятся к внутренним проблемам вуза. Потребителей образовательных услуг меньше всего интересует список докторов наук университета, тем более что перспективной считается методика приглашения для чтения отдельных лекционных блоков ведущих профессоров из других вузов. В условиях дистанционного обучения этот показатель еще менее значим, поскольку, помимо прочего, и электронные учебно-методические материалы могут разрабатываться совместными усилиями творческих коллективов из нескольких образовательных центров, и студентам безразлично, сколько преподавателей, участвующих в их разработке, работали непосредственно в том вузе, в котором они обучаются. То же можно сказать и о работе в библиотеке. С помощью сети Интернет и электронных библиотек студенты могут получить неограниченные информационные ресурсы. И с этих позиций для оценки качества образования гораздо важнее количество рабочих мест, которое вуз может пре-

50

доставить для доступа к корпоративным и глобальным компьютерным сетям или уровень тех учебных материалов на электронных носителях, по которым обучаются студенты и, может быть, формально существующим в единственном экземпляре.

Определяя качество образовательных услуг как их соответствие требованиям, сформулированным потребителями услуг, и закрепленное государственными стандартами можно рассматривать систему аттестации высших учебных заведений, измеряющую степень такого соответствия, как механизм контроля качества. Достоинство подобного подхода, очевидно, и заключается в том, что он позволяет гарантировать минимально приемлемый уровень обучения и отсеять тех поставщиков образовательных услуг, которые его не обеспечивают. Вместе с тем простое соответствие минимальным стандартам не позволяет дифференцировать вузы по уровню качества, так как многие, в том числе и детерминированные показатели качества, не оцениваются аттестационной комиссией. В результате вуз может соответствовать стандартам аттестационных комиссий и не соответствовать стандартам качества, популярным в среде студентов, родителей, работодателей и других клиентов высшей школы.

Отсюда вытекает еще один подход, связанный с участием потребителя в оценке качества образования. При данном подходе принимаются во внимание предпочтения потребителей, которые конкретизируются системой маркетинговых оценок. Изучение восприятия студентами и родителями качества образования важно для будущего развития университета. Кроме того, понятие «потребитель» не ограничивается студентами и родителями. У высшего образования много клиентов - как внешних, так и внутренних (подразделения вуза, сотрудники, общество). Каждый участник этих групп обладает своим собственным пониманием качества, которое пригодно к использованию.

У этого подхода также есть недостатки, в первую очередь свя-занные с тем, что участие потребителя в оценке качества субъективно, поскольку каждый потребитель сам решает, какая услуга отличается наивысшим качеством, определяя при этом ее пригодность к использованию. Однако в конечном счете студенты в системах дистанционного образования находятся в самом лучшем положении для оценки качества любой программы дистанционного образования. Они покупают, используют и воспринимают не только физические продукты в виде конкретных учебно-

51

методических материалов, но также осязаемые и неосязаемые услуги, такие, как услуги связи, поведение тьюторов и тому подобное. Суждения студентов о качестве индивидуальны и субъективны, основаны на личных потребностях, желаниях и опыте. У них может быть разный уровень личного опыта, когда им приходится определять качество отдельной учебной программы. Тем не менее их суждения - решающие для будущего любой учебной программы, поскольку студент-потребитель - это тот, кто вкладывает инвестиции в виде денег, времени и сил. Различные индивидуальные суждения могут быть причиной персональной обратной связи или корректирующих действий, но негативная или критическая оценка, данная группой, должна послужить толчком для более масштабных действий по улучшению качества.

С точки зрения подходов к контролю и обеспечению качества можно выделить две модели управления качеством, которые взаимно дополняют друг друга. В соответствии с первой моделью методической основой для управления качеством являются международные стандарты серии ISO 9000. Международные стандарты определили новый подход к качеству дистанционного образования. В соответствии с ними в системе ISO качество системы дистанционного образования должны устанавливать и регламентировать внешние контролеры посредством документов и инструкций. Безусловно, системы управления качеством могут создаваться и без стандартов ИСО 9000, более того, их адаптация к условиям отечественных вузов часто страдает излишней бюрократизацией и существует риск, что, как это уже неоднократно было в высшей школе, непосредственная работа над качеством будет сведена к созданию многочисленных документов и процедур, непосредственно не влияющих на результаты обучения. Однако для начала лучше все же взять за основу построения системы качества требования и рекомендации стандартов ИСО серии 9000 и использовать их применительно к конкретному вузу, нежели для тех же условий создавать нечто оригинальное, «изобретая велосипед» и к тому же не имея возможности сертифицировать созданную систему. Следует помнить, что именно получение сертификата соответствия часто является для потребителей и партнеров доказательством наличия и дееспособности созданной системы качества, обеспечивает возможность выхода на более широкий рынок образовательных услуг.

52

Вторая модель управления качеством основана на непосред-ственном контроле знаний обучаемых. Тестирование знаний путем проведения контрольных мероприятий является важным и необходимым элементом учебного процесса, и в системе управления качеством результаты тестирования играют существенную роль. Однако тестирование непосредственно не указывает на причины и источники появления изъянов, оно является выборочным в отношении изучаемого материала и направлено преимущественно на оценку знаний и в меньшей степени на выявление недостатков в обучении. Кроме того, на экзаменах и зачетах определяется итоговый уровень полученных знаний, и если он недостаточен, то для конкретных студентов этот уровень оказывается окончательным, исправление возможно уже только по отношению к последующим группам студентов.

Исходя из сказанного, представляет интерес разумное сочетание первой и второй моделей управления качеством образования на основе контроля знаний обучаемых, процессов обучения и применяемых инструментальных средств с целью объединить достоинства и снизить недостатки каждой из моделей. Другими словами, положения стандартов ISO 9000 при соответствующей интерпретации могут быть полезно использованы и в сфере образования. При этом, поскольку образовательные институты действуют на разных учебных рынках и в разных условиях, очевидно, что оптимальные пропорции между той и другой моделью для конкретного вуза в значительной степени будут определяться внутренними факторами. И, следовательно, при построении системы качества следует учитывать рекомендации вузовских специалистов, реализующих дистанционное обучение, т.к. именно они, обеспечивая непосредственный контакт со студентом, имеют доступ к информации о степени успешности обучения конкретных студентов, что создает основу для тщательной, исчерпывающей и целенаправленной работы над обеспечением качества обучения в данном вузе.

Рассматривая проблему оценки качества образования более широко, отметим, что это понятие многомерно, и существует много аспектов в его определении и несколько уровней измерения. При этом, оставляя за государством в лице его исполнительных органов обеспечение стандартов образования, следует считать, что любой вуз может иметь собственную шкалу оценок,

53

в соответствии с которой и должна строиться система обеспечения качества на уровне института или университета.

Уточняя иерархию уровней приложения системы обеспечения качества обучения, следует исходить из того, что любая деятельность, в том числе и образовательная, включает наличие трех сторон: субъекта, инструмента и среды деятельности. К субъектам образования относятся преподаватели-инструкторы, оказывающие образовательные услуги, студенты, оплачивающие и получающие образовательные услуги, и структурные подразделения министерств и вузов, организующие образовательный процесс. Инструменты образования - это парадигма и концепции образования, технология обучения, учебные и методические материалы, методы их доставки. Немаловажным является и социальная, экономическая, культурная и другие составляющие образовательной среды, в которой осуществляется обучение.

На рис. 1.2 показана укрупненная схема системы обеспечения качества, построенная по аналогии с системами тотального менеджмента качества промышленного предприятия. Из нее следует, что система обеспечения качества представляет собой трансформирующую систему, на вход которой поступает студент, который выражает потребность в получении образовательной услуги, с привлечением ресурсов вуза происходит его обу-

Рис. 1.2. Система обеспечения качеством

54

РЕСУРСЫ ПОСТАВЩИКАОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ

УСЛУГОК

выход(обученный

студент)

ВХОД (обучаемый

студент)

ОКОК ОК

ТРЕБОВАНИЯ ТРЕБОВАНИЯ

ВНЕШНИЕ ПОСТАВЩИКИ

ВНЕШНИЕ ПОТРЕБИТЕЛИ

чение, и на выход системы поступает обученный студент, получивший образовательную услугу определенного качества. При этом каждый элемент имеет упорядоченную систему оценок качества данного иерархического уровня.

Приняв как основополагающую модель тотального менеджмента качества, следует учитывать, что в условиях образовательного учреждения она будет иметь свою специфику, что связано с особенностями реализации процесса обучения по отношению к производственному процессу. Это в первую очередь обусловлено тем, что и субъектом, и объектом деятельности вуза является человек, а это исключает шаблонные подходы и требует использования специфичных педагогических технологий, направленных на воспитание и подготовку специалистов, конку-рентоспособных на мировом рынке. Во-вторых, результативность образовательной деятельности зависит от эффективности научных исследований. Именно научная деятельность дает возможность профессорско-преподавательскому составу непрерывно совершенствовать и пополнять свои профессиональные знания и практический опыт. Научный и особенно учебный процесс дистанционного обучения не могут плодотворно развиваться без ин-формационных технологий, что также имеет свою специфику в обеспечении качества обучения.

Учитывая особенности образовательных систем и конкретизируя систему обеспечения качества для уровня структурного подразделения вуза, участвующего в организации учебного процесса в условиях дистанционного обучения, следует заключить следующее. При существующей системе основным звеном обеспечения качества образования является кафедра или центр дистанционного обучения, планирования и улучшения качества -методические советы всех уровней, контроля качества - учебный и учебно-методический отделы. Однако эта сложившаяся традиционная структура направлена прежде всего на достижение уровня соответствия стандартам, а не требованиям рынка. Поэтому вузу нужен специализированный контур управления качеством, связанный с созданием и развитием служб маркетинга и стратегического развития. Эту функцию можно реализовать на базе учебно-методического отдела, наделив его соответствующими ресурсами. При этом, определяя круг задач учебно-методических подразделений, безусловно, не следует приуменьшать и важность процессов стандартизации учебных,

55

Рис. 1.3. Архитектура образовательной системы

научных и управленческих процессов для обеспечения надежности управления.

На рис. 1.3 приведена архитектура образовательной системы дистанционного обучения, построенная по рекомендациям международного стандарта IEEE P1484.1. В соответствии с ней к факторам, определяющим качество образования на уровне высшего учебного заведения, отнесены субъекты и инструменты воздействия. Субъектами являются студент, реализующий процесс обучения, и инструктор, воздействующий на студента посредством исполнение функций преподавателя.

Факторами, влияющими на качество образования от компонента «студент», являются уровень предварительной подготовки абитуриента, его способности и мотивация к обучению. Хотя эти факторы во многом определяют качество и результаты процесса обучения, управление ими на уровне вуза ограничено, т.к. стартовые знания студента в основном формируются в школе и лишь частично учебными подразделениями, осуществляющими различные методы довузовской подготовки. Способности студента также лишь частично могут быть выявлены по результатам вступительных экзаменов или через другие формы работы приемной комиссии. Кроме того, способности к обучению развиваются и непосредственно в процессе обучения в вузе, однако конечный результат все равно во многом зависит от исходных способ-

56

Действия студентаИнформацияСТУДЕНТ

Данные о взаимодействииСсылки Оценки

ДОСТАВКА ИНСТРУКТОР ОЦЕНИВАНИЕ

Результаты работы

Учебные материалы

РЕПОЗИТОРИЙ БД СТУДЕНТОВ

Метаданные Профиль студента

ностей студента. В еще меньшей степени учебное заведение может влиять на мотивацию к обучению, т.к. это, скорее, социально-экономический фактор, который по отношению к вузу является внешним, и поэтому система внутривузовской мотивации часто оказывается искусственной и неэффективной.

Фактор качества от компонента «инструктор» при дистанционном, как и при традиционном, обучении определяется квалификацией преподавателя. Однако при дистанционном обучении имеется несколько категорий преподавателей - это авторы учебных материалов, преподаватели-консультанты, преподаватели-тьюторы. Влияние авторов учебных материалов на качество обучения может быть учтено через контроль качества учебных материалов. Для контроля качества остальных представителей преподавательского корпуса можно использовать традиционные подходы, основанные на контроле наличия ученых степеней и званий, участия преподавателей в научных исследованиях и т.п. Кроме того, в качестве инструктора может исполь-зоваться компьютерная обучающая программа, качество которой определяется тем, насколько успешно в ней реализуются те функции преподавателя, для автоматизации которых она спроектирована.

Более существенное влияние, чем при традиционной форме организации занятий, на уровень дистанционного обучения оказывает фактор качества учебно-методических материалов, находящихся в репозитории. Обычно такие материалы сгруппированы по отдельным дисциплинам и представлены в виде комплексных электронных учебников, в которых помещены все необходимые учебные, методические материалы, средства для самоконтроля и т.п. Инструктор управляет выбором необходимых для обучения материалов из репозитория на основе информации о профиле, результатах оценивания знаний и прилежания студента, а также метаданных репозитория. Выбранные материалы передаются для самостоятельной работы, в ходе которой в основном и формируются знания студента. Хотя в процессе изучения учебного материала студент и может получать допол-нительные консультации или обмениваться информацией не-посредственно с преподавателем, тем не менее большую часть времени студент работает непосредственно с электронным учебником. Поэтому на успешность обучения влияет доступность изложения материала, типичность изложения информации

57

отдельных тем, разделов и дисциплин в целом, наглядность, удобство интерфейса, возможности самоконтроля и т.д.

Контроль качества средств доставки сводится к контролю количественных и качественных характеристик материально-технического обеспечения учебного процесса. Конкретизация требований к средствам доставки зависит от того, по какой из схем - синхронной, асинхронной или комбинированной построено обучение.

Синхронные системы предполагают одновременное участие в процессе обучения и студента, и преподавателя. К таким системам относятся интерактивное телевидение, аудио, графика, компьютерные телеконференции (Interactive Relay Chat), MOO (Multi-user Object Oriented), MUD (Multi User Domain). Из-за существующих в Украине относительно невысоких скоростей доступа к глобальным и частично корпоративным компьютерным сетям организация доставки учебного материала исключительно по синхронной схеме обучения находит ограниченное применение. Еще в большей мере это справедливо для обучения инженерным специальностям, для которых характерно использование большого количества графической, видеоинформации и, как следствие, большие объемы передаваемой информации.

Асинхронные системы не требуют одновременного участия студентов и преподавателя в учебной деятельности и поэтому не столь критичны к скоростям доступа к компьютерным сетям. К таким системам в дистанционном обучении относятся курсы на основе печатных материалов, аудио- и видеодисков, электронной почты (e-mail), файлового транспортного протокола FTP (File Transfer Protocol), Интернет-ресурса WWW (World Wide Web) и др. Однако использование асинхронной схемы в чистом виде также ограничено, поскольку при этом не обеспечивается в полной мере одно из важнейших преимуществ дистанционного обучения - интерактивность занятий и возможность диалогового общения студентов с преподавателем и между собой.

Смешанные системы используют элементы как синхронных, так и асинхронных схем организации обучения с поддержанием кейсовой и сетевой технологий доставки. Кейсовая технология предусматривает выдачу студенту учебно-методических материалов в виде набора («кейса»), находящегося на компакт-диске или других носителях. Сетевая технология состоит в том, что обмен между студентом и центром дистанционного обучения

58

происходит с использованием телекоммуникаций, работы в локальной сети и/или в Интернет. В перспективе использование сетевой технологии создает предпосылки для перехода к виртуальной форме обучения.

При оценке качества дистанционного обучения эффективность компонента «оценивание» связана с показателями качества тес-тирующих систем. Полученные в результате оценивания данные анализируются и интерпретируются по трем направлениям: 1) качество образования каждого из студентов; 2) обеспечение качества образования в данной группе, на курсе, факультете и в вузе в целом; 3) дифференцирование влияния факторов качества образовательной системы на результаты обучения.

Процесс тестирования предусматривает этапы промежуточного и итогового контроля. Промежуточный контроль осуществляется на основе самоконтроля студента и позволяет ему пройти тестирование (в случае необходимости - многократно), посмотреть оценку; при неудовлетворительном результате -пройти тестовое задание повторно, в том числе в виде практикума с просмотром правильных ответов. Итоговый контроль тестирует студента и заносит результат в базу данных, обеспечивая статистику обучения. По итогам контроля судят об успешности обучения студента, и в соответствии с достигнутыми результатами он переводится на очередной курс или получает рекомен-дации по коррекции качества образования, если это необходимо. Защита и конфиденциальность информации обеспечивается путем ограничения доступа к различным полям базы данных. Каждый студент может получить информацию по результатам тестирования только о себе. Инструктор имеет доступ к информации по всем видам педагогической диагностики или только по тем разделам работ, которые входят в его функциональные обязанности, а администрация, помимо этого, - к статистически обработанным результатам всех видов тестирования.

Выводы о влиянии факторов обучающей системы на качество обучения делаются на основе статистической обработки результатов тестирования. Сравнивая полученные в результате диагностики данные с нормативными, можно судить о наличии отклонений и необходимости коррекционной работы или, наоборот, об оптимальности выбранных педагогических средств и методов обучения. При этом наиболее удобен сопоставительный анализ, позволяющий сравнивать результаты, достигнутые

59

Рис. 1.4. Лимитирующие факторы качества

студентами при взаимодействии с конкретным преподавателем, консультантом, инструктором или при использовании определенного инструментария. На основе такого сопоставления принимаются управленческие решения, направленные на коррекцию образовательного процесса.

Очевидно, что выраженность каждого из факторов обучающей системы и его влияние на качество образования имеет специфику в каждом вузе. В то же время есть и общие закономерности, которые характерны для современного уровня развития дистанционного образования в Украине. На рис. 1.4 приведена диаграмма, иллюстрирующая обобщенные результаты высказываний специалистов-практиков, работающих в области организации и осуществления дистанционного обучения в восемнадцати вузах различных регионов Украины. На предложение назвать три наиболее проблемных фактора, влияющих на качество дистанционного обучения, 96% назвали несовершенство контролирующих систем, 87% - недостатки учебно-методического обеспечения, 79% - отсутствие современных средств доставки.

Следовательно, определяя стратегию работ по обеспечению качества, в первую очередь необходимо обратить внимание на эти факторы качества инструментальных средств образовательной системы и, проведя, если это необходимо, уточняющие измерения, планировать мероприятия по устранению наиболее узких мест.

60

УЧЕБНИК ДОСТАВКАКОНТРОЛЬ

1.4.2. Измерение качества инструментальных средств

На рис. 1.5 показана укрупненная структура лимитирующих элементов образовательной системы. Все они относятся к инструментальным средствам, и, для того чтобы конкретизировать, в чем проблема с их использованием в учебном процессе дистанционного обучения, приемлем способ сравнительного анализа качества по результатам, достигнутым студентами при использовании тех или иных тестовых программ, разделов электронного учебника или средств доставки. Такой подход часто естественен и не требует проведения специальных измерений, так как оценка успешности обучения всегда содержится в статистике успеваемости студентов за определенный период, когда

Рис. 1.5. Архитектура лимитирующих элементов

61

а)ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНИК (УМО)

Титульная страница

Навигация

Модули

Титульная страница

Теоретический материал

Практикум

Контроль и самоконтроль

в)б)

СРЕДСТВА ДОСТАВКИ КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ

CD-диски Сети

Правильность ответа контролирует компьютер

Другие средства (почта, телевидение...)

Правильность ответа контролирует человек

использовалась первоначальная версия инструмента, и последующий период, когда для обучения применялась более новая версия. Сопоставив результаты, можно сделать заключение, к каким итогам привело реализованное нововведение: если успеваемость повысилась, то результаты положительные и новый вариант следует принять; если успеваемость ухудшилась, то результаты отрицательные и от изменений следует отказаться.

При всей кажущейся простоте способ оценки качества инст-рументальных средств по статистике успеваемости находит ограниченное применение. Это связано с тем, что учебный процесс является многокритериальным, на его конечный результат одновременно оказывает влияние большое число факторов, и поэтому сложно выделить, какой из них доминировал и привел к зафиксированному изменению успеваемости. Кроме того, к обучению каждый раз допускается новая группа студентов, и поэтому невозможно точно повторить условия, в которых про-

Рис. 1.6. Блок-схема экспертной системы

62

ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА СОДЕРЖАНИЯ ОБРАЗОВАНИЯ (полнота, доступность, наглядность, типичность, логичность...) ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ТЕХНОЛОГИИ ОБУЧЕНИЯ (оформление, удобство интерфейса, время на поиск...)

Массив оценок качества измененного ИС

Массивоценок качества

исходного ИСБАЗА ДИК

E-mail

Анализ

Принятие решений

водились измерение. Еще один недостаток связан с тем, что, даже фиксируя факт улучшения успеваемости, например, вследствие редактирования какого-нибудь раздела электронного учебника, невозможно установить изменение каких свойств данного раздела обеспечило такой результат.

Решить проблему измерения качества инструментального обеспечения дистанционного учебного процесса в значительной степени позволяет рассредоточенная экспертная система, блок-схема которой приведена на рис. 1.6. Такая система в первую очередь ориентирована на управление качеством электронного учебника, но с небольшими изменениями может быть адаптирована и для оценки качества остальных инструментов образовательной системы.

По сравнению с традиционным учебно-методическим обес-печением достоинства электронного учебника очевидны. Это:

• автоматизация и интенсификация педагогического труда с частичной заменой некоторых обучающих функций препо-давателя:

• возможность самоконтроля знаний по результатам изучения отдельных разделов учебника при автономной и независимой работе с учебником;

• наглядность и информативность учебного материала за счет использование гипертекстового и мультимедийного представ-ления информации;

• хранение больших массивов информации при наличии систем навигации и средств поиска;

• комфортность в работе за счет создания дружественного ин-терфейса, учета индивидуальных способностей студентов и др.

Наряду с достоинствами у электронных учебников есть и недостатки: чтение с экрана менее удобно, чем с листа бумаги, вызывает повышенную утомляемость органов зрения, требует наличия соответствующих технических средств и т.д. Возможны и более существенные недостатки, вызванные погрешностями в составлении электронных учебников. Это выражается в отсутствии учета психолого-педагогических требований, нарушении межпредметных связей и недостаточной преемственности учебного материала, неправильной или неполной типизации и унификации в изложении материала, отсутствии единого подхода к подбору иллюстративного материала и др.

63

Цель распределенной экспертной системы заключается в выявлении тех условий функционального и технического характера, соблюдение которых способствовало бы расширению преимуществ, снижению недостатков электронных учебников и, как следствие, их более эффективному использованию. При этом к функциональным следует отнести условия, определяющие соответствие электронного учебника его главному назначению - формированию у студентов необходимых знаний и навыков. Функциональные условия оцениваются показателями качества содержания образования. Наиболее общими из них являются доступность изложения учебного материала, полнота изложения для всестороннего рассмотрения предмета изучения, отсутствие излишней детализации, возможность самоконтроля, наглядность, логичность, типичность учебного материала и др. Для описания уровня технических условий используют показатели качества технологии обучения: особенности дизайна, удоб-ство интерфейса, время на поиск и др.

В табл. 1.1 в качестве примера приведена анкета, которая может быть включена в состав электронного учебника для диф-ференцированной оценки показателей качества содержания об-разования и технологии обучения. Студент, получая такую анкету вместе с учебником, имеет возможность после изучения учебного материала оценить один из разделов или любую из тем, составляющих содержание учебника, а затем щелчком мыши на кнопку «Отправить» переслать ее в службу управления качеством дистанционного обучения.

Исследование выполняется по двум выборкам оценок качества, полученным при измерении каждого из частных показателей до и после внесения изменений в соответствующий раздел электронного учебника (л, и пг). При этом размер выборки n1 не обязательно должен быть равным размеру выборки пг Производится статистический анализ, для чего определяются параметры фактических распределений каждой из выборок, сравниваются рассчитанные параметры распределений и делаются выводы о достоверности влияния выполненного редактирования учебника на оценку качества, данную студентами.

1. Вычисляются разбросы значений частного параметра качества по формуле:

64

Таблица 1.1. Анкета экспертной системы

где , - соответственно наибольшее и наименьшее изме-ренное значение частных параметров качества.

2. Общий разброс значений частного параметра качества (оп-ределенный по двум выборкам) разбивается на 6-10 интервалов, и определяется частота появления значений параметра в каждом из интервалов (количество значений частных параметров качества, которые находятся внутри границ каждого из интервалов). По найденным значениям частот строится график в координатах «частоты - интервалы».

65

Укажите рецензируемый учебный материал и оцените его качество по пятибалльной шкале от 1 (минимальная оценка) до 5 (максимальная оценка)

ОценкаРаздел

1 2345ТемаТипичность изложения учебного материалаДостаточность информации для подготовки к контролюДоступность для понимания

Логичность изложения и связь с другими разделами курса

Наглядность

Качество оформления

Удобство интерфейса

Возможность самоконтроля

Приемлемость затрат времени

Общая оценкаКомментарий:

Отправить Очистить

3. Определяется мода - наиболее часто повторяющееся значение частного параметра качества в интервалах данных. Мода численно равна значению числовой оси, соответствующему середине интервала с наибольшей частотой появления частного параметра качества.

4. Определяются медианы числовых рядов значений частных параметров качества из условия равенства количества критериальных значений, расположенных на числовой оси слева и справа от медиан.

5. Рассчитываются средние арифметические значения частных параметров качества по формуле:

где - i-й результат определения частного параметра качества;п - общее количество измерений частного параметра качества.

6. Рассчитываются дисперсии значений частных параметров качества:

8. Сопоставляется точность экспериментальных методик, использованных для определения значений частных параметров качества електронного учебника до и после внесения изменений. При этом, если отношение

66

7. Рассчитываются среднеквадратические отклонения:

где D D - соответственно большая и меньшая из дисперсий, рассчитанных для частных параметров качества до или после изменений; [D] - значение критерия Фишера (устанавливается в соответствии с числом полученных анкет n1, проведенных в исследованиях с наибольшей дисперсией и числом анкет n2 с меньшей дисперсией

то считают, что измерения выполнены в одинаковых условиях и можно делать сопоставление полученных результатов.

9. Рассчитываются средние геометрические значения частных параметров качества:

10. Рассчитываются средние ошибки среднего арифметического:

11. Рассчитываются коэффициенты вариации (в процентах):

12. Рассчитывается коэффициент достоверности отличиячастных параметров качества до и после внесения изменений:

где - статистические характеристики длязначений частных параметров качества до и после изменений:

67

где - количество значений частных параметров качества, оп-ределенных до и после изменений (может быть разным).

13. Рассчитывается число степеней свободы для коэффициента достоверности отличия частных параметров качества:

14. По таблицам критерия Стьюдента устанавливается предельное значение для коэффициента достоверности отличия частных параметров качества Ск

15. Оценивается достоверность влияния изменений, выполненных при редактировании разделов электронного учебника, на их качество по соотношению К0 и Сk . Если К0 < Сk , то делает-ся вывод об отсутствии влияния сделанных изменений на частные параметры качества. Если Ко

i Ск, то считают, что такое влияние установлено.В случае если факт влияния изменений учебника на какой-либо

частный параметр качества установлен, определяется, насколько существенно такое влияние. Для этого рассчитывается разность между усредненными оценками параметра качества, рассчитанными по результатам анкетирования учебника сначала без изменений, а затем со внесенными изменениями. В целях повышения достоверности результатов анализ выполняется с учетом всех усредненных оценок, т.е. по формуле:

Вместо Pknew и Pkold поочередно подставляются рассчитанные для каждой из выборок значения моды, медианы, среднеарифметического и среднегеометрического соответствующего параметра качества. По знаку ∆Pk судят о том, полезны выполненные изменения или нет и можно ли их рекомендовать для использования в окончательной версии электронного учебника.

При этом может оказаться, что одни и те же изменения спо-собствуют повышению качества электронного учебника по одному из частных показателей и одновременно снижают качество по другому показателю. В этом случае решение об изменении электронного учебника не столь однозначно, так как задача становится многокритериальной, и простое сопоставление усредненных значений разных показателей не позволяет выработать однозначные рекомендации.

68

Для решения задачи в условиях многокритериального выбора возможно несколько подходов. Большинство из известных способов решения многокритериальных задач сводится к объединению частных критериев в единый критерий. Но это объединение, как правило, бывает искусственным, и с математической точки зрения не существует идеального способа решения. Поэтому каждый из способов решения имеет преимущества и недостатки.

В случае если производится сравнение показателей качества для двух вариантов электронного учебника, в качестве обобщенного критерия можно принять аддитивный, мультипликативный или минимаксный критерий.

При использовании аддитивного критерия целевая функция получается путем сложения нормированных значений частных критериев. Запись такой целевой функции в общем виде может быть представлена как

где п - количество объединяемых частных показателей качества; С1 - весовой коэффициент ;'-го частного параметра качества (оп-ределяется по результатам дополнительного экспертного оцени-вания с учетом влияния данного частного показателя на общее качество электронного учебника); - числовое значениеi-ro частного параметра качества; - i-й нормирующийделитель.

В случае оценки параметров качества электронных учебников частные критерии имеют одинаковую физическую природу и размерность. Поэтому нормируемый делитель можно из формулы исключить и выполнить простое суммирование произведений весовых коэффициентов параметров качества на их численные значения:

К аналогичным формулам приводятся выражения и в случае применения соответственно мультипликативного

69

или максиминного критерия:

Использование того или иного обобщающего критерия для принятия решения о внесении изменений в электронный учебник зависит от специфики используемых частных показателей качества, характера вносимых изменений и ряда других обстоятельств. Поэтому здесь можно указать только общие направления для выбора. Так, аддитивный критерий обычно выбирают, если существенное значение имеют абсолютные значения частных параметров качества при заданном векторе их изменений. Мультипликативный критерий используют в случае, если существенную роль играет изменение абсолютных значений частных параметров, и минимаксный критерий, если стоит задача достижения равенства по всем частным показателям качества.

Следует также отметить ряд сложностей при принятии решения с помощью обобщающего критерия, определенного любым из указанных способов. В первую очередь это связано с тем, что механизм принятия решений не вытекает из объектной роли частных параметров качества и поэтому выступает как формальный математический прием. При этом может происходить взаимная компенсация частных параметров качества, т.е. не исключено, что уменьшение одного из них приведет к компенсированию обобщенного критерия за счет увеличения другого. Кроме того, наблюдается определенный субъективизм в принятии решений, что связано с тем, что отсутствует математически обоснованная расчетная методика определения весовых коэффициентов параметров качества, а использование экспертного метода не всегда обеспечивает требуемую точность.

В значительной степени от этих недостатков свободен метод, основанный на поиске Парето - оптимальных решений при выборе того или иного варианта электронного учебника по совокупности частных параметров качества. В его основе лежит определение оптимального решения по принципу «северо-восточной» границы, т.е. считается, что множество Парето - эффективных оценок лежит на максимальном удалении, отсчитанном

70

в положительном направлении от начала координатной системы, за исключением участков границы, которые параллельны одной из координатных осей или лежат в «глубоких» провалах.

Рассмотрим его суть на примере использования двух частных критериев, которые с позиции качества электронного учебника в целом являются равнозначными.

Пусть подготовлено несколько альтернативных вариантов электронных учебников, которые содержат определенный набор изменений в содержании и оформлении в разных сочетаниях. На них с помощью распределенной экспертной системы получены рецензии студентов, эти рецензии статистически обработаны, и по каждому из вариантов рассчитаны усредненные оценки частных критериев качества Pk1

i и Pk2i.

Представим множество оценок вариантов решения в пространстве критериев (рис. 1.7).

На рисунке обозначено:Pk1 и Pk2 - частные критерии качества;Yi

1 - оценки частных критериев, полученные для альтернативных вариантов учебника;

a-b, c-d, e-f- участки границы, содержащей Парето -эффективные решения.

Рис. 1.7. Область Парето - эффективных решений

71

Достоинством метода является то, что критерии качества равнозначны и метод математически объективен. Кроме того, имеется возможность одновременно оценить сразу несколько альтернативных вариантов изменений, внесенных в учебник и принять решение об их эффективности. Одно окончательное решение получается, как правило, только в частном случае, так как за редким исключением всегда имеется несколько Парето -эффективных решений.

72

Г л а в а 2

Тестовый контроль знании .

2.1. Тестирование в высшей школе

Стремительная информатизация современного общества выдвигает на передний план проблемы развития эффективных методик обучения, а также совершенствования системы контроля и измерения уровня знаний. Быстрая и качественная оценка знаний студентов является актуальной проблемой образовательного процесса. Для любой системы образования важнейшим остается объективный контроль качества знаний и на этой основе построение результативных алгоритмов обучения.

Среди методов контроля на сегодняшний день в отечественной вузовской науке наблюдается наиболее интенсивный рост интереса к системам тестового контроля знаний. Такое внимание вполне оправдано, потому что традиционная система контроля в вузе переживает определенный кризис. Недостатки традиционных методов во многом очевидны. Простота и универсальность устного контроля весьма привлекает, однако он выбо-рочен, не дает возможности выслушать всех студентов и уделить каждому из них достаточно времени. Такая проверка знаний, являясь в своей основе экспертной системой, в то же время оперирует экспертными оценками, проставленными единственным экспертом - преподавателем, и лишь в исключительных случаях создаются экспертные комиссии (привлечение нескольких преподавателей ограничено экономическими соображениями и реализуется в редких случаях, когда создаются различного рода контролирующие комиссии для констатации невозможности студентом освоить учебную дисциплину, в спорных случаях и т.п.). Естественно, что в этих условиях нельзя обеспечить

73

объективность результатов контроля. Экзамены, являясь наиболее распространенным методом контроля знаний, вместе с тем не могут гарантировать соответствия полученной студентом оценки истинным знаниям по предмету, которыми он обладает. Ограниченность времени проведения экзамена, плохая сопоставимость результатов, различные условий контроля снижают возможности реализации высокого уровня знаний многими студентами.

Как следствие, в дополнение к традиционным методам контроля в учебный процесс высшей школы все чаще приходит тестовый контроль знаний. Тесты в настоящее время применяются на всех этапах обучения и являются наиболее распространенной формой контроля и самоконтроля в системе дистанционного обучения. Тестирование - одна из наиболее технологичных форм проведения автоматизированного контроля с управляемыми параметрами качества. Тестовый контроль возможен в «бумажной» форме, когда студентам выдаются листы бумаги с напечатанными тестами, но по-настоящему он эффективен только в «компьютеризованном» виде. Высокая технологичность тестового контроля способствует этому и позволяет реализовать основные преимущества, к которым следует отнести:

- объективность результатов контроля знаний;- повышение эффективности контроля за счет увеличения ча-

стоты и регулярности тестирования;- наличие одинаковых для всех студентов правил проведения

педагогического контроля и адекватной интерпретации тес-товых результатов;

- возможность протоколирования всех этапов контроля и авто-матизации статистической обработки результатов контроля;

- реализация механизмов самодиагностики и самоконтроля;- сочетаемость тестовой технологии с другими современными

образовательными технологиями, применяемыми при дис-танционном обучении;

- снижение затрат на проверку знаний.

Вместе с тем очевидно, что не все необходимые характеристики усвоения учебного материала можно получить средствами тестирования. Например, умение связно, логически и доказательно выражать свои мысли, умение конкретизировать свой ответ примерами, знание фактов и некоторые другие характе-

74

ристики знаний, умений и навыков диагностировать с помощью тестирования нельзя. Разумеется, там, где знания и учебный материал структурируются и формализуются легче, как, например, в естественных науках, составлять тестовые задания легче. Вместе с тем проблематично построить систему тестирования, которая позволила бы выявить знания студентов во многих дисциплинах гуманитарного профиля. Это значит, что тестирование должно обязательно сочетаться с другими (традиционными) формами и методами проверки знаний. И только тогда можно объективно установить уровень теоретических знаний, интеллектуальных умений, практических навыков студентов.

Сказанное в полной мере относится и к дистанционному обучению инженерным специальностям. При этом, с одной стороны, область применения тестового контроля знаний здесь может и должна быть расширена, так как очень часто учебный материал представляет собой хорошо формализуемый текст, который без существенных последствий для результатов контроля может быть трансформирован до уровня тестовых заданий. С другой стороны, нередко на передний план выходит умение выполнить технически грамотный проект и его аргументированно защитить. Разумное сочетание тестового контроля знаний с творческими заданиями на выявление умений их применить, совершенствование методики тестирования, а также исследования, которые в настоящее время проводятся многими отечественными и зарубежными исследователями тестового контроля знаний способствуют расширению области его эффективного использования.

2.2. Типизация тестовых вопросов

Компьютеризированное тестирование знаний подразумевает по-становку вопроса в формализованном виде таким образом, чтобы ответ можно было отнести к одному из типизированных видов и, как следствие, проконтролировать соответствующими методами. Поэтому и формулирование вопросов выполняется в соответствии с предполагаемым типом ответа. Даже в том случае, когда говорится о контроле ответа, построенного в виде свободно конструируемой фразы, следует помнить, что это всего лишь один из типов тестовых вопросов, который требует

75

применения адекватного алгоритма контроля, например, в виде отсроченного контроля преподавателем, которому ответ пересылается по электронной почте.

На рис. 2.1 указаны основные типы вопросов, которые могут использоваться при компьютеризированном тестировании. Часть из них широко применяется в практике контроля знаний, - например, выбор одного или нескольких правильных ответов из приведенного перечня ответов. Другие применяются реже (последовательность ключевых или предписанных слов) или приведены впервые (позиционирование рисунка, последовательный выбор, последовательность действий).

При описании типовых вопросов не дается аргументация в пользу использования тех или иных вариантов. В большинстве случаев такую аргументацию можно привести только в наиболее общем виде, недостаточном для принятия каких-либо конкретных решений. Например, в последнее время все чаще призывают отказываться от такой постановки вопроса, ответ на который включал бы и неправильно сформулированный ответ. В

Рис. 2.1. Основные типы тестов

76

Исправление ошибки в текстеЗФ

Наличие (отсутствие) ключевых слов

Множественный выбор из нескольких ответов

ОФ ЗФПоследовательный выбор

Установление соответствия

ОФ ЗФ

Последовательность действий

Классификация терминовТЕСТЫ ЗФОФ

ОФ ЗФВвод чисел и/или текста

Воссоздание правильной последовательностиЗФОФ

Подтверждение правильности альтернативного утверждения

Подстановка пропущенных слов

Позиционирование рисункаОФ

качестве довода в пользу такого подхода приводится утверждение, что студент во время контроля может запомнить неправильный ответ, и тем самым в процессе обучения (контроль -часть процесса обучения) ему могут быть навязаны ошибочные суждения. Не ставя под сомнение эту аргументацию "и даже во многом соглашаясь с ней, автор тем не менее считает, что только преподаватель может принять обоснованное и взвешенное решение о том, насколько те или иные варианты построения тестовых заданий отвечают специфике контроля конкретного учебного материала.

Установление соответствияВопрос требует поставить в соответствие списки терминов и их

описание или условные обозначения.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопрос

Содержание вопроса

Термины Описание терминов

Список терминов Список описаний терминов, соответствующий правильному ответу

Пример вопроса

Основные понятия измерительной техники

Укажите назначение перечисленных ниже измерительных инструментов

Название Назначение

Штангенциркуль

Штангенрейсмус Штангенглубиномер

Микрометр

Разметка, наружные и внутренние измерения; цена деления 0,1-0,05 ммРазметка, измерение высоты; цена деления 0,1-0,05 ммРазметка, измерение высоты, глубины; цена деления 0,1-0,05 ммНаружные измерения; цена деления 0,001 мм

Классификация терминовВопрос требует выполнить классификацию терминов в соот-

ветствии с предлагаемыми критериями классификации.

77

Форма записи вопросаТема, к которой относится вопросСодержание вопросаПервый критерий классификацииСписок описаний терминов, соответствующий первому критерию классификацииВторой критерий классификацииСписок описаний терминов, соответствующий второму критерию классификацииТретий критерий классификацииСписок описаний терминов, соответствующий третьему критерию классификации

Список описаний терминов, соответствующий N-му критерию классификации

Пример вопроса

Основные понятия измерительной техникиКлассифицируйте перечисленные параметры в соответствии с данными

критериями

Геометрические параметрышероховатость поверхности волнистость поверхности точность размеров

Физико-механические параметрыпрочность теплопроводность износостойкость твердость

Ввод чисел и/или текстаВопрос содержит требование ввести число (несколько чисел) и/или

слово (ограниченное количество слов), однозначно определяющих ответ.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопрос

Содержание вопроса Численное или текстовое Диапазон контролируемыхзначение ответа символов

Пример вопроса

Основные понятия измерительной техники

Укажите численное значение цены деления микрометра

0,01 4 символа

78

Позиционирование рисункаВопрос составлен таким образом, что для получения правильного

ответа следует переместить рисунок в заданную позицию.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопросСодержание вопросаИсходное положениеВозможные варианты перемещенияПоложение рисунка, соответствующее правильному ответуОписание правильного положения_________________________________________

Перемещение и левого,

и правого изображений в вертикальном

направлении Правое изображение выше левого изображения

Подтверждение правильности приведенного утвержденияВопрос содержит утверждение, которое следует подтвердить или

опровергнуть.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится содержание вопроса

Содержание вопроса

Констатирующее предложение Ложь или истина

79

Пример вопроса

Допуски гладких цилиндрических сопряженийУкажите взаимное расположение поля допуска отверстия и поля допуска вала,

соответствующие посадке с натягом

Пример вопроса

Основные понятия измерительной техники

Укажите, является ли верным утверждение

Полная взаимозаменяемость - это взаимозаменяемость по оптимальным эксплуатационным показателям

Ложь

Множественный выбор из нескольких ответовПри ответе на вопрос следует выбрать один или несколько

правильных ответов из приведенного списка ответов.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопрос

Содержание вопроса Первый возможный ответ

Второй возможный ответЛожь или истина Ложь или истина

N-й возможный ответ Ложь или истина

Пример вопроса

Основные понятия измерительной техники

Чем является комплекс средств измерений для воспроизведения метра волны через длину световой?

Примером эталона единицы Истинафизической величиныПримером рабочего средства ЛожьизмеренийПримером прямого метода измерений Ложь

Подстановка пропущенных слов или словосочетанийПри ответе на вопрос следует вставить одно или несколько

пропущенных слов или словосочетаний.

80

Форма записи вопросаТема, к которой относится вопросСодержание вопросаПервый фрагмент текстаПропущенные слова и их синонимы с выделенной контролируемой частью словаВторой фрагмент текстаПропущенные слова и их синонимы с выделенной контролируемой частью слова

N-й фрагмент текстаПропущенные слова и их синонимы с выделенной контролируемой частью слова

Пример вопросаОсновные понятия измерительной техникиВ приведенном определении рабочих средств измерений допишите пропущенные словаРабочие средства измерений, это - меры, устройства иПРИБОРЫ (КОНСТРУКЦИИ, УСТАНОВКИ, ПРИСПОСОБЛЕНИЯ),применяемые для измерений,не СВЯЗАНные (ОБЪЕДИНЕННые)с передачей единицыФИЗИЧЕСКОЙ ВЕЛИЧИНЫ

Воссоздание правильной последовательностиВопрос предусматривает построение фразы (последователь-

ности из заданных слов), составляющей правильный ответ.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопрос

Содержание вопроса

Перечень слов, составляющих правильный ответ

Пример вопроса

Основные понятия измерительной техники

Укажите правильную последовательность действий при измерениимикрометром:пододвинуть стебель, закрепить фиксатор, произвести отсчет измерений

81

Наличие (отсутствие) ключевых словВопрос предусматривает построение фразы, включающей

ключевые слова, по которым контролируется правильность ответа.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопрос

Содержание вопросаКлючевые слова и их синонимы с Допустимость (обязательность)

выделенной контролируемой частью слова

слова отрицания

Возможный вариант ответа

Пример вопроса

Основные понятия метрологии

Что называется метрологией

Ключевые слова и их синонимы

НАУКа (УЧЕНие)изМЕРенияхФИЗИЧЕСКИХ (МАТЕРИАЛЬНЫХ, ВЕЩЕСТВЕННЫХ)ВЕЛИЧИН (ЗНАЧЕНИЙ)

РАЗМЕРОВ

МЕТОДах (СПОСОБах, СРЕДСТВах)

ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ЕДИНства

Допустимость (обязательность)

отрицанияНедопустимо Недопустимо

Недопустимо

Недопустимо Недопустимо Недопустимо Недопустимо Недопустимо

Обязательно Обязательно

Обязательно

Обязательно Недопустимо Обязательно Обязательно Обязательно

слова

Наука об измерениях физических величин, методах, средствах их обеспечения

Исправление ошибки в текстеПри ответе на вопрос следует проверить и при необходимости

внести изменения в число, слово или фразу, записанные в качестве варианта ответа.

82

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопрос

Содержание вопросаФрагмент Слово (фраза) Фрагмент

текста (после)

Контроль

текста (ДО)

эталонный ответ

написание в вопросе

знаков препинания

регистра

Возможный вариант ответа

Пример вопроса

Основные понятия метрологии

Исправьте ошибки (если они допущены) в написании названий измерительныхинструментов

Фраг- Слово (фраза) Фрагмент текста (после)

Контроль

менттекста(До)

эталонный ответ

написание в вопросе

знаков препинания

регистра

штангенциркуль штангинцирколь - нет нетнутрометр нутраметр - нет нетмикрометр миллиметр - нет , нет

Штангенциркуль нутрометр микрометр

Последовательный выборВопрос требует указания в определенной последовательности

целей, которые обозначены на схеме, рисунке, диаграмме или другом графическом изображении.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопрос

Содержание вопроса

Графическое изображение

Графическое изображение с указанными цепями и заданной последовательностью их выбора (возможен многократный выбор одной и той же цели) Список комментариев, визуализируемых при выборе цели

83

Пример вопроса

Контроль гладких цилиндрических соединенийДля калибра, изображенного на рисунке, укажите сначала на непроходную

сторону, а затем на проходную

1- Обозначение "НЕ"; 2 - Обозначение "ПР"

Последовательность действийВопрос требует выполнить заданную последовательность действий

путем нажатия на соответствующие кнопки управления. Опционально возможен контроль времени между нажатием управляющих кнопок. Нажатие на кнопку сопровождается изменением графического изображения и комментария к нему.

Форма записи вопроса

Тема, к которой относится вопросСодержание вопроса

Графическое изображение

Кноп

ка 1

Графическое изображение,визуализирующееся при нажатии науправляющую кнопку

Надпись на управляющей кнопкеКомментарий к графическому

изображению

Кноп

ка 2

Графическое изображение,визуализирующееся при нажатии науправляющую кнопку

Надпись на управляющей кнопкеКомментарий к графическому

изображениюКонтролируемое время до нажатия

кнопки (с)

84

Кноп

ка 3

Графическое изображение,визуализирующееся при нажатии на

управляющую кнопку

Надпись на управляющей кнопкеКомментарий к графическому

изображениюКонтролируемое время до нажатия

кнопки (с)

Кноп

ка N

Графическое изображение,визуализирующееся при нажатии на

управляющую кнопку

Надпись на управляющей кнопкеКомментарий к графическому

изображениюКонтролируемое время до нажатия

кнопки (с)

Максимально допустимое количество ошибочных кликов (нажатий кнопок в нарушение заданной последовательности)Штрафные санкции за превышение допустимого времени нажатия кнопки (количество кликов, которые считаются как ошибочное нажатие управляющей клавиши, за каждый промежуток времени, кратный контролируемому временинажатия клавиши)Последовательность нажатия кнопок (возможно многократное нажатие на однуи ту же кнопку)

Пример вопросаОсновы измерительной техники

Выполните действия, необходимые для измерений с помощью микрометра (от открытия стопора до снятия показаний)

Открыть стопор Стопор открыт

Вращая за трещотку, открыть микрометр

Вращение выполнено

6с

85

Продолжение примера вопроса

Установить деталь

Деталь установлена

6с

Вращая трещотку, зажать деталь

Деталь зажата

6с

Закрыть стопор

Стопор закрыт 6с

Снять показания

Отсчет показаний выполнен

6с

Максимально допустимое количество ошибочных кликов - 4

Штрафные санкции за превышение допустимого времени нажатия кнопки -5 кликов (несвоевременное нажатие кнопок не допускается)

1,2,3,4,5,6

2.3. Нечеткая логика при тестовом контроле знаний

При программном контроле знаний, как правило, требуется дать однозначный ответ на заданный вопрос, выбрав один из предложенных вариантов или сформулировав из ограниченного набора слов, букв, цифр или графических символов собственный вариант ответа. В любом случае студент должен на основе имеющихся у него знаний создать такую формулировку ответа, которая содержала бы заключение об истинности предлагаемого суждения в терминах строгой логики, не имея возможности вы-

86

сказать сомнение, или указать, насколько ответ может отличаться от истины. При этом программный контроль в силу отчужденности от личности преподавателя не позволяет непосредственно использовать опыт преподавателя для выявления действительных знаний студентов.

В связи с этим предлагается для проведения программного контроля знаний использовать экспертную систему, основанную на аппарате нечеткой логики (рис. 2.2). Такая система даст студенту возможность оперировать не только классическими значениями логических переменных «ложь» и «истина», но и употреблять их промежуточные значения, плавно переходящие от одного крайнего значения («ложь») к другому крайнему значению («истина»).

Для определения принадлежности оценки знаний студента и высказываемого им суждения к нечетким логическим подмножествам предлагается использовать функции принадлежности в виде кусочно-непрерывных функций, имеющих начальный и конечный участки с нулевыми уровнями достоверности и

Рис. 2.2. Блок-схема аппарата нечеткой логики

87

Нечеткие подмножества

Подмножество оценки знаний

Подмножество высказываний студента

Функция принадлежности

Функция принадлежности

«если... то...»

Функция управления

Рис. 2.3. Аппроксимирующие кривые

промежуточные участки, соответствующие переходу к единичному (максимальному) уровню достоверности (рис. 2.3). Такие промежуточные участки описываются теоретическими кривыми нормального распределения или аппроксимируются кривыми 1-го или 2-го порядка.

Аналогичными кривыми могут быть описаны и участки, характеризующие принадлежность оценки знаний или высказываний студента к граничным значениям логической переменной. (В этом случае функция принадлежности имеет нулевой или единичный начальные участки и, соответственно, единичный или нулевой конечные участки). Очевидно, что в зависимости от конкретных условий тестирования функции принадлежности могут быть построены преподавателем как для каждого вопроса в отдельности, так и для группы вопросов, предназначенной для выявления знаний по одной, нескольким темам или дисциплине в целом.

Наличие связанных между собой нечетких логических множеств позволяет делать соответствующие им нечеткие утверждения типа «если.., то...». Например, для четкой логики возможны только два крайних утверждения: «если ответ студента не совпадает с эталонным ответом, то знания студента могут быть оценены как неудовлетворительные» или (другая крайняя степень утверждения) «если ответ студента и эталонный совпадают, то студент обладает необходимыми знаниями». Кроме указанных граничных утверждений, для нечеткой логики допускается и любое другое промежуточное утверждение, связывающее между собой определенную степень точности ответа и соответствующую ей оценку знаний.

Для согласования элементов подмножества постулирующей и констатирующей частей утверждения может быть использована функция управления, построенная на базе метода correlation

88

- product encoding или метода correlation - min encoding. В настоящее время нет каких-либо доказательств, подтверждающих предпочтительность применения одного из этих методов при программном контроле знаний, однако вследствие ряда причин при создании курсов дистанционного обучения нами используется метод correlation - product encoding, который подтвердил свою высокую эффективность.

Для получения обобщенного результата по нечетким множествам в постулирующей Y(X) и констатирующей W(Y) частях логического вывода может быть использован метод Sum combination. При этом суперпозиция функций принадлежностей нечетких множеств определяется как

где - соответственно или

Частным случаем достижения обобщающего результата является отказ от суперпозиции функций принадлежностей и их независимое использование для определения достоверности логических утверждений. Такой подход обычно используется при работе с функциями принадлежности, соответствующими постулирующей части утверждений.

Наличие экспертной системы с заданными функциями при-надлежности и управления позволяет на основе нечетких логических утверждений оценить знания студентов таким образом, чтобы итоговая оценка знаний допускала для студента возможность дать ответ с определенной степенью уверенности в своей правоте, а для преподавателя - получить более достоверную оценку его знаний. В этом случае для преобразования нечеткого множества в единственное решение, принимаемое на основе нечетких логических утверждений, следует использовать центр тяжести функции принадлежности нечеткого множества из констатирующей части утверждения. При необходимости такое решение, полученное по отдельному вопросу, может быть встроено в общую систему оценки знаний по предмету введением индексов сложности, учитывающих сложность и типичность каждого из вопросов, входящих в общую систему оценивания.

89

2.4. Включение вопросов в общую систему тестирования

Предлагаемая методика может быть рекомендована как для прогнозирования числовых значений весовых коэффициентов на стадии проектирования тестов, так и для их корректирования с учетом фактически полученных результатов контроля. Применение такой методики особенно эффективно в случае, когда для назначения весовых коэффициентов недостаточно личного опыта проектировщика заданий, а необоснованное установление значений весовых коэффициентов не обеспечивает требуемой достоверности результатов контроля знаний. Дополнительным средством повышения достоверности результатов контроля является анализ времени, затраченного студентами для ответа на вопросы и исключение из системы тестирования вопросов, для которых установлена неоднородность статистических характеристик ответов с генеральными статистическими характеристиками. Успеху тестирования будут способствовать и описанные способы определения рационального (по критерию совокупной сложности) количества вопросов в тесте в сочетании с генетическими алгоритмами формирования тестовых заданий.

2.4.1. Определение весовых коэффициентов (индексов сложности)вопросов

При разработке методов оценки знаний с помощью системы тестовых вопросов назначение весовых коэффициентов (индексов сложности) является одним из основных этапов, определяющих достоверность результатов контроля знаний. С помощью весовых коэффициентов указывается степень трудности вопроса по отношению к остальным вопросам, задается максимальное количество баллов, которое студент может получить при правильном ответе на вопрос и возможное общее количество баллов за весь ответ, т.е. в конечном счете устанавливается количественная и качественная (для установленной шкалы оценок) характеристика знаний.

Для повышения достоверности результатов тестирования, особенно при большом количестве вопросов в теме, когда сложно выдержать общую стратегию и установить для каждого из вопросов сопоставимую меру сложности, предлагается определять весовые коэффициенты с помощью экспертного оценивания.

90

Проектный расчет. Проектный расчет весовых коэффициентов выполняется с помощью метода попарных сравнений. Для реализации метода попарных сравнений привлекаются эксперты из числа преподавателей и практических работников, обладающих достаточными знаниями по всем вопросам темы, предлагаемой для тестирования. При этом уровень знаний экспертов не обязательно должен быть однородным, т.к. для нормируемых весовых коэффициентов экспертиза предусматривает простановку относительных мер, которые затем пересчитываются в абсолютные величины.

Количество экспертов также не регламентируется, но при увеличении числа экспертов статистическая предсказуемость назначаемых весовых коэффициентов повышается. Если же при-влекается только один эксперт, то процедуры повышения точности, основанные на статистической обработке экспертных оценок, должны быть опущены.

При проведении попарных сравнений последовательно сопо-ставляются степени сложности каждого вопроса с каждым и результаты оформляются в виде таблицы (см. табл. 2.1).

Если по мнению эксперта анализируемый вопрос более сложен, чем вопрос, с которым он сравнивается, то ему присваивается относительная мера Vi = 1. Если анализируемый вопрос менее сложен, то присваивается мера V = 0. В случае равной сложности вопросов принимается Vi = 0,5. Затем анализируемый вопрос сопоставляется с очередным вопросом темы, и для него определяется очередное значение относительной меры. Сравнение выполняется до тех пор, пока анализируемый вопрос не будет сопоставлен со всеми вопросами темы и ему не будет назначен соответствующий массив значений V, который отражает степень сложности вопроса по отношению ко всем остальным вопросам темы. По результатам сравнений рассчитывается ранг вопроса R1 как сумма значений V:

Экспертиза проводится для всех вопросов темы, для каждого из них устанавливается массив значений V и рассчитывается ранг Д.

Вопросу, получившему наивысшую оценку сложности (имеющему наивысший ранг), присваивается максимальное в

91

Таблица 2.1. Попарные сравнения

принятой шкале оценивания сложности тестов значение весового коэффициента, например, W = 100.

Для остальных вопросов темы значения весовых коэффициентов назначаются пропорционально рангу:

Если в экспертизе участвует несколько экспертов, то каждый из них выполняет аналогичное оценивание, результатом которого является набор весовых коэффициентов, установленный по всем вопросам темы. Полученные значения весовых коэффициентов статистически обрабатываются.

Рассчитываются усредненные значения весовых коэффициентов Р1,ср по результатам оценивания всех экспертов Р1,k :

92

Вопрос N Вопрос 3 Вопрос 1Вопрос 2

Вопрос 1

Вопрос 2

Вопрос 3

Вопрос N

или (при W = 100)

где К - количество экспертов.

где - доверительный интервал; - доверительная вероятность; - дисперсия оценок экспертов; - верхняя (нижняя)доверительная граница весовых коэффициентов.

В случае когда расчетное значение дозерительной границы не превышает принимается решение или об ис-ключении вопроса из списка вопросов (если количество вопросов превышает минимально допустимый размер выборки) или о присвоении этому вопросу минимального из значимых весовых коэффициентов.

Корректировочный расчет. Корректирование весовых коэф-фициентов выполняется по результатам проведенных тестов. При этом рассчитывается средняя оценка (среднее число баллов для принятой шкалы оценивания), полученная всеми студентами, участвующими в тестировании, и по всем вопросам:

Рассчитанное значение принимается как средняя мера сложности вопросов темы.

Эта мера используется для вычисления относительных ха-рактеристик сложности каждого вопроса темы:

Вопросу, получившему максимальную относительную меру сложности присваивается максимальное в принятой шка-ле оценивания значение весового коэффициента, например W = 100. Весовые коэффициенты остальных вопросов темы

93

Определяются доверительные интервалы для экспертных оценок:

назначаются пропорционально их относительным характеристикам сложности:

или

где W - верхняя граница шкалы оценивания.

При стобалльной шкале (W = 100) расчет выполняется по формуле:

Помимо расчетного значения весового коэффициента Р' оп-ределяются его доверительные границы, в пределах которых возможна корректировка установленных весовых коэффициентов:

где - доверительный интервал; - средняя оценка по вопро-су; - дисперсия полученных баллов; т - количество ответов на вопрос.

94

2.4.2. Определение количества вопросов

Ранжирование вопросов по величине весовых коэффициентов позволяет ответить еще на один вопрос, который непременно встает перед разработчиком заданий для тестового контроля: каким же должно быть общее количество вопросов и насколько они должны быть сложными, чтобы их использование при тестировании давало бы возможность оценить знания студентов с наибольшей достоверностью. Необоснованное уменьшение количества вопросов приводит к тому, что оценка, получаемая студентом по результатам тестирования, во многом становится случайной, т.к. вопросы не охватывают всего материала темы, и тот учебный материал, который студент усвоил в недостаточной степени, может оказаться невключенным в вопросы теста. Завышение количества вопросов и их сложности, с одной стороны, может привести к тому, что лишние вопросы не уточнят оценку знаний, а просто продублируют уже полученные результаты. С другой стороны, увеличивается время, необходимое студенту для ответа по тестам, которые состоят из большого числа вопросов. Это приводит к утомляемости студента, его реакция притупляется, и, как следствие, он может при ответах допустить ошибки, связанные не с незнанием учебного материала, а с невнимательностью. Немаловажно, особенно для отечественных вузов, и увеличение машинного времени, которое необходимо выделить в компьютерном классе для проведения тестового контроля.

Очевидно, что при определении оптимального количества вопросов в тестовых заданиях следует учитывать как число, так и сложность каждого из вопросов, входящих в общую систему тестирования. Исходя из того что весовой коэффициент является числовой мерой сложности вопроса, можно считать, что сумма весовых коэффициентов всех вопросов, включенных в тестовые задания, будет отображать совокупную сложность тестового контроля:

где п - количество тем; т - количество вопросов в теме.

95

Отсюда можно сделать вывод, что для определения рационального количества вопросов, включаемых в тестовое задание, необходимо сопоставить величину с некой характеристикой значимости тестируемого учебного материала , учитывающей сложность материала и его важность для понимания содержания дисциплины в целом. С учетом принятого допущения количество вопросов п следует выбирать таким образом, чтобы выполнялось условие

где.- соответственно верхняя и нижняя доверительныеграницы характеристики значимости учебного

материала; - коэффициент, учитывающий вид проводимого

теста.При этом формирование содержательной части вопросов остается

за преподавателем, и текст вопросов должен быть таким, чтобы тестировались наиболее существенные и типичные разделы контролируемой темы.

Числовые значения доверительных границ , препо-даватель может назначить исходя из собственной оценки сложности темы, ее важности для понимания дисциплины, а также с учетом времени, которое следует выделить для проведения тестового контроля. Однако правильнее будет определять эти характеристики по результатам экспертизы и статистической обработки полученных экспертных оценок.

При проведении экспертизы в качестве экспертов лучше при-глашать практических работников или преподавателей, ведущих занятие по дисциплине, и студентов, прослушавших курс в целом (например, после итогового экзамена по дисциплине). В этом случае мнение практиков и преподавателей в большей степени укажет на значимость темы по отношению к другим темам курса, а высказывания студентов будут адекватнее отображать истинную сложность для изучения той темы, по которой предполагается проводить контроль. Для повышения объективности количество практических работников, преподавателей и студентов, участвующих в экспертизе, должно быть примерно одинаковым. Другой подход заключается в том, что экспертами должны быть или только студенты, или только преподаватели -в зависимости от условий предполагаемого тестирования и специфики дисциплины. При этом в любом случае необходимо,

96

чтобы каждый из экспертов делал свои заключения самостоятельно и не имел каких-либо предварительных сведений о высказываниях остальных участников.

Экспертизу можно проводить применительно только к одной теме, по которой предполагается выполнять тестирование знаний студентов. Однако правильнее оценивать сразу все темы, подлежащие контролю, сравнивая их между собой. В этом случае будет обеспечена сопоставимость результатов, полученных при тестировании по всем вопросам дисциплины. Кроме того, если тестирование знаний планируется выполнять по нескольким дисциплинам специальности и затем сравнивать результаты тестирования между собой, то рекомендуется аналогичную экспертизу проводить сразу по нескольким дисциплинам. На первом этапе - сравнивая дисциплины и проставляя количественные характеристики значимости дисциплин, а на втором -распределяя полученные обобщенные оценки между отдельными темами дисциплин.

Решение о том, что выводам экспертов следует доверять, делается после статистической обработки результатов экспертизы, в ходе которой рассчитываются:

1) коэффициент конкордации:

где К - количество экспертов; Q - количество тем; J - ранг, при-своенный экспертом k теме - показатель связанных (равных) рангов, зависимый от количества назначенного k-м экспертом:

Если W > 0,85, то в методике проведения экспертизы допущены ошибки и мнения экспертов не различимы. Величина W < 0,4 свидетельствует о наличии среди экспертов нескольких согласованных групп, мнения которых противоречат друг другу (например, согласованные внутри группа преподавателей и

97

группа студентов). При 0,4 ≤ W ≤ 0,85 мнению экспертов можно доверять;

2) расчетное значение критерия Кохрена:

где D2q, max

- максимальная из дисперсий воспроизводимости D2q.

Если расчетное значение критерия Кохрена больше крите-риального, то считают, что дисперсии воспроизводимости однородны и результаты экспертизы воспроизводимы. В противном случае ужесточают требования к условиям проведения экспертизы и ее проводят повторно.

После статистического анализа достоверности результатов экспертизы по ним рассчитываются искомые характеристики значимости контролируемых разделов дисциплины:

Чтобы учесть вид контроля и соответствующую ему долю сложности тестового задания, выраженную коэффициентом Кв.т. можно воспользоваться величинами, приведенными в табл. 2.2.

Таблица 2.2. Значения коэффициента К0т

Вид контроля

Входной Текущий Тематический Рейтинговый Итоговый

Кв т 0,25 0,5 0,5 0,75 1

Табличные значения не являются расчетными и отражают только личный опыт авторов пособия, накопленный ими при проведении компьютерного тестирования знаний студентов в инженерных вузах. Приведенные значения требуют уточнения и могут быть рекомендованы только как справочные. В то же время их применение, последующее обобщение и систематиза-

98

ция результатов тестирования, а возможно и корректировка, позволят выработать некоторые стандартизированные величины, использование которых будет оправдано в случае, если требуется получить результаты тестирования, сопоставимые по видам контроля знаний.

2.4.3. Формирование тестовых заданий

Состав тестовых заданий формируется в соответствии с генетическим алгоритмом. В этом случае процесс формирования задания рассматривается как последовательная смена популяций. Переход от популяции к . и затем последовательно от к производится путем поэтапного применения выбранных механизмов репродукции и сравнения качества вновь создаваемых популяций с критериями оптимальности:

где selection, crossing, mutation и survival - соответственно операторы отбора, скрещивания, мутации и выживания.

Создание новой популяции в начале эволюционного периода подразумевает формирование множества из N векторов:

каждый из которых формируется случайным образом и отображает геном конкретной особи, составляющей исходную популяцию. Особь популяции х0

r отображает один из вариантов построения теста.Код каждой особи исходной популяции формируется случайным

образом, но с учетом того, что суммарное число вопросов, входящих в задание, должно быть постоянным и не превышать предварительно установленной величины Nq∑.

99

где - случайная величина, удовлетворяющая ляпанным условиям; - количество вопросов в i-й теме; - максимальное

количество вопросов в i-й теме.

В роли оператора отбора используется механизм случайного отбора, основанный на том, что более жизнеспособная особь имеет наибольшую вероятность участвовать в формировании потомков. Для формирования тестового задания это означает, что чем ближе суммарная сложность вопросов, составляющих геном особи, к критерию оптимальности целевой функции

тем выше вероятность участия такой особи в создании потомства. При этом следует считать, что вероятность образования потомства должна быть пропорциональной качеству отбираемой особи и одна особь может участвовать в образовании нескольких родительских пар:

где - коэффициент, учитывающий вероятность участия особи в скрещивании; GL

1, GR1 - границы интервалов, соответствующих

наступлению вероятности включения особи в пару:

Сущность действия оператора скрещивания заключается в том, что он должен обеспечить обмен генами между двумя особями, образующими родительскую пару. Для скрещивания используется двухточечный оператор скрещивания, в соответствии с которым разыгрывают две случайные целые величины, значения которых не могут совпадать и должны находиться в интервале от 2 до п - 1. Разыгранные случайные величины ранжируют и принимают меньшую в качестве первой точки разрыва , а большую - в качестве второй точки разрыва

100

Скрещивание выполняют таким образом, чтобы особи обме-нивались генами на участках от первого гена до гена с координатой tt и от гена с координатой t2 до конечного гена, а гены на участке от t] до t2

оставались бы неизменными:

В случае если в результате скрещивания образовалась не-жизнеспособная особь (особь, для которой не выполняются условиято возможен один из двухвариантов работы оператора скрещивания.

Первый вариант применим при большом числе генов в геномах родительских особей (количество контролируемых тем свыше десяти). Его реализация осуществляется в соответствии с описанным механизмом - случайным образом определяются две точки разрыва, и особи обмениваются генами на начальном и крайнем участках генома, а гены среднего участка не изменяются. При этом поиск точек разрыва и работу оператора скрещивания повторяют до тех пор, пока порождаемые потомки не станут жизнеспособными.

Если же число генов в геноме невелико, то' применяют второй вариант. В соответствии с ним нежизнеспособная особь подвергается искусственной мутации:

- случайным образом определяются точки разрыва;- выполняется обмен генами на начальных участках генома;- проверяется выполнение условия

- если условие не выполняется и полученная разность поло-жительная, то количество вопросов по последней теме тесто-вого задания увеличивается до уровня, обеспечивающего со-блюдение данного условия;

- если условие не выполняется и полученная разность отрица-тельная, то количество вопросов по последней теме тестового задания уменьшается до тех пор, пока условие не станет соблюдаться или же последней теме будет соответствовать

101

только один вопрос. В последнем случае выполняется кор-ректировка вопросов остальных тем, для которых согласно действию оператора скрещивания планировалось изменить количество вопросов. Корректировка планов осуществляется в обратном порядке - от конечной темы тестового задания до первой.

В общем случае оператор мутации служит для моделирования природного процесса мутации, призван расширить анализируемый генофонд и тем самым препятствовать многократному повторению поколений с геномоподобными особями (зацикливанию задачи).

Вероятность применения оператора мутации проверяется из условия

где - вероятность мутации,Z - случайная

величина.

В операторе мутации так же, как и в двухточечном операторе скрещивания, случайным образом определяются две точки разрыва вектора X1, а затем выполняется обмен между двумя генами с координатами t1 и t2. В случае срабатывания оператора мутации выполняется изменение генома особи в соответствии с правилом:

Последовательное применение операторов отбора, скрещивания и мутации приводит к созданию новых особей, которые вместе с особями исходной популяции составляют новую, расширенную популяцию, состоящую из вдвое большего числа особей. В связи с этим выполняется отбор наиболее сильных особей, а общая численность новой популяции доводится до первоначально установленного уровня путем уничтожения слабых особей. При этом работает оператор выживания, в основе которого лежит механизм определения качества особи по показате-

102

лям критерия оптимальности. Особи наихудшего качества ис-ключаются из популяции.

Работой оператора выживания заканчивается репродуктивный цикл, и, если решение не получено, он повторяется по отношению к новой популяции в соответствии с установленным генетическим алгоритмом. Такое циклическое выполнение операторов повторяют до тех пор, пока не будет достигнут оптимум целевой функции (F = 0) или же не пройдет установленный эволюционный период (число смен поколений достигнет установленного уровня N ).

2.4.4. Анализ эффективности вопросов по критерию затраченноговремени

Помимо весовых коэффициентов эффективным способом «встра-ивания» вопросов в общую систему тестирования являются ре-комендации к изменению формулировки или удалению вопросов, предназначенных для контроля знаний. Разработка таких рекомендаций может быть выполнена по результатам проведенных тестов. При этом анализ осуществляется исходя из времени, фактически затраченного студентами для ответов на вопросы темы.

Рассчитываются:- среднее время ответа на один вопрос:

- дисперсия затрат времени:

103

- расчетное значение h1p,которое сравнивается с критери-альным

Если условие выполняется, то считается, что время ответа на анализируемый вопрос сопоставимо с генеральными средними оценками затрат времени, и такой вопрос не требует модификации или удаления. В противном случае вопрос рекомендуется перефразировать или исключить из списка вопросов по теме.

Окончательные рекомендации о необходимости изменения или удаления анализируемого вопроса даются на основе статистической обработки всех ответов всех студентов на данный вопрос.

Для этого рассчитывается величина

выражающая отношение количества ответов, удовлетворяющих критерию h1, к общему числу ответов на вопрос. По ее значению, выраженному в процентах, делают заключение о необходимости внесения изменений в формулировку вопроса (в содержание раздела курса) или об исключении вопроса из перечня вопросов темы.

2.5. Многоуровневый тестовый контроль качества знаний по количественным показателям

Одним из важнейших направлений реформирования образования в Украине является совершенствование контроля и управления качеством образования. Традиционная система образования, имеющая богатый опыт в области контроля результатов обучения, носит преимущественно субъективный характер и в силу своих организационных и технологических особенностей не может обеспечить удовлетворения потребности в объективной информации об учебных достижениях студентов. Одновременно с этим новым обучающим технологиям также присущи

104

недостатки, исследование и устранение которых, безусловно, будет способствовать их более широкому внедрению в педагогическую практику.

Тестовый контроль знаний как часть современных и бурно развивающихся направлений обучающих технологий в значительной степени повышает объективность оценок. Не затрагивая проблему, что же конкретно оценивает тест или эквивалентная ему традиционная проверка знаний с привлечением преподавателя-контролера, отметим, что сам факт устранения человека (носителя субъективности) из процесса контроля должен положительно сказаться на повышении объективности результатов при оценивании знаний тестируемого студента.

Обратной стороной того, что личность преподавателя отчуждается от оценивания знаний, является некоторая прямолинейность выводов, которые делаются по результатам контроля. При этом невозможно учесть в итоговой оценке нюансы, хорошо известные преподавателям-практикам, которые позволяют за внешне непривлекательным и неточным ответом выявить (за счет дополнительной беседы, уточняющих, наводящих вопросов и т.п.) то, что студент, может быть, знает, но вследствие различных причин не смог аргументированно представить в своем ответе.

Для смягчения этого недостатка тестового контроля знаний нами предлагается дополнить его многоуровневым статистическим контролем по количественным показателям. На рис. 2.4 приведена блок-схема двухуровневого тестового контроля как наиболее приемлемого варианта вследствие относительной простоты реализации. Если необходимо повысить достоверность результатов контроля, выполненного по двухуровневой процедуре, методику его проведения можно распространить на многоуровневый вариант.

Первый этап контроля осуществляется по традиционной для тестового контроля знаний схеме или с применением элементов нечеткой логики. Для этого составляется тестовое задание, вклю-чающее определенный набор вопросов, каждому из которых со-поставлено число, устанавливающее степень сложности вопроса. Затем проводится тестирование и подсчитывается количество баллов, засчитываемое в оценку студента по результатам ответа на каждый вопрос задания в зависимости от того, насколько ответ правильный и какова степень сложности вопроса.

105

Рис. 2.4. Блок-схема процедуры двухуровневого тестового контроля знаний

Итоговая сумма баллов, набранная студентом по результатам ответа на все вопросы тестового задания, принимается в качестве меры знаний студента.

Для принятия решения об уровне знаний студента при при-меняемой в настоящее время одноуровневой процедуре тестового контроля набранные баллы сравниваются с некоторой критериальной характеристикой, и если количество баллов больше установленной пороговой величины, то считается, что студент знает контролируемый материал. В противном случае делается однозначный вывод о том, что студент материал не знает.

Однако такой вывод правомерен только в случаях, если набранное количество баллов значительно больше или значительно меньше установленного порогового числа, и недопустим при их относительной близости. Действительно, если пороговым числом для оценки уровня знаний принято считать 100 баллов, то ответ, оцененный в 10 баллов, однозначно будет свидетельствовать, что знания студента неудовлетворительные. Аналогично

106

и при ответе, оцененном в 200 баллов, можно сделать обоснованное заключение о достаточности знаний студентов. Однако, если при критерии в 100 баллов студент набирает 99 или 101 балл, то последующие выводы об уровне знаний уже не являются столь очевидными. Большинство схем традиционного тестового контроля не позволяют устранить возникающую неоднозначность в оценке знаний. В то же время последовательность действий, которая должна быть выполнена для ее устранения хорошо известна и широко применяется при контроле без применения тестов. При возникновении таких затруднений преподаватель при очном контроле имеет возможность задать студенту дополнительные вопросы и с учетом ответа на уже заданные и дополнительные вопросы делает окончательное суждение о знаниях студента.

Компьютеризированный тестовый контроль знаний можно свести к аналогичной схеме, если контроль предусматривает установление числовых значений критериев, при которых следует принимать решение о необходимости проведения дополнительных сессий контроля, и установление для каждой из сессий того количества вопросов, которое должно содержать тестовое задание каждого уровня. Математическое обоснование разрабатываемых планов контроля позволяет исключить субъективность в оценивании знаний и одновременно с этим использовать преимущества, присущие обычному контролю в части повышения достоверности результатов за счет включения в тестовые задания дополнительных вопросов, уточняющих фактический уровень знаний студентов.

Для определения критериальных значений можно воспользоваться математическим аппаратом, используемым для разработки планов оценки качества промышленной продукции и широко применяемым в практике приемочного контроля по альтернативному и количественному признакам [175]. При выпуске машиностроительной продукции большими партиями (десятки и сотни тысяч экземпляров однотипной продукции) нет возможности проконтролировать все изготавливаемые детали. Поэтому ограничиваются выборочным контролем, когда определяют характеристики качества ограниченной партии деталей и по результатам ее контроля делают заключение о годности всех деталей, изготовленных за установленный промежуток времени.

107

Аналогично и при тестовом контроле нет возможности задать такое количество вопросов, чтобы ответы на них однозначно свидетельствовали о том, знает студент контролируемый материал в полном объеме или нет, и при этом позволили бы уточнить, помнит ли студент содержание всех без исключения разделов учебного материала и умеет ли ими пользоваться во всех вероятных вариантах применения. Поэтому при тестировании в задания также включают какой-то ограниченный набор вопросов, охватывающих не весь материал, а только часть его, и по ответам на вопросы этой выборки делают окончательные выводы о знании не только проверенных разделов, но и всего учебного материала в целом. Поскольку задачи тестирования и приемочного контроля в машиностроении одинаковы в постановочной части, то для их решения можно использовать один и тот же математический инструментарий, в частности апробированный и широко используемый в промышленности аппарат приемочного контроля качества машиностроительной продукции. При этом в обоих случаях следует решить задачу теории вероятностей, устанавливающую уровень входного качества по значениям выборочных оценок генеральной совокупности.

В терминах теории вероятности данную задачу можно сфор-мулировать следующим образом. По результатам определения качества знаний, выраженного оценками, измеренными в баллах

из нормальной совокупности оценок с генеральными средней Хср и дисперсии о необходимо определить вероятность того, что случайная величина X, принадлежащая этой генеральной совокупности, будет больше или меньше некоторых заданных граничных величин. Тогда верхняя и нижняя границы контролируемого параметра могут быть выражены зависимостями:

Проводя представительные эксперименты, достаточные для достоверного определения генеральных оценок ХСР и о, и выполняя необходимые математические выкладки или воспользовавшись соответствующими статистическими таблицами, можно определить теоретически точные значения критериальных величин, приравняв приемочное число С к верхней критериаль-

108

ной границе qv а браковочное число D - к нижней критериальной границе qv.

Для практики тестового контроля с учетом 5% вероятности принятия ошибочного решения можно установить приемочное число С равным 95% от максимальной суммы баллов, которую студент может получить по результатам контроля. Чтобы избежать длительных исследований, которые необходимо проводить для каждого из тестовых заданий, условия которых сколько-нибудь отличны по числу вопросов или виду контролируемого учебного материала, можно принять упрощенно браковочное число D как опцию строгости преподавателя. В этом случае для сравнимости результатов тестирования принятое значение D следует унифицировать.

Таким образом, процедура двухуровневого тестового контроля качества знаний будет выгляде- -. следующим образом:

- рассчитываются или назначаются числовые значения при-емочного числа С и браковочного числа D;

- проводится тестовый контроль, результаты которого сравни-ваются с установленными величинами С и D;

- если набранное студентом количество баллов больше при-емочного числа, то делается вывод, что студент знает конт-ролируемый материал, и контроль прекращается;

- если по результатам контроля студентом набрано количество баллов меньшее, чем браковочное число, то делается вывод, что студент не знает контролируемого материала, и контроль также прекращается;

- если студент набирает количество баллов меньшее, чем при-емочное число, но большее чем браковочное число, то счита-ется, что вынести суждение об истинных знания студента не представляется возможным, и проводится еще одна сессия тестирования;

- проводится тестовый контроль второго уровня, результаты которого сравниваются с установленным значением приемоч-ного числа С;

- если сумма баллов, набранная по итогам первой и второй сессии контроля, больше приемочного числа, определенного по максимально возможной сумме баллов обеих сессий, то делается вывод, что студент знает контролируемый учебный материал. В противном случае считается, что знания студента недостаточны;

109

- тестовый контроль прекращается и считается, что знания студента оценены. (В случае многоуровневого контроля про-водятся дополнительные сессии контроля по аналогичным процедурам).

Для повышения достоверности результатов контроля и их сопоставимости с результатами, полученными по нескольким темам или нескольким дисциплинам, приведенную процедуру необходимо дополнить установлением количества вопросов, которое следует включать в тестовое задание на каждом уровне контроля. Для решения этой задачи можно воспользоваться методом расчета количества вопросов тестового задания по критериям совокупной значимости и сложности контролируемого учебного материала. При этом принимать решение о необходимом количестве вопросов в тестовом задании следует для каждого уровня отдельно.

На рис. 2.5 показана диаграмма, иллюстрирующая результаты исследований по определению критериальной величины, определяющей совокупную значимость и сложность контролируемого учебного материала, для дисциплин, читаемых студентам на 1-3 курсах направления «Инженерная механика». При

Соотношение экспертных оценок сложности и значимости дисциплины

Рис. 2.5. Результаты определения интегральных характеристик совокупной сложности и значимости учебных дисциплин

110

проведении исследований экспертам предлагалось сравнить ха-рактеристики сложности и значимости базовой дисциплины по отношению к аналогичным характеристикам других дисциплин. Поскольку в большинстве случаев эксперты затруднялись в оп-ределении значимости дисциплин гуманитарной направленности по отношению к специальным дисциплинам, то на этом этапе исследований такие дисциплины были исключены из рассмотрения.

Приведенные результаты свидетельствуют о том, что экспертные оценки неоднородны и не просматривается взаимосвязь между характеристиками сложности и характеристиками значимости изучаемого материала. Статистическая обработка результатов исследований подтвердила приведенные иллюстративные материалы, о чем свидетельствовали большой разброс оценок (дисперсия от 1400 до 4580 баллов), отсутствие корреляции между средними арифметическими, геометрическими или гармоническими значениями оценок и отрицательные результаты проверки по критерию воспроизводимости результатов. Кроме того, рассчитанное значение коэффициента конкордации, равное 0,26, свидетельствовало о несогласованности мнений экспертов и наличии среди них отдельных групп, однородных в своих оценках.

Следовательно, можно сделать вывод, что будет неоправданным применение критериальной величины, объединяющей совокупную сложность и значимость учебного материала в виде одного интегрального параметра. Необходимо провести дополнительное исследование для независимого определения каждой из этих характеристик учебного материала.

При установлении числовых значений совокупной значимости дисциплин рассчитывались коэффициенты корреляции Па-рето и была выявлена 86% корреляция экспертных оценок с объемом изучаемого материала, выраженного в единицах, пропорциональных количеству часов, отведенных на дисциплину (корреляция была близкой к 98% в случае, когда эксперты специально знакомились с данными о запланированном на изучение дисциплины количестве учебных часов). Более того, многие эксперты априори связывали значимость дисциплины с количеством отведенных на ее изучение учебных часов, во многом справедливо полагая, что такая увязка была реализована разработчиками стандартов специальностей.

111

Рис. 2.6. Соотношение совокупной сложности и итоговых оценокно дисциплине

В качестве экспертов, оценивающих сложность изучаемого материала, были привлечены студенты, которые сравнивали сложность одной из дисциплин, взятой в качестве базовой, со сложностью других дисциплин. Результаты экспертного оценивания приведены на рис. 2.6 2.11. Из рисунков видно, что не прослеживается устойчивой связи характеристик сложности дисциплин с оценками, полученными студентами по результатам их изучения (рис. 2.6-2.7) и нет соответствия между объемом часов, которые отведены на изучение учебного материала, и тем, как оценена его сложность (рис. 2.8-2.10). Об этом же свидетельствовали формальные статистические показатели, полученные по результатам экспериментов.

Таким образом, для определения характеристик сложности дисциплин необходимо проводить самостоятельное экспертное оценивание (рис. 2.11). При этом очевидно, что получаемые оценки сложности фиксируют определенный временной срез и могут существенно трансформироваться даже для одной и той же дисциплины в случае, если изменяется ее организационно-методическое обеспечение.

Наличие оценок совокупной значимости и совокупной сложности позволяет обоснованно сформировать тестовое задание для каждого уровня тестового контроля. При этом расчетные

112

Рис. 2.7. Соотношение совокупной сложности и итоговых средних оценок по дисциплине

Рис. 2.8. Соотношение совокупной сложности дисциплины и общегоколичества часов

Рис. 2.9. Соотношение совокупной сложности дисциплины и количества аудиторных часов

113

Рис. 2.10. Соотношение совокупной сложности дисциплины и количества лекционных часов

Рис. 2.11. Совокупная сложность дисциплин (1 4 семестр)

114

60

формулы для определения количества вопросов для каждого уровня примут вид:

- первый уровень:

- второй уровень:

где - критериальные значения характеристики значи-мости контролируемого материала; - критериаль-ные значения характеристики значимости контролируемого ма-териала; Р - весовой коэффициент (индекс сложности) вопроса; п - количество вопросов в тестовом задании.

Использование общей методики многоуровневого тестового контроля по количественным показателям в сочетании с расчетом по приведенным формулам позволит сформировать тестовые задания и с их помощью выявить качество знаний студентов на основе критерия значимости изучаемого материала, а в случае неоднозначных результатов оценивания - уточнить полученные оценки с учетом степени сложности материала.

2.6. Пример расчета 2.6.1. Аспекты,

связанные с использованием нечеткой логики

Рассмотрим результаты работы алгоритмов нечеткой логики на примере следующих вопросов.

Вопрос 1-го типа. Укажите, является ли верным утверждение: «Теплопроводность - это физико-механическая характеристика деталей машин» (допускает возможность ответа в диапазоне «да»/ «нет»).

Вопрос 2-го типа. Укажите, какие из перечисленных свойств деталей машин относятся к геометрическим и какие к физико-механическим параметрам? Варианты ответов: шероховатость поверхности; прочность; волнистость поверхности; теплопроводность; точность размеров; износостойкость; твердость (допускает возможность ответа в диапазоне «да»/«ни да, ни нет»).

115

Оценка ответов и количество начисляемых баллон будут фун-кционально зависеть от того, какова степень совпадения ответа студента с эталонным ответом. Естественно, что при этом следует учесть, что диапазон возможных ответов «да»/«нет» в два раза больше диапазона ответов «да»/«ни да, ни нет». Поэтому при определении результатов контроля по вопросам второго типа градация ответов в два раза грубее, чем при ответах на вопросы первого типа.

Количество баллов, начисляемое студентам, зависит также от опции строгости, устанавливаемой преподавателем при проведении тестирования. При этом уровень строгости задается переходными кривыми на участках функций принадлежности: ответ студента совпадает/не совпадает с эталонным ответом и студент знает/не знает контролируемый материал. Несмотря на то что координаты этих кривых задаются количественно, уровень требовательности к знаниям студентов может быть измерен только качественно, в терминах «строгий» - «менее строгий» «нестрогий» (каждый раз в эти понятия вкладывается свое количественное измерение). Поэтому если необходимо сопоставить результаты контроля, то при задании опции строгости следует конкретизировать принятые значения координат переходных кривых.

Таблица 2.3. Баллы, начисляемые за вопрос в зависимости от степени совпадения ответа студента и эталонного ответа

Тип вопроса Степень совпадения ответа студента и эталонного ответа

Тип 1 0% 25% 50% 75% 100%

Тип 2 50% 62.5% 75% 87.5% 100%

Экзаменатор

Стр

огий

Нес

трог

ий

Стр

огий

Нес

трог

ий

Стр

огий

Нес

трог

ий

Стр

огий

Нес

трог

ий

Стр

огий

Нес

трог

ийОтвет 0 0 10 30 60 70 70 90 100 100правильныйОтвет 100 100 70 90 30 60 10 30 0 0неправильный

Для примера предположим, что индекс сложности вопроса изначально составляет 100 баллов. В зависимости от степени

116

совпадения ответа с эталонным, которую указывает студент при ответе на вопросы первого и второго типов (от 0% до 100%), по результатам ответа на эти вопросы студенту будут начислены баллы согласно табл. 2.3.

2.6.2. Определение весовых коэффициентов (индексов сложности)

Пусть некоторый тест состоит из четырех вопросов (первого или второго типа, что при назначении весовых коэффициентов несу-щественно). Установим, что изначально максимально возможная стоимость каждого вопроса составляет 100 баллов.

Расчет по результатам оценивания экспертами. Предположим, что некоторый эксперт провел попарное сравнение по сложности вопросов. Результаты сравнений можно представить в виде табл. 2.4. Пусть эту работу проделали еще три эксперта. Результаты их сравнений сведены соответственно в табл. 2.5, 2.6 и 2.7.

Таблица 2.4. Оценки первого эксперта

Таблица 2.5. Оценки второго эксперта

117

Таблица 2.6. Оценки третьего эксперта

А Б В Г Ранг

А 0.5 0,5 0.5 1.5Б 0.5 0.5 1 2В 0.5 0.5 1 2Г 0.5 0 0 0.5

Таблица 2.7. Оценки четвертого эксперта

А Б В Г Ранг

А 0 0 1 1Б 1 1 0.5 2,5В 1 0 0 1Г 0 0,5 1 1,5

По итогам оценок, данных первым экспертом, вопрос А получает ранг 1,5, вопрос Б - ранг 2,5, вопросы В и Г - ранги по 1. Присваиваем вопросу Б, имеющему наивысший ранг, максимальное из возможных в принятой системе оценивания количество баллов (в нашем случае 100 баллов). Тогда для остальных вопросов значение весовых коэффициентов рассчитываем из соответствующих пропорций, например для вопроса А:

1,5 - Р(A); 12,5-100;

Рассчитываем аналогичным образом весовые коэффициенты остальных вопросов для всех четырех экспертов и сводим результаты в табл. 2.8.

//*

Таблица 2.8. Суммарные оценки

Л Б в Г

Эксперт 1 60 100 40 40Эксперт 2 66 100 0 33Эксперт 3 75 100 100 25Эксперт 4 40 100 40 60Средние значения 60 100 45 40Дисперсия 9 0 44 9Доверительный интервал 5 0 22 5Верхняя граница 65 100 67 45Нижняя граница 55 100 23 35

По найденным значениям весовых коэффициентов рассчитываем средние значения, дисперсию, доверительный интервал и доверительные границы.

Например, для вопроса А:

Результаты расчетов для всех четырех вопросов приведены в табл. 2.8. В соответствии с ней при назначении весовых коэффициентов следует для вопроса А задавать значения Р(А) от 55 до 65, для вопроса Б вес Р(Б) = 100 и далее Р(В) от 23 до 67, Р(Г) от 35 до 45 (все значения заданы в баллах).

Корректирование весовых коэффициентов сложности по результатам проведенных тестов. Пусть на некоторый вопрос отвечала группа из шести студентов, и за свои ответы студенты получили оценки В . Эти оценки, а также рассчитанные по ним значения относительной характеристики сложности Р° и весового коэффициента сложности Р соответствуют результатам,

119

приведенным в табл. 2.9. Средняя оценка, полученная студентами при ответе на вопрос, составляет по 100-балльной шкале В = 70.

Таблица 2.9. Расчет коэффициентов сложности по результатам про-веденного теста

Студент 1 Студент 2 Студент 3 Студент 4 Студент 5 Студент 6

В, 68 73 100 43 60 78

Р° 1.03431 0.96347 0,70333 1,63565 1.17222 0,90170

Р, 63,2352 58,9041 43 100 71,6667 55,1282

Дисперсия баллов, набранных студентами за ответ на пред-ложенный вопрос, D = 9 (здесь W = 100, т = 6). Доверительный интервал по этому вопросу равен п — 8. Тогда уточненные значения верхней и нижней границ весовых коэффициентов сложности вопроса составляют для этого вопроса Рв = 78 и Р" = 62. Таким образом, весовой коэффициент сложности данного вопроса по результатам проведенного тестирования следует установить равным 70. С доверительной вероятностью 100% эта величина находится в интервале от 62 до 78.

2.6.3. Формирование тестовых заданий

Считаем, что учебный материал с характеристикой значимости Рдоп = 2107 состоит из пяти тем, по каждой из которых составлены тестовые вопросы, у которых известны индексы сложности (табл. 2.10). Следует подобрать вопросы тестовых заданий для 60% уровня контроля.

Таблица 2.10. Весовые коэффициенты

Тема 1 Тема 2 Тема 3 Тема 4 Тема 5Вопрос 1 100 100 56 56 85Вопрос 2 68 76 34 26 46Вопрос 3 35 59 100 100 91

Вопрос 4 92 100 98 100 76Вопрос 5 86 34 19 48 63

120

Определяем, что при ' и 60% уровне контролясумма весовых коэффициентов вопросов тестового задания должна составлять Р = 1264.

Случайным образом формируем последовательность вопросов по каждой из тем (табл. 2.11)

Таблица 2.11. Варианты тестовых заданий

Задание Тема 1 Тема 2 Тема 3 Тема 4 Тема 5

1 Вопрос 2 Вопрос 4 Вопрос 1 Вопрос 2 Вопрос 4

II Вопрос 5 Вопрос 5 Вопрос 4 Вопрос 3 Вопрос 5

III Вопрос 1 Вопрос 3 Вопрос 3 Вопрос 5 Вопрос 1

IV Вопрос 4 Вопрос 1 Вопрос 5 Вопрос 1 Вопрос 3V Вопрос 3 Вопрос 2 Вопрос 2 Вопрос 4 Вопрос 2

Составим исходную популяцию из четырех особей. В качестве кода особей примем тестовое задание, включающее от 1 до 5 вопросов по каждой из тем. Число включаемых вопросов зададим целой случайной величиной от 1 до 5

X' = 15 4 323 4 2 2513 4 323 5 2 53

Для каждой особи из полученной популяции определим целевую функцию F и исходя из этого их вероятность участия в скрещивании (по коэффициенту К ). Для перехода к минимизируемой целевой функции в операторе отбора будем использовать разность между суммарным значением целевой функции и ее вычисленным значением для данной особи:

F = 194193328

50

Kp=

0,2488 0,2492 0,1904 0,3115

121

Выбираем пары для скрещивания:

Выполняем скрещивание:

Xе 13252

3 5 4

33

3 4 2

55

3 5 2

23

Проверяем вероятность срабатывания оператора мутации:

Новая популяция и соответствующие им значения целевой функции

Оставляем в новой популяции наиболее жизнеспособные особи и проверяем условие достижения оптимума:

122

Так как для первой особи F = О, то оптимум достигнут.Принимаем решение о включении в тестовое задание первых трех

вопросов по первой, четвертой и пятой темам, первых четырех вопросов по третьей теме и всех пяти вопросов по второй теме.

2.6.4. Анализ необходимости ревизии тестовых вопросов

Пусть время размышления студентов над ответом на некоторый вопрос составило Т (табл. 2.12). Тогда среднее время размышления составляет

(минут) и дисперсия D — 9. Пусть критериальное значениесоставляет 1,82 (при шести ответах на вопросы и 95%

доверительной вероятности). Вычисленные по этим данным значения, а также разница представлены в табл. 2.12.

Таблица 2.12. Анализ необходимости ревизии тестового вопроса

Студент 1 Студент 2 Студент 3 Студент 4 Студент 5 Студент 6

12 8 35 6 22 190,5085 0,9153 1,8307 1,1188 0,5085 0,2034

1.82 1,82 1,82 1,82 1,82 1,82-1.311 -0,904 0,010 -0,701 -1.311 -1.616

Из табл. 2.12 следует, что время ответа на вопрос, потраченное одним из шести студентов (третьим студентом), не принадлежит генеральной совокупности и, следовательно, с вероятностью Р = 1/6 вопрос следует перефразировать или исключить из тестового задания.

2.7. Общие сведения о программе SSUquestionnaireИзложенные нововведения доведены до уровня компьютерных реализаций и выполнены в виде программной оболочки SSUquestionnaire, обеспечивающей:

• проектный (на этапе разработки тестовых вопросов) и кор-ректировочный (по результатам тестирования) расчеты весовых коэффициентов, определяющих степень трудности вопроса по отношению к остальным вопросам;

123

учет результатов тестирования и на этой основе расчет вероятностных характеристик, определяющих необходимость внесения изменений в формулировку или удаления отдельных вопросов (разделов курса);автоматизированное проектирование типовых вопросов в формате html (по типам: «Сопоставление», «Классификация», «Позиционирование», «Ввод символов», «Подтверждение», «Выбор ответа», «Подстановка», «Упорядочивание», «По ключевым словам», «Исправление»), что дает возможность выбрать формулировку вопроса, в наибольшей степени соответствующую сущности тестового задания; использование алгоритмов нечеткой логики, что позволяет студенту при ответе оперировать не только классическими значениями логических переменных «ложь» и «истина», но

Рис. 2.12. Основное окно программы SSUciuestionnaire и окно «Создание базовых страниц»

124

и употреблять их промежуточные значения, плавно перехо-дящие от одного крайнего значения («ложь») к другому край нему значению («истина»).

Программа является трехъязычной, имеет англо-русско-ук-раиноязычный интерфейс и файлы помощи с подробным описанием методики и технологии работы (демоверсия представлена по адресу http://www.dl.snmdu.edu.ua).

Интерфейс программы - многооконный. Основное окно программы показано на рис. 2.12. Оно имеет меню команд, через которые вызываются дочерние окна (на рисунке - окно «Создание базовых страниц»), выполняется настройка интерфейса и работа с программой.

2.7.2. Настройка программы

Большинство функций по настройке программы реализуются в диалоговом окне «Создание базовых страниц». Оно включает следующие разделы.

Раздел «Файлы страниц»В разделе выбирается путь к папке для записи генерируемых

тестовых страниц.Для указания места, где будут записываться генерируемые HTML-

страницы, следует выбрать диск и папку. Диск выбирают с помощью элемента «Диски» (рис. 2.13). Папку уточняют в элементе «Папки», содержание которого соответствует выбранному диску. Результаты выбора отображаются в поле «Путь для записи файлов».

Рис. 2.13. Указание места для размещения страниц

125

Содержание поля «Путь для записи файлов» допускается редактировать или заполнять вручную.

Если поле «Путь для записи файлов» отредактировать таким образом, что будет указан несуществующий путь, то появляется сообщение об ошибке и новая папка не будет создана.

Количество фреймов на странице. Возможна двух-, трех-или четырехфреймовая организация основной (стартовой) страницы теста. Варианты размещения фреймов указаны на рис. 2.14, а элементы управления, с помощью которых осуществляется выбор, - на рис. 2.15.

Рис. 2.14. Варианты размещения фреймов

Рис. 2.15. Выбор количества фреймов

Заголовок генерируемых HTML-страниц. Текст заголовка стартовой страницы и страницы в верхнем фрейме записывается в поле «Заголовок».

Этот же заголовок используется как шаблон для ввода заголовков всех вновь генерируемых страниц с тестами.

Поле ввода заголовка показано на рис. 2.16.

Рис. 2.16. Поле ввода заголовка

126

Имена файлов. Название файла основной (стартовой) страницы записывается в поле «Основная страница» (рис. 2.17). По умолчанию для основной страницы принято название «index.htm».

Рис. 2.1 7. Указание имен файлов

Название файла страницы из верхнего фрейма записывается в поле «Верхняя страница» (по умолчанию - «topframe.htm»)

Названия файлов страниц с тестовыми вопросами образуются из основы имени файла и порядкового номера вопроса.

Основа имени файлов тестовых страниц указывается в поле «Основа имени файла» (по умолчанию «vopros»). Порядковый номер вопроса устанавливается как сумма стартового номера вопроса и порядкового номера вопроса в теме.

Название ActiveX (элемента управления для реализации аппарата нечеткой логики) указывается в поле «Файл ActiveX» (по умолчанию SSUTest.ocx номер С84В2127 15F4-11D8-9401-ADA022AE8050).

В случае если имя файла ActiveX указано неверно, то файлы тестовых страниц проектируются правильно, однако реализовать тестовый контроль будет невозможно.

Относительный путь. Возможно указание одного из трех вариантов расположения генерируемых страниц и соответствующих им относительных адресов для межстраничных ссылок (рис. 2.18):

1. В одной папке. Все генерируемые файлы размещаются внутри одной рабочей папки.

2. Внутри текущей папки. Создается рабочая папка, внутри которой размещаются файлы тестовых страниц, и в ней же размещаются папки для рисунков, для CSS-таблицы и для ActiveX.

3. Параллельно текущей папке. Создается рабочая папка, в ко-торой размещаются файлы тестовых страниц. Параллельно

127

Рис. 2.18. Задание относительного пути

Папки для рисунков, CSS-таблицы, ActiveX и HTML стра ниц. На рис. 2.19 показаны поля ввода, в которых следует указать названия папок для размещения генерируемых программой файлов:

- рисунков, которые будут использоваться в теле тестовых стра-ниц (поле «Рис:», значение по умолчанию - IMAGE);

- CSS-таблицы, определяющей форматирование тестовых стра-ниц (поле «CSS:», значение по умолчанию - CSS);

- элемента управления ActiveX SSUTestLogicControl, реали-зующего тестовый контроль на базе аппарата нечеткой логики (поле «ActX»:, значение по умолчанию - ACTIVEX);

- рабочей папки, в которой размещаются файлы тестовых стра-ниц и/или папки рисунков, CSS-таблицы и элемента управ-ления ActiveX SSUTestLogicControl (поле *?», значение по умолчанию - TESTFOLDER).

Рис. 2.19. Поля ввода названия папок

Флажок «Создавать» указывает на необходимость создания одноименной папки. Если флажок отсутствует, то формируются ссылки на соответствующие файлы и папки, однако сами папки не создаются.

Если флажок «Создавать» установлен, но в рабочей папке ужо есть папка с аналогичным именем, то выдается сообщение об ошибке и существующая папка не удаляется и не редактируется.

128

рабочей нанке создаются еще папки для рисунков, для CSS-таблицы и для ActiveX.

Раздел «Время»Переключатель «Показывать/Нe показывать». Устанавливает или

отключает отображение времени в процессе тестирования. Если переключатель переведен в положение «Показывать», то время отображается в соответствии с позицией переключателя «Контроль времени Да, Нет». При этом если переключатель контроля времени находится в позиции «Да», то по-казывается время, оставшееся до окончания тестирования. Если время не контролируется, то отсчет ведется с момента начала тестирования.

Переключатель «Контроль времени Да/Нет». Устанавливает способ, который будет реализовываться при тестировании посредством сгенерированных HTML-страниц.

Когда переключатель переведен в положение «Да», то опреде-ляется способ тестирования по времени и для ответа на вопросы задается ограниченное время. Если установленное время прошло, то тестирование прерывается текущим вопросом, ответы по текущему и по всем последующим вопросам не засчитываются.

Положение переключателя «Нет» соответствует способу тес-тирования без ограничения времени.

Независимо от положения переключателя итоговая оценка выставляется исходя из максимально возможного количества баллов, которые студент может получить при ответе на все вопросы темы.

Поле ввода пароля. Поле ввода пароля (произвольного сочетания латинских букв и цифр), который при тестировании с контролем времени будет запрашиваться для завершения тестирования или повторного тестирования.

Если пароль в поле ввода удален (пароль пустой и не содержит символов), то при тестировании с ограничением по времени пароль не запрашивается.

Поле доступно только при тестировании с контролем времени (переключатель «Контроль времени Да/Нет» установлен в положении «Да»).

Поле ввода контролируемого времени. Поле для ввода кон-трольного времени тестирования. Задается в минутах.

Поле доступно только при тестировании с контролем времени (Переключатель «Контроль времени Да/Нет» установлен в положении «Да»).

129

Раздел «Создавать инструкцию»Переключатель «Создавать инструкцию Да/Нет». Уста навливает,

генерировать или нет модальное окно, в котором каждый раз при начале тестирования будут отображаться инструкции, содержащие правила, которыми следует руководствоваться, отвечая на вопросы тестов.

Раздел «Константы»Раздел позволяет установить значения пяти количественных

констант:1. «Всего вопросов в теме».Задается общее количество контролируемых вопросов в теме, по

которым проставляется итоговая оценка. Установленное число вопросов определяет количество тестовых HTML-страниц, которые должны быть сгенерированы за один сеанс.

2. «Стартовый номер вопроса».Номер, который присваивается первому из вопросов и служит для

вычисления номеров последующих вопросов. Номер вопроса вместе с неизменяемой основой имени образует имя генерируемой тестовой HTML-страницы. Номер вопроса должен задаваться числом от 1 до 9999, не иметь в обозначении иных символов, кроме арабских цифр, и не начинаться с нулей. По умолчанию имеет значение 101.

3. «Знает/Знает нестабильно».Критериальное значение для трехбалльной шкалы оценок

«Знает/Знает нестабильно/Не знает», на основе которого делается вывод о знаниях тестируемого. Задается в баллах. Максимальное число - 100 баллов. Минимальное значение критерия не регламентируется, однако должно быть больше числа баллов, установленного для другого критериального значения «Знает нестабильно/Не знает». По умолчанию имеет значение 85 баллов.

4. «Знает нестабильно/Не знает».Критериальное значение для трехбалльной шкалы оценок

«Знает/Знает нестабильно/Не знает», на основе которого делается вывод о знаниях тестируемого. Задается в баллах. Максимальное число баллов не регламентируется, однако должно быть меньше числа баллов, установленного для критериального значения «Знает/Знает нестабильно». Минимальное значение критерия - 1 балл. По умолчанию имеет значение 65 баллов.

130

5. «Максимально возможная сумма баллов при ответе на все вопросы темы».

Сумма весовых коэффициентов, установленных для всех вопросов темы. Если сумма задана неверно, то результаты тестирования могут быть некорректными, о чем выдается предупреждение после проектирования тестовой HTML-страницы для последнего из вопросов темы.

Поля для ввода констант показаны на рис. 2.20.

Рис. 2.20. Ввод констант

Раздел «Создание страниц»Для указания, создавать или нет стартовые страницы, используются

две кнопки (рис. 2.21).

Рис. 2.21. Элемент «Создание страниц»

Кнопка «Создать страницы». При нажатии кнопки «Создать страницы» создаются файлы стартовой страницы и страницы из верхнего фрейма в соответствии с принятыми установками. Кнопка активна в случае, когда определено содержание заголовка, заданы названия файлов страниц, указаны названия необходимых папок, стартовый номер вопроса, количество вопросов и установлены критерии для оценивания знаний.

Кнопка «Выход». Кнопка «Выход» служит для закрытия диалогового окна без создания папок и файлов страниц.

Раздел «Файлы Лог, CSS»Переключателем Лог/CSS (рис. 2.22) осу-

ществляется доступ к работе соответственно с лог-файлом или CSS-таблицей.

131

Рис. 2.22.Переключатель

Лог/ CSS

Лог-файл. Для ведения файла протокола тестирования (лог-файла) необходимо поставить флажок «Создать лог-файл» (рис. 2.23) и задать имя файла - любое имя, допустимое правилами формирования имен в операционной системе Windows. По умолчанию установлено имя «SSUquestionnaire.log». Заданное имя при тестировании указывается в генерируемых HTML-страницах и служит сигналом перевода элемента управления ActiveX SSUTestLogicControl в режим ведения протокола. Файл протокола создается в корневом каталоге диска «С:». Снятие флажка очистит поле с именем файла и отменит режим ведения прото-кола для ActiveX SSUTestLogicControl.

Чтобы прочитать созданный лог-файл, следует щелкнуть мышью на кнопку «Найти» и в ставшем доступным проводнике со списками дисководов, папок и файлов найти и указать имя нужного лог-файла. Если требуется обработать сразу несколько файлов, то они предварительно должны быть объединены в один файл (последовательным дописыванием один за другим).

Для просмотра лог-файла достаточно щелкнуть на кнопку «Прочитать» - нередактированный текст файла отобразится в списке раздела.

При щелчке на кнопку «Обработать» будет выполнена ста-тистическая обработка записанных в лог-файле результатов те-стирования, и они визуализируются в списке раздела.

Щелчок мышью на кнопку «Печать» позволяет статистически обработанные результаты напечатать или сохранить в отдельный файл.

Рис. 2.23. Элементы управления для работы с файлом протокола

132

Раздел CSS-таблица. Для генерации CSS-таблицы следует установить флажок «Создать файл» (рис. 2.24) и в поле «Имя файла» указать имя файла с расширением. Имя и расширение файла для сохранения таблиц задаются в соответствии с общими правилами формирования имен файлов, принятых в операционной среде Windows.

Рис. 2.24. Элементы управления для работы с CSS-таблицей

Таблица 2.13. Свойства CSS-таблицы

< BODY> < TABLE> <Р>

Class = Y Class = k Class = t Class = p Class = о

FONT- BORDER-TOP: MARGIN- MARGIN- MARGIN- FONT- MARGIN-FAMILY: 6px groove TOP: 0 pt TOP: 0 pt TOP 0 pt WEIGHT: TOP: 0 ptTimes New normalRomanBACK- BORDER- MARGIN- MARGIN- MARGIN- FONT- MARGIN-GROUND- LEFT-WIDTH BOTTOM: BOTTOM: BOTTOM SIZE: BOTTOM:COLOR: 6px Opt 0 pt Opt small 0 pt#add6ad BORDER- FONT- FONT- FONT- COLOR: FONT-

BOTTOM: WEIGHT: WEIGHT WEIGHT: purple WEIGHT:6 px groove bold normal normal boldBACKGROUND FONT- FONT- FONT- FONT- FONT--COLOR: SIZE: SIZE: SIZE STYLE: SIZE: small#add6ad medium small small italicBORDER- COLOR: COLOR: FONT- FONT- COLOR:RIGHT-WIDTH: red red STYLE: FAMILY: saddle-6px normal serif brown

133

Продолжение таблицы 2.13

<BODY> < TABLE> <Р>

Class = Y Class = к Class = 1 Class = p Class = о

FONT- FONT- FONT- FONT- FONT-STYLE: STYLE: FAMILY: VARIANT STYLEnormal italic serif normal normalFONT- FONT- FONT- FONT-FAMILY: FAMILY: VARIANT: FAMILY.serif serif normal serifFONT- FONT- FONT-VARIANT: VARIANT: VARIANT:normal normal normal

Поле «Относительный путь» заполняется по результатам выбора относительного пути для межстраничных ссылок. Поле можно редактировать, однако его неправильное заполнение приведет к формированию некорректных ссылок и, как следствие, к неправильному форматированию тестовых HTML-страниц.

Содержание CSS-таблицы приведено в нижнем поле раздела. Чтобы скорректировать таблицу, необходимо щелкнуть мышью на любой из строк, и ее содержание отобразится в поле для корректировок. Затем следует внести необходимые изменения и нажать кнопку «Изменить».

По умолчанию установлены следующие свойства для тегов, используемых при форматировании текста генерируемых HTML-страниц (табл. 2.13).

2.7.3. Элемент управления SSUTestLogicControl

СвойстваПрограммнонезависимый элемент управления SSUTestLogicControl выполнен в виде самостоятельного программного продукта, который при компьютеризированном тестовом контроле реализует алгоритмы нечеткой логики. Без изменений элемент SSUTestLogicControl может встраиваться в любую программу, созданную с использованием одного из языков высокого уровня (С, Pascal, Basic, Fortran и др.), если эта программа предназначена для функционирования в операционной среде Windows.

134

Таблица 2.14. Свойства элемента управления SSUTestLogicControl

Координаты переходных кривых функции принадлежности

Подмножество Belong X1 Belong X2 Belong ХЗ Belong X4высказыванийстудента Belong X5 Belong X6 Belong X7

Подмножество Operate X1 Operate X2 Operate ХЗ Operate X4оценок знаний Operate X5 Operate X6 Operate X7

Переменные LogicVanable LogicSignVanableКоличественные переменные Datums (NQuestion, Weight Coefficient)NQuestion - номер вопросаWeightCoefficient - весовой коэффициент вопроса (степень сложности вопроса по отношению к сложности остальных вопросов темы)

Настройка элемента управления SSUTestLogicControl на кон-кретный вид контроля осуществляется с помощью специально выделенных свойств, часть из которых приведена в табл. 2.14.

Так, посредством свойств Belong и Operate задаются координаты переходных участков для аппроксимирующих прямых, описывающих связанные между собой функции принадлежностей. Свойством Belong описывается форма функции принадлежностей высказываний студентов, а свойством Operate - функции принадлежностей оценки знаний. Изменяя значение этих свойств, можно по-разному описывать функции принадлежности и тем самым изменять соотношение между степенью совпадения ответа студента с эталонным ответом и итоговым количеством баллов, которые будут выставлены студенту за ответ. В конечном счете это позволяет установить, насколько требовательным будет «виртуальный» преподаватель, ведущий тестирование.

Логические переменные LogicVariable и LogicSignVariable на-страивают элемент управления на тип вопроса, по которому следует оценить ответ. Переменная LogicVariable принимает значение «True», если ответ возможен в диапазоне «Истина»/ «Ложь». Однако если, например, вопрос сформулирован таким образом, что следует из предлагаемых вариантов ответов выбрать один или несколько правильных, то переменной LogicVariable следует задать значение «False». В этом случае элемент управления будет воспринимать ответы только в диапазоне «Правда»/«Ни правда, ни ложь». При этом переменная

135

I.ogicSignVariable задает степень дискретности функции управления, соответствующую тину задаваемого вопроса.

Количественные переменные NQuestion и WeightCoefficient не имеют прямого отношения к применению элементов нечеткой логики для контроля знаний студентов. Их введение в набор свойств элемента управления SSUTestLogicControl продиктовано тем, что тестовые задания, используемые для контроля знаний, как правило, включают не один, а несколько вопросов и соответственно следует предусмотреть возможность за один сеанс контроля обработать весь массив вопросов.

Свойство NQuestion определяет номер вопроса, который следует выбрать из массива вопросов, составляющих тестовое задание. Выбранный вопрос будет предложен студенту в качестве очередного задания.

Свойство WeightCoefficient предназначено для настройки тестовой системы элемента управления SSUTestLogicControl на числовое значение весового коэффициента, посредством которого определяется степень сложности анализируемого вопроса по отношению к остальным вопросам тестового задания.

Количественные переменные NQuestion и WeightCoefficien задаются в пакете как переменная Datums.

ИнтерфейсВнешний вид элемента управления SSUTestLogicControl пред-

ставлен на рис. 2.25.

Рис. 2.25. Внешний вид элемента управления SSUTestLogicControl

Для ответа на вопрос следует переместить бегунок в одно из положений, которое соответствует степени правдивости ответа.

Если вопрос допускает два крайних высказывания «Ложь» и «Истина», то бегунок можно переместить в любое из граничных положений или в любое из промежуточных положений.

Если выбрано одно из крайних положений и ответ студента совпадает с эталонным ответом, то будет выставлен максимально высокий балл. Если выбранное крайнее положение бегунка не соответствует эталонному ответу, то будет выставлено 0 баллов.

136

Промежуточное положение бегунка позволит получить промежуточное между нулем и максимумом количество баллов. При этом между положением бегунка и результирующей оценкой существует нелинейная зависимость, и конкретное число проставляемых баллов вычисляется на базе аппарата нечеткой логики.

Если вопрос позволяет дать ответ только от «Ни да, ни нет» (среднее положение бегунка) до утверждения «Истина» (правое положение бегунка), то максимально возможный балл будет выставлен в случае, если сформулированный ответ полностью совпадает с эталонным и выбрано крайнее правое положение бегунка. В любом другом случае проставляемое количество баллов определяется тем, насколько ответ тестируемого совпал с эталонным и насколько ответ правдив (от положения бегунка).

После того как бегунок установлен в требуемое положение, следует нажать на кнопку «ОК» - ответ будет передан для компьютерного анализа, а испытуемому будет предложено ответить на очередной вопрос.

РегистрацияДля использования элемент управления SSUTestLogic-Control

необходимо зарегистрировать в операционной системе Windows. Обычно это происходит автоматически при его нервом вызове. Кроме того, любой элемент управления, в том числе и SSUTestLogicControl, можно зарегистрировать принудительно, если щелчком мыши выбрать нужный элемент управления из списка файлов (для списка установлен фильтр *.осх) и другим щелчком нажать кнопку «Регистрация» (рис. 2.26).

Рис. 2.26. Регистрация ActiveX SSUTestLogicControl

137

Отменить регистрацию элемента управления можно, если выбрать его имя в списке файлов и затем щелкнуть на кнопку «Удаление регистрации».

Проведение экспертизыДля проведения экспертизы по определению весовых коэф-

фициентов вопросов, входящих в тестовое задание, программой SSUquestionnaire предусмотрено диалоговое окно (рис. 2.27) с набором элементов управления, посредством которых осуществляется экспертное оценивание.

Поле отображения вопроса для сравнения. Поле отображает содержание вопроса, относительно которого оценивается весовой коэффициент вопроса и текст которого помещен в текстовое поле списка сравниваемых вопросов.

Раздел «Сравнение». Содержит кнопки «Труднее», «Легче», «Одинаковые», с помощью которых вводятся результаты сравнения вопросов.

Рис. 2.27. Диалоговое окно экспертного оценивания

138

Кнопка «Труднее» нажимается в том случае, когда, по мнению эксперта, вопрос, текст которого записан в верхнем поле («Поле отображения вопроса для сравнения»), сложнее для ответа, чем вопрос, записанный в нижнем поле («Поле со списком сравниваемых вопросов»).

Кнопка «Легче» используется, если, по мнению эксперта, вопрос, текст которого записан в верхнем поле, легче для ответа, чем вопрос, записанный в нижнем поле.

Нажатием на кнопку «Одинаковые» подтверждается мнение эксперта о том, что вопросы, записанные в верхнем и нижнем поле, одинаково сложны для ответа.

Переключатель «Текст/Номер» раздела «Ввод вопросов». Устанавливает способ ввода вопросов, предназначенных для эк-спертизы. Положение «Текст» выбирается в случае, когда фор-мулируется и записывается текст вопроса, а положение «Номер» - когда вопросы только нумеруются.

Выбор экспертом положения «Текст» позволяет при проек-тировании тестовых HTML-страниц автоматически вносить пред-ложения по формулированию текста вопросов и заданию весовых коэффициентов. Кроме того, запоминается общее количество вопросов, для которых предполагается проектирование тестовых страниц.

Поле со списком сравниваемых вопросов. Служит для записи и воспроизведения вопросов, предназначенных для экспертизы.

При записи вопросов в текстовой части списка вводится текст вопроса, который затем заносится в список нажатием на одну из кнопок «Добавить», «Изменить» или «Удалить».

В текстовом поле списка отображается текст вопроса, который сравнивается с вопросом, приведенным в поле отображения вопроса для сравнения, а в самом списке - отображается полный перечень вопросов, которые еще не сравнивались.

Раздел «Номер». Раздел включает поле для ввода количества вопросов, предназначенных для экспертизы, и кнопку «Запомнить», нажатием на которую введенное число запоминается.

В соответствии с заданным количеством вопросов выполняется нумерация вопросов от 1 до введенного числа включительно.

Раздел «Список». Раздел включает набор элементов управления для работы со списком сравниваемых вопросов.

139

Кнопка «Добавить» позволяет перенести текст вопроса из текстового поля списка в список сравниваемых вопросов.

Неправильно сформулированный текст вопроса можно исключить из списка нажатием на кнопку «Удалить». Для удаления следует сначала щелчком мыши на список выбрать ошибочный вопрос, а затем нажать кнопку «Удалить».

Если формулировку вопроса нужно изменить, то следует выбрать в списке текст вопроса, отредактировать его и.нажать кнопку «Изменить».

Для сохранения результатов работы со списком вопросов следует нажать кнопку «Запомнить».

Кнопка «Новый эксперт». Позволяет выполнить экспертизу очередным экспертом.

Максимальное число экспертов - не более десяти.Кнопка «Запомнить». Выводит результаты экспертизы и

предлагает их напечатать или сохранить в отдельный файл.После нажатия кнопки «Запомнить» результаты сохраняются для

дальнейшего проектирования тестовых HTML-страниц. При этом если в разделе «Ввод вопросов» переключатель «Текст/ Номер» находится в положении «Текст», сохраняются тексты вопросов, их весовые коэффициенты и общее количество вопросов. Если же переключатель «Текст/Номер» находится в положении «Номер», то сохраняются только весовые коэффициенты каждого из вопросов и общее количество вопросов.

Кнопка «Выход». Кнопка служит для завершения работы без сохранения результатов экспертизы.

2.7.4. Проверка правописания и поиск синонимов

При указании эталонных ответов для тестовых заданий с набором типовых вопросов, по которым возможно проектирование в среде программы SSUquestionnaire, как правило, требуется грамматически правильно записать текст ответа. В связи С этим при проектировании тестов предусмотрена возможность проверки правописания слов, включаемых в эталонный ответ.

Для проверки текста эталонного ответа следует воспользоваться диалоговым окном «Правописание и синонимы» (рис. 2.28) из меню команд «Помощь».

Этим же окном можно воспользоваться для поиска синонимов слов для эталонных ответов в случае, когда типовой фор-

140

Рис. 2.28. Диалоговое окно проверки правописания и поискасинонимов

мои теста предусмотрена проверка правильности не только по тем словам, что включены в ответ, но и по их синонимам.

Форма диалогового окна «Правописание и синонимы» включает поле для ввода анализируемого текста, переключатель языка словарных форм и синонимов, а также кнопки для выполнения команд проверки текста и поиска синонимов.

Поле для ввода текста. Поле для ввода текста из одного или нескольких слов, разделенных знаками препинания «пробел», «точка», «запятая», «точка с запятой», «двоеточие» или «тире».

Переключатель «Язык по умолчанию». Отождествляет текст, записанный в поле для ввода текста, с языком словарных слов и синонимов. Имеет положения «Русский/Украинский/ Английский».

Кнопка «Проверка правописания». Инициализирует проверку орфографии для текста, записанного в поле для ввода текста.

Кнопка «Поиск синонимов». Инициализирует подбор синонимов для слов, записанных в поле для ввода текста.

2.7.5. Проектирование тестов

Логические и количественные переменныеС помощью логических переменных можно настроить программу

на определенный тип вопросов и задать числовые значения весовых коэффициентов вопросов, по которым генерируются

141

Рис. 2.29. Ввод логических и количественных переменных

тестовые HTML-страницы. Поля ввода логических переменных показаны на рис. 2.29.

Вес вопроса. Вводится числовое значение весового коэффициента, учитывающего степень сложности проектируемого вопроса по отношению к остальным вопросам темы (возможные значения от 1 до 100).

/п. Логическая переменная, определяющая способ учета ре-зультатов контроля по вопросам, в которых возможно несколько правильных ответов. Наличие флажка указывает на необходимость оценивания правильности каждого из ответов в отдельности. При этом каждому ответу присваивается удельный весовой коэффициент, вычисляемый по формуле

где - удельный весовой коэффициент; Р - весовой коэффициент вопроса; п - количество возможных правильных ответов.

Вычисленный удельный весовой коэффициент отображается в соответствующем поле ввода. Это поле недоступно для редак-тирования.

Если флажок отсутствует, то оценивается правильность ответа на вопрос в целом. Результаты тестирования по вопросу считаются отрицательными, если дан хотя бы один неправильный ответ. При этом вместо удельного весового коэффициента ответов для контроля знаний используется общий весовой коэффициент вопроса.

Логические переменные «Нет - 0 - Да», «0 - Да», «logicl», «logic2». Логические переменные «Нет - 0 - Да» и «0 - Да» определяют возможность ответа в интервале от «Нет» («Ложь») до «Да» («Истина») или же указывают на необходимость утвердительного ответа только в интервале от 0 («Ни ложь, ни истина») до «Да» («Истина»).

142

Числовое значение логической переменной logic1 задается для переменной «Нет - 0 - Да» равным 1 и для переменной «О - Да» - равным 0.

Числовое значение логической переменной *logic2» для пе-ременной «Нет - 0 - Да» принимается равным 0 и для переменной «0 - Да» - равным 0,1.

Нумерация вопросовДля нумерации вопросов используются поля ввода, показанные на

рис. 2.30.

Рис. 2.30. Поля ввода номеров вопросов

Поле ввода «Всего вопросов». Поле отображает число, соот-ветствующее общему количеству вопросов в теме, по которым составляются тестовые HTML-страницы. В нем воспроизводится информация, введенная при настройке программы, и оно недоступно для редактирования.

Поле ввода «Вопрос номер». Поле отображает текущий номер вопроса, для которого проектируется тестовая HTML-страница. Номер вычисляется автоматически и не требует редактирования. Однако в случае необходимости такое редактирование допускается. Результаты редактирования не контролируются и при вводе недопустимого номера могут привести к некорректному тестированию.

Ввод текста вопросов, заголовков и комментариев Поле ввода «Текст вопроса». В поле ввода «Текст вопроса» (рис. 2.31) указывается текст заголовка, который затем переносится в верхнюю часть генерируемой HTML-страницы. Тег ^Р >, в который помещается текст заголовка, имеет класс форматирования «V» (см. табл. 2.13).

Поле обязательное для заполнения.

Рис. 2.31. Поле ввода текста вопроса

143

Поле ввода «Комментарий». Поле ввода «Комментарий» (рис. 2.32) используется для задания текста, который следует отобразить на генерируемой HTML-странице ниже текста вопроса. Тог <Р>, в который помещается текст комментария, имеет класс форматирования « К » (см. табл. 2.13).

Поле не обязательное для заполнения.

Рис. 2.32. Поле ввода комментария к вопросу

Поле ввода «Дополнительный комментарий». В поле «До-полнительный комментарий» (рис. 2.33) вводится текст, отображаемый на генерируемой HTML-странице ниже изображения рисунка, а если рисунка нет, то ниже текста первого комментария. Тег <Р>, в который помещается текст комментария, имеет класс форматирования «К» (см. табл. 2.13).

Поле не обязательное для заполнения.

Рис. 2.33. Поле ввода дополнительного комментария

Работа с рисункамиЧтобы вставить рисунок в генерируемую HTML-страницу,

достаточно в поле ввода «Рисунок» (рис. 2.34) указать содержание тега <IMG >.

Рис. 2.34. Поле ввода «Рисунок»

Синтаксис тега <IMG>:

<IMG src= «Относительный путь и имя файла рисунка»>

Для отображения рисунка в теге страницы файл рисунка должен находиться в папке рисунков, название и относительный путь которой указаны при настройке интерфейса.

Возможна вставка рисунка с помощью встроенной системы распознавания и вставки рисунков. В этом случае файл рисунка

144

должен быть помещен в папку рисунков перед началом работы с программой.

Чтобы обратиться к системе распознавания и вставки рисунков, достаточно щелкнуть мышью на кнопку с изображением знака вопроса. Такая кнопка расположена рядом с полем для ввода тега <IMG>.

Щелчок на кнопку вызывает появление диалогового окна, в котором отобразятся имена файлов, расположенных в папке с рисунками (рис. 2.35).

Рис. 2.35. Диалоговое окно выбора рисунка

Чтобы просмотреть рисунок, достаточно щелкнуть мышью на его имени. Если рисунок выбран правильно, то следует щелчком на кнопку «ОК» записать относительный путь и наименование выбранного файла рисунка в поле ввода тега <IMG>. Щелчок на кнопку «Cancel» возвращает к проектированию тестовой страницы без записи тега <IMG>.

Включение/выключение флажка рядом с полем ввода дописывает или, наоборот, удаляет запись собственно тега <IMG>.

Проектирование вопросов на сопоставлениеДиалоговое окно, используемое для проектирования вопросов на

сопоставление, показано на рис. 2.36. Помимо элементов управления, характерных для всех окон проектирования типовых вопросов, оно включает и специфические элементы, посредством которых конкретизируется вариант генерируемой тестовой страницы, содержащей вопрос на сопоставление.

145

Рис. 2.36. Диалоговое окно «Вопрос на сопоставление»

Такие элементы управления объединены в следующие разделы и зоны.

Раздел «Сопоставляемые параметры и их определения (обозначения)». Раздел включает пять зон.

В зоне «Номер параметра» задается число, соответствующее номеру параметра, для которого устанавливается соответствие «параметр - определение (условное обозначение)». Кроме того, этим числом определяется общее количество параметров, для которых необходимо будет при тестировании определить соответствие. Если установлено значение меньшее, чем всего введено соответствий, то последние введенные соответствия при генерации тестовой HTML-страницы будут проигнорированы. Зона недоступна для редактирования. Ее числовое значение можно менять в зоне «Навигация и запись».

Зона «Навигация и запись» предназначена для перемещения между записями соответствий «параметр - определение (условное обозначение)». Навигация может использоваться как для перемещения к уже созданному соответствию - для его редак-

146

тирования, так и для перемещения к вновь создаваемому соответствию. Ввод (корректировка) текста соответствий выполняется с помощью полей «Параметр» и «Определение или обозначение параметра». Чтобы запомнить результаты ввода (корректирования) текста, используется кнопка «ОК».

Две зоны «Параметр» и «Определение или обозначение параметра» имеют поля для ввода и редактирования текста, соответствующего двум частям сопоставления «параметр - определение или обозначение параметра». При их заполнении вместо текста может использоваться любое графическое изображение, записанное в виде файла рисунка. Ввод рисунка возможен с помощью встроенной системы распознавания и вставки рисунков.

Зона «Создание страниц» включает две кнопки - кнопку «Создать страницу» (при ее нажатии происходит генерация тестовой страницы в соответствии с принятыми установками) и кнопку «Выход», используемую для прекращения проектирования без создания тестовых страниц.

Свойства таблицы параметров. Раздел предназначен для определения размеров таблицы, в которой будут отображаться параметры и их определения или условные обозначения. Размеры таблицы задаются указанием собственно ширины таблицы и ее второго столбца (в таблице два столбца, и поэтому заданных размеров достаточно для однозначного описания таблицы).

Рис. 2.37. Пример тестовой страницы на сопоставление

147

Ширину таблицы можно задать в процентном отношении к ширине генерируемой HTML-страницы или в пикселах. Размер обязателен для ввода. Числовое значение размера не контролируется.

Ширина второго столбца задается в процентном отношении к ширине таблицы или в пикселах. Размер обязателен для ввода. Числовое значение размера не контролируется.

Пример тестовой страницы, содержащей вопрос на сопоставление, показан на рис. 2.37.

Проектирование вопросов на классификациюПроектирование вопросов на классификацию выполняется в

диалоговом окне, показанном на рис. 2.38. Диалоговое окно включает элементы управления, с помощью которых осуществляется проектирование.

Рис. 2.38. Проектирование вопросов на классификацию

148

Раздел «Свойства таблицы классификации». Ширина таблицы классификации задается в поле «Размер». Переключателем «Единица измерения» можно установить, как будет интерпретироваться число, введенное в поле «Размер», - как процент от ширины тестовой HTML-страницы или как ширина таблицы, заданная в пикселах. Числовое значение размера взаимосвязано с параметром «Ширина столбцов». Размер обязателен для ввода.

Ширина столбцов задается в процентном отношении к ширине таблицы или в пикселах. Числовое значение размера взаимосвязано с параметром «Ширина таблицы» и количеством заданных критериев классификации. Размер обязателен для ввода.

Раздел «Критерий классификации». Раздел «Критерий классификации» включает поле со списком и кнопки для работы с ним.

Поле ввода со списком используется для ввода и редактирования названия критериев, по которым предполагается классифицировать ответы.

Кнопка «Добавить» добавляет текст из текстовой строки поля со списком в список критериев классификации. С помощью кнопки «Удалить» строка с названием критерия исключается из списка критериев классификации. Для удаления строки ее необходимо выделить щелчком мыши, а затем щелкнуть на кнопке «Удалить». Удалить можно любую строку списка, начиная со второй.

Кнопки «Добавить» и «Удалить» доступны до нажатия кнопки «Запомнить».

С помощью кнопки «Изменить» можно отредактировать строку в списке критериев классификации. Для редактирования строки ее необходимо выделить, изменить появившийся при этом текст в текстовом поле списка и нажать кнопку «Изменить».

Кнопка «Запомнить» завершает работу со списком критериев классификации и делает невозможным добавление или удаления его строк.

Раздел «Классифицируемые параметры». Раздел «Клас-сифицируемые параметры» включает поле для ввода текста клас-сифицируемых параметров и кнопки «Добавить», «Удалить», «Изменить» и «Запомнить». Их назначение и способ использования аналогичны соответствующим элементам управления, входящим в раздел «Критерий классификации».

149

Рис. 2.39. Пример тестовой страницы на классификацию

Пример тестовой страницы с вопросом на классификацию показан на рис. 2.39.

Проектирование вопросов на ввод символовВнешний вид диалогового окна для проектирования вопросов на

ввод символов (текста или чисел) зависит от количества колонок символов, отображаемых на проектируемой HTML-странице. Вариант, когда таких колонок пять, показан на рис. 2.40.

Для задания количества колонок символов используется од-ноименное поле ввода. Увеличить или уменьшить количество отображаемых столбцов можно кнопками. Сама цифра, обозначающая число столбцов, недоступна для непосредственного редактирования. На одной HTML-странице может быть создано не более пяти столбцов с полями для ввода символов и в каждом столбце - до десяти таких полей.

Размер поля ввода можно установить общим для всех столбцов или задавать отдельно для каждого столбца. Ширина полей ввода задается в пикселах. Число, иллюстрирующее заданный размер поля ввода, недоступно для редактирования. Для его уменьшения/увеличения используются кнопки.

Ввод символов. В зависимости от состояния переключателя ♦ Текст/Ответ» кнопка «Добавить» переносит символы, набран-

150

Рис. 2.40. Диалоговое окно проектирования вопросов на ввод символов

ные в поле для ввода поясняющего текста в список для поясняющего текста или из поля для ввода контролируемых ответов -в список ответов всего столбца. Кроме кнопки «Добавить», аналогичные действия можно выполнить при нажатии клавиши«Enter» на клавиатуре. После заполнения первой же строки ответов корректирование параметров столбца становится невозможным.

Кнопка «Удалить» позволяет (с учетом переключателя«Текст/Ответ») удалять строку соответственно из списка поясняющих текстов или из списка контролируемых ответов. Для удаления строки необходимо выделить ее щелчком мыши, а затем нажать кнопку «Удалить».

151

Введенные данные отображаются в списках поясняющих текстов и контролируемых ответов.

Настройка параметров контроля символов. Установка флажка «Показывать текст» задает стиль таблицы ответов, в соответствии с которым на генерируемой HTML-странице (слева от ячеек с полями для ввода ответа) будут отображаться ячейки с поясняющим текстом.

Если флажок не установлен, то поясняющий текст не отображается и в отдельную ячейку не выделяется. При вводе данных снятие флажка делает недоступным поле для ввода поясняющего текста и очищает список поясняющих текстов.

Флажком «Ответ прописными» задается способ контроля ответа, при котором вводимый текст ответа переводится в верхний регистр, и при контроле правильности ответа не делается различие между строчными и прописными буквами. При нали-

Рис. 2.41. Пример тестовой страницы с вопросом на ввод символов

152

чии флажка регистр контролируемого ответа проверяется, при отсутствии флажка игнорируется.

Флажком «Числа(зпт=тчк)» устанавливается способ контроля ответов, при котором символ « . » (точка) вводится как символ «,» (запятая), и при контроле правильности ответа-они не различаются. Обычно такой способ используется для контроля ответов, выражаемых десятичной дробью.

Значение чисел, указанных в полях ввода «Контроль», определяет номера символов, начиная с которых и заканчивая которыми проверяется совпадение эталонного ответа и ответа вводимого испытуемым. Стартовый номер символа указывается в левом поле и при тестировании отсчитывается от начала проверяемого слова. Конечный номер символа указывается в правом поле и при тестировании отсчитывается от конца слова.

При установке флажка «Контроль» ответ считается правильным, когда совпадают только те участки эталонного и контролируемого ответов, которые находятся в интервале от стартового до конечного номеров символов. Если флажка нет, то контролируется полное совпадение ответов.

Поле «Зеркало» воспроизводит символы, вводимые в поля ввода поясняющего текста и контролируемого ответа. Поле недоступно для редактирования.

Пример тестовой страницы с вопросом на позиционирование, включающей один столбец, в котором содержится семь полей для ввода символьных ответов, показан на рис. 2.41.

Проектирование вопросов на позиционированиеДиалоговое окно для проектирования вопросов на позицио-

нирование показано на рис. 2.42, и далее приводится краткое описание основных элементов управления диалогового окна, изображенных на рисунке и используемых для генерации тестовых страниц.

Раздел «Размер и цвет фона». Кнопки позиционирования увеличивают (уменьшают) размеры экрана в горизонтальном и вертикальном направлениях.

Поля X и Y отображают ширину и высоту экрана. Поля недоступны для редактирования.

Кнопка «Изменить цвет» вызывает стандартное диалоговое окно для выбора цвета. По результатам выбора устанавливается цвет экрана. По умолчанию задан цвет «прозрачный», что

153

II

Рис. 2.42. Диалоговое окно для проектирования вопросов на позиционирование

соответствует цвету фона, принятому для проектируемой HTML-страницы.

Шестнадцатеричный код цвета в RGB-формате отображается в поле цвета (недоступно для редактирования), и им окрашивается экран.

Раздел «Выбор рисунка». Раздел «Выбор рисунка» включает поле со списком файлов рисунков. Изменить список можно с помощью кнопок «Добавить» и «Удалить», запомнить - кнопкой «Запомнить».

154

После того как список файлов рисунков заполнен и сохранен, из него можно выбрать и поместить на экран любой из рисунков списка.

Раздел «Экран». Раздел «Экран» ограничивает участок экрана монитора, в пределах которого можно размещать и перемещать рисунки. При проектировании параметры экрана задаются в абсолютных величинах (цвет в шестнадцатеричном коде, размеры - в пикселах), в соответствии с ними генерируется участок HTML-страницы с графическим разделом теста.

Раздел «Перемещение». Переключатель «Грубо/Средне/Тонко» определяет дискретность перемещения рисунка при проектировании. Положение переключателя «Грубо» соответствует шагу 50 пикселов, «Средне» - 10 пикселов, «Тонко» - 1 пиксел.

Поля X и Y отображают числовые значения координат X (Y), определяющих положение левой (верхней) границы рисунка относительно левой (верхней) границы экрана.

Кнопки позиционирования позволяют перемещать рисунок в требуемую позицию с дискретностью, установленной переключателем «Грубо/Средне/Тонко».

Флажок «Клик мышью» разрешает или запрещает позицио-нирование рисунка с помощью мыши. Если флажок установлен, то при щелчке мышью на поле экрана активный рисунок переместится так, что его левый верхний угол будет совпадать с положением указателя мыши.

Раздел «Фиксирование». С помощью флажков «Запретить X» («Запретить Y») запрещается (флажок установлен) или разрешается (флажок снят) при тестировании перемещать рисунок в горизонтальном или вертикальном направлении относительно границ генерируемой HTML-страницы.

Флажками «Х/Граница» («Граница/Х») и «Y/Граница» («Граница/Y») устанавливается способ оценивания правильности ответа. Если флажок установлен, то границы, в пределах которых позиция рисунка считается соответствующей эталонному ответу, определены только справа (слева) или снизу (сверху).

Кнопка «Начало» фиксирует положение рисунка, в котором он отобразится при открытии тестовой HTML-страницы.

Кнопка «Конец» фиксирует положение рисунка, соответствующее эталонному ответу.

Если после слова «Начало» («Конец») в названии кнопки отобра-жается символ «*», то такая позиция рисунка уже зафиксирована.

155

В случае когда перемещения рисунка запрещены в любом из направлений, кнопка переименовывается и получает название *Начало=Конец». Как и ранее, символ «*■> в конце названия кнопки указывает на то, что положение рисунка уже зафиксировано.

Раздел «Показать». Кнопки «Начало» и «Конец» отображают на поле экрана монитора стартовое (после открытия тестовой HTML-страницы) положение всех рисунков в графической части теста и положение рисунков, которое соответствует эталонному ответу.

Раздел «Точность позиции». Кнопки «>» и «<» изменяют допуск на положение рисунков, засчитываемое как совпадающее с эталонным ответом. Максимальное значение допуска - 10 пикселов, минимальное - 1 пиксел.

Рис. 2.43. Пример тестовой страницы с вопросом на позиционирование

Пример спроектированной тестовой страницы, содержащей вопрос на позиционирование, показан на рис. 2.43.

Проектирование вопросов на подтверждениеПри проектировании вопросов на подтверждение правильности

альтернативного утверждения необходимо заполнить поля ввода диалогового окна (рис. 2.44) и установить переключатель «Истина/Ложь» в положение, соответствующее правильности приведенного в поле ввода вопроса утверждения.

156

Рис. 2.44. Диалоговое окно проектирования вопросов на подтверждение правильности альтернативного утверждения

Рис. 2.45. Пример тестовой страницы с вопросом на подтверждение

Пример тестовой страницы, содержащей вопрос на подтверждение, показан на рис. 2.45.

Проектирование вопросов на множественный выборПри проектировании вопросов на выбор ответа следует в

диалоговом окне проектирования (рис. 2.46) заполнить поле со списком ответов (используются кнопки «Добавить», «Удалить», «Изменить»). Для интерпретации введенного ответа как правильного необходимо установить флажок в строке списка, содержащей текст правильного ответа. Количество правильных ответов не ограничено, вплоть до того, что все ответы могут быть правильными (или неправильными).

157

Рис. 2.46. Диалоговое окно проектирования вопросов на выбор ответа

I Рис. 2.47. Пример тестовой страницы с вопросом на выбор ответа

Пример тестовой страницы, содержащей вопрос на выбор ответа, показан на рис. 2.47.

Проектирование вопросов на подстановку пропущенных слов или словосочетаний

На рис. 2.48 показано диалоговое окно проектирования вопросов на подстановку для случая, когда эталонный ответ мо-

158

жет содержать только одну строку, включающую от одного до трех пропущенных слов и фрагменты текста, отображаемые до и после пропущенных слов.

Рис. 2.48. Диалоговое окно проектирования вопросов на подстановку пропущенных слов или словосочетаний

Всего может быть не более пяти строк (до трех пропущенных слов, в каждой строке). Добавление очередной строки возможно только в случае, если в предшествующей ей строке заполнено, как минимум, первое из полей со списком синонимов эталонных ответов. Изменить количество проверяемых слов можно с помощью счетчика с пределами изменения от 1 до 5. Для регулирования значения счетчика используются кнопки.

Раздел «Фрагменты текста и пропущенные слова». Про-ектирование вопроса заключается в формировании фразы, вклю-чающей чередующиеся фрагменты текста и поля для ввода про-пущенных слов.

Фрагменты текста, подставляемые до и после пропущенных слов, записываются в соответствующих полях ввода.

Проверка правильности ответа оценивается по совпадению эталонных ответов с тем текстом, который будет при тестировании вводиться в поля для пропущенных слов. При этом эталонный ответ может включать эталонное слово с набором синонимов. Для каждой строки предусмотрено по три поля ввода эталонных слов со списком слов-синонимов (можно вводить только часть слова, по совпадению с которым делается вывод о правильности ответа). Чтобы добавить слово в список синонимов,

159

Рис. 2.49. Пример тестовой страницы с вопросом на подстановку

используется кнопка « + ». Удаляется слово из списка синонимов кнопкой *-».

Для того чтобы определить, как оценивать наличие приставки «не» перед пропущенными словами, используется переключатель «Не - обязательно/запрещено/безразлично». Если выбрано положение переключателя «не - обязательно», ответ будет считаться правильным только в случае, если вставляемое слово начинается с приставки «не» (при условии, что совпали соответствующие участки контролируемого и эталонного ответов). Выбор положения «не - запрещено», наоборот, наличие приставки «не» в начале вставляемого слова всегда будет интерпретировать ответ как ошибочный. Задание положения переключателя «не - безразлично» никак не будет оценивать наличие приставки «не» в начале вставляемого слова.

С помощью флажка «Регистр» задается способ тестирования, при котором вводимый текст ответа переводится в верхний регистр, и при контроле правильности ответа не делается различие между строчными и прописными буквами. При наличии флажка регистр контролируемого ответа проверяется, при отсутствии флажка - игнорируется.

На рис. 2.49 показан пример тестовой страницы с вопросом на подстановку.

Проектирование вопросов на упорядочиваниеДиалоговое окно для проектирования вопросов на упорядочивание

показано на рис. 2.50. Оно включает элементы управления для формирования списка фраз (с рисунками или без них), которые предполагается при ответе расставить в каком-либо предписанном порядке, и элементы управления для оформления внешнего вида проектируемой тестовой страницы.

160

Рис. 6.39. Диалоговое окно для проектирования вопросов на упорядочивание

Формирование списка упорядочиваемых фраз. Предписанные слова записываются в поле ввода и переносятся в список эталонного ответа с помощью кнопок «Добавить», «Удалить», «Изменить». Фразы в списке следует расположить в последовательности, соответствующей эталонному ответу.

Оформление внешнего вида тестовой страницы. Основной частью тестовой страницы является таблица с одним столбцом, который следует заполнить, расставив предписанные слова в определенном порядке.

Ширина столбца задается в процентах к ширине проектируемой тестовой страницы или в пикселах (в зависимости от положения переключателя «Единица измерения»). Числовое значение ширины столбца указывается в поле ввода «Ширина». Установить, будут ли ячейки столбца обрамлены рамкой, можно с помощью переключателя «Граница. Есть линии/Нет линий).

161

Рис. 2.51. Пример тестовой страницы с вопросом на упорядочивание

Пример тестовой страницы с вопросом на упорядочивание показан на рис. 2.51.

Проектирование вопросов с ключевыми словамиЧтобы создать тестовую страницу, в которой эталонные слова,

составляющие ответ на вопрос, могут находиться в любом месте контролируемой фразы, следует воспользоваться диалоговым окном для проектирования вопросов с ключевыми словами (рис. 2.52).

Раздел «Контролируемое количество слов в фразе». В раздел входит счетчик количества ключевых слов со списками синонимов. Изменение счетчика допустимо в диапазоне от 1 до 20 и осуществляется с помощью кнопок. Добавление очередного ключевого слова возможно только в случае, если задано предшествующее ему слово.

Раздел «Слова из фразы». Раздел предназначен для формирования на генерируемой HTML-странице фразы, включающей неупорядоченный набор ключевых слов. Максимальное количество ключевых слов - не более двадцати.

В разделе есть поле для ввода текста эталонного ответа, совпадение с которым любого из участков контролируемой фразы оценивается как правильный ответ.

162

Рис. 2.52. Диалоговое окно для проектирования вопросов с ключевыми словами

Кнопка «Синоним +» позволяет перенести текст из поля ввода эталонного ответа в список синонимов. Кнопка «Синоним -» удаляет строку из списка синонимов ключевого слова.

Переключатель «Недопустимость» указывает на то, как оценивать наличие в контролируемой фразе отрицания - перед или в начале ключевого слова. Он объединяет три флажка: 1. «Слова*. Наличие флажка указывает на то, что совпадение фрагмента контролируемой фразы с ключевым словом или его синонимом следует интерпретировать как правильный ответ. Если флажок не установлен, то такое совпадение считается недопустимым и ответ неправильным. 2. «Нет/ни». При наличии флажка ответ будет считаться правильным только в случае, если, кроме того что совпали участок слова из контролируемой фразы и ключевого слова или его синонима, в фразе перед этим словом стоит отрицание (введено любое из слов «нет», «не» или «ни»). При отсутствии флажка наличие отрицания перед со-впавшим словом считается недопустимым. 3. «Не*. Если флажок установлен, то ответ будет считаться правильным только в случае, если ключевое слово начинается с приставки «не» (при условии, что совпали соответствующие участки контролируемого и эталонного ответов). При отсутствии флажка, наоборот, наличие приставки «не» в начале вставляемого слова всегда будет интерпретировать ответ как ошибочный.

Флажок «Проверять регистр» задает способ контроля ответа, при котором вводимый текст ответа переводится в верхний

163

Рис. 2.53. Пример тестовой страницы с вопросом на ключевые слова

регистр и при контроле правильности ответа не делается различие между строчными и прописными буквами. При наличии флажка регистр контролируемого ответа проверяется, при отсутствии флажка - игнорируется.

Пример тестовой страницы с вопросом на ключевые слова показан на рис. 2.53.

Проектирование вопросов на исправление ошибок в текстеДля проектирования тестовых страниц, содержащих фрагмент

текста с ошибками, которые следует исправить, необходимо воспользоваться диалоговым окном для проектирования вопросов на исправление ошибок (рис. 2.54).

Диалоговое окно включает счетчик «Количество исправляемых фрагментов текста», с помощью которого устанавливается

Рис. 2.54. Диалоговое окно проектирования тестовых вопросов на исправление ошибок

164

необходимый набор фрагментов текста, содержащих ошибки. Изменение счетчика допустимо в диапазоне от 1 до 5 и осуществляется с помощью кнопок

Добавление очередного фрагмента текста возможно только в случае, если задан предшествующий ему фрагмент.

Раздел «Текст ответа». Раздел предназначен для формирования на генерируемой HTML-странице текста ответа, включающего поля ввода (от одного до пяти), в которых записаны слова или фразы, правописание которых следует проверить и исправить при наличии ошибок.

Флажок «Проверять регистр» задает способ контроля ответа, при котором вводимый текст ответа переводится в верхний регистр, и при контроле правильности ответа не делается различие между строчными и прописными буквами. При наличии флажка регистр контролируемого ответа проверяется, при отсутствии флажка - игнорируется.

Флажок «Проверять знаки препинания» устанавливает способ контроля ответа, при котором правильность расстановки знаков препинания может не контролироваться. При наличии флажка знаки препинания контролируются, при отсутствии флажка игнорируются.

В поля ввода «Эталонный ответ» и «Ответ с ошибками» за-писываются фразы из одного или нескольких слов, которые со-ответствуют правильному ответу и тексту, правописание которого предлагается проверить.

Поле «Дополнительный комментарий» предназначено для ввода текста, который будет дописан после поля ввода, содержащего ответ с ошибками.

Пример тестовой страницы с вопросом на исправление ошибок приведен на рис. 2.55.

Рис. 2.55. Пример тестовой страницы с вопросом на исправлениеошибок

165

Проектирование вопросов на последовательный выборПроектирование тестовых вопросов, предусматривающих

последовательный выбор целей, позиционируемых на рисунке, выполняется в диалоговом окне, показанном на рис. 2.56.

Диалоговое окно содержит следующие элементы управления и окна ввода:

- поля для ввода текста комментария, который визуализируется в нижней части тестовой HTML-страницы как комментарий к рисунку;

- список файлов с рисунками в форматах *.jpg и *.gif, которые можно выбрать для отображения при открытии тестовой HTML-страницы;

Рис. 2.56. Диалоговое окно проектирования тестовых вопросов на последовательный выбор

166

- кнопку «ОК», которая сохраняет результаты проектирования целей и сведения о выбранном рисунке.

Список «Цель №» включает строки с номерами занесенных целей и позволяет просматривать их параметры.

Кнопка «Добавить» вносит цель в список целей и позволяет запомнить параметры цели.

Кнопка «Удалить» исключает цель из списка целей. Удаляется та из целей, которая выбрана в списке «Цель №».

Переключатель « Грубо/Средне/Тонко» определяет дискретность перемещения рисунка при проектировании. Положение переключателя «Грубо» соответствует шагу 50 пикселов, «Средне» - 10 пикселов, «Тонко» - 1 пиксел.

Поле X отображает числовое значение координаты X, опре-деляющей положение цели относительно левой границы экрана. Имеет два окна - в верхнем окне отображаются значения, выраженные в пунктах, в нижнем - в пикселах.

Рис. 2.57. Пример тестовой страницы с вопросом на последовательный выбор

167

Поле Y отображает числовое значение координаты Y, опре-деляющий положение цели относительно верхней границы экрана. Имеет два окна - в верхнем окне отображаются значения, выраженные в пунктах, в нижнем - в пикселах.

Кнопки позиционирования позволяют перемещать рисунок в нужную позицию с дискретностью, установленной переключателем «Грубо/ Средне/ Тонко».

Кнопка «Запомнить» дает возможность запомнить заданные параметры целей и перейти к указанию правильного ответа.

Поле «Последовательность» отображает последовательность выбора цели, соответствующую правильному ответу. Цель указывается щелчком мыши непосредственно на поле рисунка. Задание целей возможно после нажатия кнопки «Запомнить».

Кнопка «Сброс» очищает поле «Последовательность» и позволяет перейти к повторному заданию последовательности выбора целей, соответствующей правильному ответу.

Пример тестовой страницы с вопросом на последовательный выбор трех позиций показан на рис. 2.57.

Проектирование вопросов на последовательность действийДля проектирования вопросов, устанавливающих правильную

последовательность выполняемых действий, используется диалоговое окно, изображенное на рисунке 2.58.

При проектировании вопросов в диалоговом окне размещены следующие элементы:

поля для ввода текста комментариев к кадру, который визу-ализируется при открытии тестовой HTML-страницы внизу кадра как комментарий к рисунку; - поле ввода допустимого количества неправильных кликов устанавливает максимально допустимое количество неправильных нажатий командных кнопок, при котором результаты тестирования обнуляются и считается, что по контролируемому вопросу дан неправильный ответ.

Раздел «Настройка кадров». Раздел предназначен для фор-мирования кадров, составляющих последовательность сменяемых изображений и комментариев к ним.

Кнопка «Добавить» добавляет кадр в список кадров, используемых при создании теста.

Кнопка «Удалить» исключает последний из кадров в списке кадров, используемых при создании теста.

168

Рис. 2.58. Диалоговое окно проектирования тестовых вопросов на последовательность действий

Поле со списком файлов рисунков отображает список файлов, содержащих рисунки в формате *.jpg и *.gif; в зависимости от положения переключателя «Стартовый рисунок/Кадр» -позволяет выбрать стартовый рисунок, который отображается при открытии тестовой HTML-страницы, или рисунок, помещаемый в кадр.

Переключатель «Стартовый рисунок/Кадр» устанавливает то место на HTML-странице, куда будет помещаться файл рисунка, выбранный в поле со списком файлов рисунков.

169

Раздел «Контроль времени». Раздел определяет, будет ли при тестировании выполняться контроль времени между нажатием командных кнопок. Если флажок установлен, то делаются доступными поле ввода «Штраф (клик)» и список «Время», значения которых определяют условия контроля времени нажатия командных кнопок и задаются режим контроля времени. Если флажок снят, то время нажатия командных кнопок не контролируется.

Поле ввода «Штраф (клик)» устанавливает размер штрафа, который накладывается в случае, если превышено время, отведенное на правильное нажатие очередной командной кнопки. Размер штрафа задается в кликах, которые засчитываются как ошибочные. Если время нажатия клавиш превышать нельзя, то размер штрафа устанавливается большим, чем значение, заданное в поле «Допустимое количество неверных кликов».

В списке «Время» указывается время, отведенное на нажатие очередной командной кнопки. Время отсчитывается с момента смены кадра до нажатия последующей кнопки. Если контролировать время нажатия данной кнопки не требуется, то текстовое поле списка «Время» должно оставаться пустым.

Раздел «Командная кнопка». Раздел позволяет сформировать внешний вид и надпись на командной кнопе.

Список «Командная кнопка» содержит названия команд, которые отображаются как надписи на командных кнопках. Для добавления строки списка необходимо ввести соответствующую надпись в поле ввода названия команды и нажать кнопку «Добавить». Для удаления последней строки списка следует нажать кнопку «Удалить».

Поле ввода названия команды (заголовка кнопки) предназначено для ввода названия команды, которое будет отображаться как надпись на командной кнопке. Для разделения надписи на строки следует записать последовательность спецсимволов *&#13;&#10;».

Переключатель «Длина х/хх/ххх» устанавливет габаритную длину командной кнопки: положение «х» - минимальная длина, положение «хх» - средняя длина, положение «ххх» - максимальная длина.

Переключатель «Высота h/hh/hhh» изменяет габаритную высоту командной кнопки: положение «h» минимальная вы-

170

Рис. 2.59. Пример тестовой страницы с вопросом на последовательность действий

сота, положение «hh» - средняя высота, положение «hhh» -максимальная высота.

Макет командной кнопки отображает внешний вид, в соответствии с которым командная кнопка будет отображаться на тестовой HTML-странице. Макет недоступен для непосредственного редактирования.

Пример тестовой страницы с вопросом на последовательность действий показан на рис. 2.59.

171

Г л а в а 3

Технологии проектирования учебно-методического обеспечения

3.1. Стандартные средства проектирования на основе WEB-технологий

3.1.1. HTML-технология

Основы проектированияОдной из основных составляющих дистанционного обучения является возможность удаленного общения со студентом с помощью средств связи. На современном этапе в качестве такого средства связи, как правило, используется доставка сообщений через глобальную или локальную сеть с использованием Internet или Intranet-технологий. В тех случаях, когда такой способ передачи является недоступным или нерациональным, технологии создания информационной базы дистанционного обучения основываются на общих с Internet (Intranet) принципах, а отличие заключается только в том, какой «транспорт» используется для одно- или двусторонней связи студента с вузом.

Internet - это глобальная компьютерная сеть, состоящая из множества других крупных и небольших сетей. Она объединяет локальные сети в единое целое и благодаря этому дает возможность для межмашинного обмена информацией. Intranet - ограниченная корпоративная сеть, использующая для передачи информации те же технологии, что и глобальная сеть, и часто являющаяся одной из ее составляющих.

При общей самостоятельности каждой из сетей, входящих в Интернет, все они пользуются объединенным информационным пространством и для связи друг с другом применяют единый

172

протокол обмена данными TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol), посредством которого организуется доступ к общим сетевым ресурсам. Самым распространенным ресурсом, благодаря которому стало возможным бурное развитие сетевых технологий, в том числе и для организации дистанционного обучения, является «всемирная паутина» - World Wide Web.

В основу World Wide Web (или просто Web) положена система гипертекста, когда часть текста одной страницы может служить ссылкой на другую страницу и одного клика мышью достаточно, чтобы перемещаться внутри страницы или открывать новую страницу. Связанные гипертекстовые страницы сгруппированы по общей тематике страниц и составляют при дистанционном обучении отдельные разделы информационного обеспечения.

Для проектирования гипертекстовых документов используется HTML - протокол (Hypertext Markup Language) и соответствующий ему язык разметки. Наличие такого языка, который к тому же стандартизован соответствующими соглашениями о поддержке основными участниками глобальной сети, позволяет создавать информационную базу дистанционного обучения, доступную для всех участников процесса обучения.

Гипертекстовая организация страниц обеспечивает эффективную работу с информацией даже в условиях относительно невысоких скоростей ее передачи по обычным телефонным линиям. Гипертекстовые страницы обычно небольшие по размерам и содержат многочисленные ссылки, благодаря которым пользователь получает возможность обращаться только к той информации, которая его интересует. Такая организация оказалась столь удачной, что в качестве ссылок стали использоваться не только текстовые части страниц, но и элементы мультимедиа (аудиосообщения, фото-, видеоизображения и т.п.). Как результат, на смену гипертекстовой организации Web-страницы приходит мультимедиаорганизация со своей динамикой и информационной насыщенностью.

Структура HTML-страницыОсновным объектом WEB-проектирования при создании ин-

формационной базы дистанционного обучения, основанной на HTML-протоколе, является HTML-страница. Это обычный текстовый файл, который содержит набор инструкций для

173

интерпретации внутри специально предназначенных программ - браузеров типа Internet Explorer, Netscape Navigator и др. После прочтения с сервера HTML-страницы браузер, установленный на компьютере пользователя, получает содержащиеся в инструкциях указания по форматированию текста, отображению графических элементов, элементов управления, других элементов, включенных в страницу, и приводит в соответствии с ними страницу к тому виду, который в конечном счете и отображается на экране монитора. Кроме того, HTML-страница содержит исходные тексты специальных программ, записанных на языках программирования Java или Visual Basic, которые также могут выполняться с помощью браузера.

ТегиДля того чтобы отличить инструкцию браузера от обычного текста,

ее заключают в угловые кавычки. Такая (заключенная в кавычки) часть HTML-страницы называется тегом. Теги обычно записываются попарно: первый тег определяет начало текста, с которого должны действовать содержащиеся в нем инструкции, второй тег указывает на окончание действия соответствующих инструкций. Внутри каждого из парных тегов записывается имя, по которому он отождествляется, и чтобы отличить конечный тег от начального, в нем записывается знак «/» (слеш). Например:

<Н1>ЗАНЯТИЕ 1</Н1> - отобразить текст «ЗАНЯТИЕ 1», за-ключенный в парные теги HI, как заголовок первого уровня.

Кроме того, начальный тег может содержать описание до-полнительных свойств, уточняющих действие инструкций. Если свойств несколько, то они отделяются друг от друга пробелом. Чтобы указать свойство, сначала записывается его полное имя (иногда сокращенное), а затем после знака «равно» - значение, которое оно должно принять. Тип значения является символическим, и поэтому лучше указывать его в одинарных (') или двойных (" или « ») кавычках (в некоторых случаях требуется записывать две открывающие и две закрывающие кавычки, и тогда можно использовать совместно одинарные и двойные кавычки). Но не будет ошибки, если при записи значения свойства, содержащего только символы английского алфавита (цифры или знак дефиса «-»), кавычки будут опущены.

174

Примеры:

• - расположить заголо-вок первого уровня по центру страницы;

- отобразить слова «Тема лекции» шрифтом красного цвета и размером 5.

Допускается одну пару тегов заключать внутри другой пары. В этом случае инструкции внешней пары будут распространяться и на заключенную в нее внутреннюю пару. Например, следующие инструкции, указанные тегами <U> (подчеркнутый шрифт), <В> (полужирное начертание):

приведут к тому, что текст отобразится полужирными и под-черкнутыми буквами (Тема лекции ).

При написании тегов строчные и прописные буквы не различаются, перенос строки распознается как пробел, а несколько подряд записанных пробелов воспринимаются как один. В связи с этим следующие записи являются равноценными:

СкриптыСкрипты представляют собой разновидность кода компьютерной

программы, используемой для придания динамики HTML-страницам. Такая программа обычно записывается в виде исходного текста с использованием соответствующих диалектов языков Visual Basic (VB-скрипты) или Java (Java-скрипты). Браузер воспринимает текст такой программы, интерпретирует его в команды компьютеру и позволяет таким образом реализовать различные сценарии работы со страницей.

Для включения скриптов в HTML-страницу предназначен специальный тег <SCRIPT>. В качестве параметров этого скрипта задаются свойства, уточняющие язык, используемый для про-граммирования сценариев. Следует также иметь в виду, что некоторые браузеры не могут реализовать программный код, записанный с помощью скриптов, и выводят его как обычный текст. Поэтому правильным будет записать содержимое тега <SCRIPT>

175

в виде комментария, который не станет воспроизводиться в случае, если браузер не воспринимает записанный программный код, и в то же время позволит реализовать предусмотренный сценарий в соответствующем браузере. Для комментирования программного кода здесь используется сочетание знаков в начале комментария и

в конце комментария.В приведенном ниже примере показано, каким образом лучше

всего включить в HTML-страницу программный код сценария, написанного на диалекте языка Visual Basic (сценарий пре-дусматривает обработку события, происходящего при нажатии кнопки ButtonDL с помощью событийно-ориентированной процедуры ButtonDL_onclick):

Содержание страницыМинимальная структура HTML-страницы включает следующие

обязательные теги (если они отсутствуют, то браузер подставляет их автоматически):

Если с помощью любого текстового редактора создать файл с записью перечисленных тегов, вместо слов «Содержательная часть» привести, например, содержание текстовой части конспекта лекции и присвоить файлу расширение .htm или .html, то такой файл начнет распознаваться браузером как страница HTML, его можно разместить на любом сайте, и тогда он будет доступен всем участникам сети Интернет.

176

Как видно из приведенной схемы, обязательная структура страницы включает две части - заголовок (заключен между тегами <HEAD>) и тело (внутри тегов < BODY ■).

В теге <TITLE> , записанном внутри заголовка, задается имя страницы. Оно отображается в названии окна браузера, в котором выводится данная страница, и, кроме того, используется многими поисковыми системами Интернет для определения тематического содержания страницы при поиске нужной информации.

Кроме тега <TITLE>, в заголовке могут присутствовать и другие теги. Это теги: <BASE> - задает абсолютный адрес ссылок на URL; <МЕТА > - включает специальную информацию о редакторе, в котором создавалась страница, о сроке ее действия и т.п.; <LINK> - содержит информацию о связях страницы с другими страницами, а также некоторые другие.

Часть документа, заключенная в тег <BODY->, охватывает содержательную часть страницы. Здесь размещается та информация, которая должна быть отображена на HTML-странице. Текст, написанный здесь, будет отображаться в окне браузера с учетом тех инструкций, которые сформированы в тегах или скриптах. При написании текста следует учитывать, что несколько подряд написанных пробелов будут отображаться как один пробел. Чтобы задать пробел явно, следует использовать специальные инструкции. Например, записанный в-тексте набор символов &nbsp будет воспроизводиться как пробел, а если записать их несколько, разделив знаками *;», то можно задать любой отступ (следующий набор символов отобразится как три расположенных последовательно друг за другом пробела -&nbsp;&nbsp;&nbsp). Кроме того, признак конца строки, который обычно формируется в текстовых редакторах при нажатии клавиши «Enter», также будет восприниматься как пробел.

Если необходимо использовать теги скриптов, которые должны реализовать какой-либо сценарий, то их можно включить в любое место страницы. Однако если сценарием предусмотрены изменения страницы до ее загрузки в браузер, тогда теги скриптов следует поместить перед открывающим тегом <BODY>. В этом случае на большинстве браузеров одновременно с загрузкой будет выполняться программный код, который не включен в процедуры обработки событий, и после окончания загрузки страница отобразится в соответствии с предусмотренными сценарием изменениями.

177

Использование тегов форматирования текста Заголовки. Теги Н1-Н6Различают шесть стилей заголовков от H1 до Н6, отличающихся по

высоте шрифта (H1 - самый крупный).Для дополнительного форматирования текста в этих тегах обычно

используются свойства align и style.В соответствии со следующим примером текст «Список групп»

будет записан как заголовок второго уровня, расположенный по центру страницы, и для его написания станет использоваться шрифт sans-serif красного цвета:

Разделение на строки и абзацы. Теги BR, Р, HRДля выделения из сплошного текста отдельных строк и абзацев

используются теги <BR>, <P>, <HR>.<BR> - выделение строки без разделения на абзацы. Это непарный

тег. Для его применения достаточно в конце строки записать один тег <BR>, и продолжение текста начнется со следующей строки. При этом будет сохранен действующий в абзаце межстрочный интервал.

<Р> - выделение абзаца. Текст внутри тегов <Р></Р-> группируется в отдельный абзац и отделяется от другой части текста увеличенным межстрочным интервалом.

<HR> - вставляет горизонтальную разделительную линию, проходящую через всю страницу. Также является непарным тегом.

Например, если использовать такое сочетание тегов:

то текст на странице станет выглядеть следующим образом:

Строка 1 Строка 2 Строка 3

Форматирование текста. Теги FONT, В, I, U, S, SUB, SUP, BIG, SMOL, CENTER, BLOCKQUOTE, Oh, UL, LI

Тег <FONT> наиболее часто используется для комплексного форматирования текста на HTML-странице благодаря тому, что обладает набором свойств, с помощью которых можно изменять

178

вид (свойство face), размер (size) и цвет (color) шрифта, которым отображается текст.

Например, задание следующих свойств приведет к тому, что текст отобразится в соответствии с типом «fantasy» размером 12 и желтым цветом:

<FONT size=l2 face=fantasy color=Yellow Текст- /FONT>

Кроме тега <FONT>, для форматирования текста обычно используются теги, которые устанавливают следующие варианты отображения текста:

<B> - - полужирное написание; <I> - курсивное написание; <U> - текст подчеркнутый; <S> - текст зачеркнутый; <SUB> - нижний индекс; <SUP> - верхний индекс;<BIG> - увеличение шрифта текста на один размер; <SMOL> - уменьшение шрифта текста на один размер; <CENTER> - центрирование HTML-элементов относительно страницы;<BLOCKQUOTE> - добавление отступа в тексте; <OL>, <UL> - преобразует строки текста, помеченные тегами; <LI> - соответственно нумерованный и маркированный списки.

Пример комплексного использования тегов форматирования текста:

Результаты их применения, отображаемые на странице:

Текст1 Текст2 ТекстЗ Текст4 текст5 . Текгт6Текст7 Текст8 ТекстЭ Текст101.Текст 112.Текст 123.Текст 13

179

Свойства элементов HTML-страницИспользование тегов можно существенно разнообразить и

настроить наилучшим образом на работу в браузере, если правильно задать значения их свойствам. В настоящее время свойства тегов весьма разнообразны, и с каждым новым стандартом HTML число их увеличивается. При этом есть специфические, редко используемые свойства, и общие, часто используемые во многих тегах. Обычно разработчик программ дистанционного обучения использует в качестве инструментария ограниченный набор свойств, с помощью которых настраивает страницы электронных учебных средств для наилучшего усвоения изучаемого материала. К применению ограниченного набора свойств тегов направлено и требование единообразия в оформлении страниц, что также способствует повышению качества усвоения материала и улучшает внешний вид создаваемых программ.

Проектирование таблицСледующие теги определяют возможности построения таблицы:

<TABLE> - выделяет часть страницы под построение таблицы;<CAPTION> - задает текст заголовка;<TR> - определяет строку таблицы;<TD> - определяет ячейку таблицы;<ТН> - определяет строку заголовка (выровненную по центру инаписанную полужирным шрифтом).

Помимо общих свойств тегов при формировании таблиц до-полнительно могут быть использованы свойства, которые изменяют размеры ячеек, задавая их высоту или ширину кратной соответственно числу строк или столбцов.

Пример записи тегов (свойства width и border тега <TABLE> задают ширину таблицы и границы ячеек, свойство <colSpan> и <rowSpan> - размеры ячеек):

180

Использование фреймовДля создания фреймов (нескольких самостоятельных HTML-

страниц, внедренных на общую страницу) используются теги < FRAMESET> и < FRAME>. Тег <FRAMESET> выделяет в общей странице разделы (размеры разделов задаются свойствами cols -колонки или rows - строки), а тег < FRAME> уточняет содержание выделенных разделов (свойством src, которым указывается адрес внедряемой страницы). Остальные свойства этих тегов уточняют внешний вид создаваемых фреймов и их поведение.

Тег <NOFRAMES> служит для альтернативного отображения страницы с фреймами в браузерах, которые их не поддерживают.

В приведенном ниже примере формируется страница согласно схеме на рис. 3.1. При этом двумя тегами <FRAMESET> страница разбивается сначала на два вертикальных раздела I и II, а затем раздел II делится горизонтально на дополнительные разделы 2 и 3, образуя, таким образом, в общей сложности три

В результате имеем таблицу:

Рис. 3.1. Схема разбиения

181

раздела I, 2 и 3. В эти разделы тегами <FRAME> - подставляются соответствующие страницы, сохраненные в файлах page1, page2, page3 (свойства в этих тегах задают: border=«1» - ширину разделительного бордюра между фреймами, scrolling= «по» -запрещает появление скроллинга).

Кроме того, в примере предусматривается возможность ото-бражения (в случае необходимости) страницы с предупреждающей надписью о невозможности отображения фреймов. Для этого используется тег <NOFRAMES >:

Применение закладок и гиперссылокТег А определяет гиперссылку на элемент, расположенный на

данной или другой странице. Возможна одна из двух следующих конструкций:

При этом для адресации на закладку следует отделять адрес от имени закладки с помощью разделительного знака *#». Например:

или, если устанавливается гиперссылка на страницу,

182

Слово «текст» в обоих случаях отобразится на странице в соответствии с принятыми правилами форматирования гиперссылок (по умолчанию используется синий подчеркнутый шрифт). Если щелкнуть мышью на этом слове, то в первом случае страница dlpage.htm будет прокручена до места, где находится закладка «Info», во втором- загрузится новая страница, расположенная по адресу http://www.qwerty.com/dl/index.htm.

При использовании гиперссылок для адресации к ссылкам на страницы одного сайта рекомендуется выполнять относительную адресацию. В этом случае указывается не полный путь к странице, на которую делается гиперссылка, а относительный, в котором задается только расположение страницы - адресата относительно исходной страницы. Например, запись:

означает, что страница main.htm расположена в том же каталоге, что и страница, из которой делается гиперссылка. Аналогичная запись:

предусматривает гиперссылку на страницу, которая находится в папке Pages, а эта папка находится в той же папке, что и исходный файл, содержащий тег <А>.

При наличии на странице нескольких фреймов, каждый из которых, в свою очередь, содержит аналогичные страницы, орга-низовать гиперссылки между ними позволяет свойство target, которому придается значение имени адресуемого фрейма, например:

Вставить в гиперссылку комментарий (поясняющую надпись, которая воспроизводится, если к тексту гиперссылки подвести указатель мыши) позволяет свойство title. Пример использования свойства title:

Вставка рисунков и элементов мультимедиаПростейшим способом, с помощью которого можно «оживить»

текст HTML-страницы, является вставка движущихся

183

строк с помощью тега - <MARQUEE>-. Как и большинство других тегов, он может включать внутри своей пары теги вставляемых в страницу элементов, например картинок, заставляя их двигаться. При этом набор свойств тега позволяет разнообразить характер перемещения вставленных элементов, изменяя направление движения, его периодичность и траекторию.

В приведенном ниже примере в бегущую строку вставляются две строки текста («Строка 1» и «Строка 2»), которые будут перемещаться относительно границ страницы. Значения свойств задают возвратно-поступательный характер движения (behavior= «alternate»), скорость движения (scrollamount=«12») и направление движения сверху вниз (direction=up):

Тег <BGSOUND - используется для вставки фонового звука, который будет звучать при открытии страницы, непрерывно повторяясь или установленное число раз, что задается числом в свойстве loop (если значение свойства равно -1, то звуковое сопровождение звучит непрерывно). При этом можно использовать не только традиционные аудиофайлы (.wav, .asf), но и большинство других, содержащих аудиозвучание (видеофайлы, HTML-страницы, графические файлы). Однако достигнутый в последнем случае эффект может быть несколько искажен, т.к. помимо звуковой дорожки часто воспроизводится и весь файл целиком, причем его предваряет заставка приложения, воспро-изводящего файл.

Пример использования тега <BGSOUND> для вставки звукового файла voicedl.wav в качестве фонового звукового сопровождения, которое прозвучит дважды:

Аналогичные причины в какой-то мере сдерживают и возможности применения тега <EMBED>. Он позволяет внедрить документы любого типа для просмотра соответствующим приложением. Однако, как и для тега <BGSOUND>, перед собственно просмотром элемента мультимедиа могут отображаться заставки приложений, которые его воспроизводят. Чтобы этого не произошло, нужно предпринимать дополнительные меры, которые такие заставки отключили бы. Кроме того, возможен ва-

184

риант, когда необходимого приложения не будет на компьютере пользователя, и тогда соответствующий файл не воспроизведется совсем.

Пример вставки в страницу видеофайла dlfilm.avi: ■Чтобы поместить на страницу графическое изображение,

используется тег <IMG>. Большинство браузеров распознают и вставляют рисунки, созданные в форматах .gif и .jpg. Поэтому, хотя имеется возможность вставлять рисунки не только этих, но и некоторых других форматов, для вставки обычно пользуются только ими. Тем самым повышается вероятность правильного отображения страницы со всеми включенными в нее картинками. По этой же причине крайне редко используется тег < IMG> и для вставки видеоизображений.

Пример использования тега <IMG> (вставляется рисунок из файла picturedl.jpg, который находится в папке image):

Формы и элементы управленияТеги, предназначенные для внедрения в HTML-страницу форм и

элементов управления, создают объекты, по своему внешнему виду и назначению во многом напоминающие аналогичные стандартные элементы, применяемые при создании приложений средствами визуального программирования.

При этом наибольшей универсальностью обладает тег <INPUT>, который, благодаря возможности конкретизировать вид внедряемого элемента изменением значений свойства «type», позволяет внедрять объекты типа кнопка (type= «button»), переключатель (type=«radio»), флажок (type= «checkbox»), изображение (type= «image»), текстовое поле (type=«text»), а также специализированные поля для ввода пароля (type-«password»), поиска и ввода имени файла type=«file», отправки (type=«submit») или очистки формы (type=«reset») и некоторые другие.

Примеры:

Остальные теги этого тина обладают меньшей универсальностью, и каждый из них создает только по одному объекту.

185

Тег BUTTON- внедряет на страницу элемент «Кнопка». Он дублирует возможности тега <INPUT> и, кроме того, позволяет вводить в тег не только текст с названием кнопки, но и другие элементы. Например, следующая запись в теле страницы создаст на кнопке двухстрочную запись с картинкой из файла imagedl.jpg в верхней строке и названием кнопки «ButtonDLOK» в нижней строке. Этой же записью кнопке будет поставлена в соответствие

«горячая» клавиша «X»:

Другие функции тегов:<LABEL> - создает надпись;<SELECT> - внедряет поле со списком или выпадающий список;<OPTION > - обозначает одну из альтернатив в элементе SELECT;<FIELDSET> - объединяет рамкой несколько элементов;<LEGEND> - создает надпись для рамки;<TEXTAREA> - задает поле ввода, состоящее из нескольких строк;<FORM> - описывает форму, которая может содержать другие

элементы управления.Ниже приведен комплексный пример использования тегов для

создания элементов управления, а на рис. 3.2 показан внешний вид формы, которая отобразится в окне браузера:

<FORM><FIELDSET><LEGEND>TeKcm легенды</LEGEND><TEXTAREA rows=3> </TEXTAREA><SELECT size=3><OPTION>CmpoKa </OPTION>

Рис. 3.2. Форма с элементами управления

186

Изменение стандартных стилей и применение таблиц стилейСтили обычно используются для придания единообразия всем

страницам одной темы, раздела или всех разделов дисциплины. Стили можно переопределить в случае, когда их стандартные значения не могут обеспечить нужного внешнего вида страницы или требуется усилить выразительность какого-либо ее участка.

Каждый элемент HTML имеет свой набор свойств, задающих его внешний вид и поведение. Все они объединены в подмножестве Style. Доступ к этим свойствам можно получить дву мя путями: через общепринятый набор описаний для элемента или через таблицу стилей (возможно также программированием на VBScript или Jscript).

Для изменения стиля, установленного по умолчанию, достаточно в открывающий тег добавить свойство Style и присвоить ему необходимые значения.

Задаваемые значения записываются как одна символьная переменная и поэтому должны быть заключены в кавычки. При этом фактические значения новым атрибутам стиля указываются через знак «:» (двоеточие), а если атрибутов несколько, то они перечисляются через точку с запятой. Например, свойствам тега <Р> присваиваются значения color = red; font-family = serif:

Если таким образом изменить свойства тега, включающего в себя несколько разнородных элементов, то сделанные установки будут распространяться на каждый из входящих в него элементов, кроме тех тегов, где явно задаются другие значения этому же свойству. Например:

Для тега <BODY>, который заключает все содержание тела страницы, устанавливается размер шрифта 24рх. Шрифт такого

187

размера будет использован для написания текста внутри всех тегов, расположенных на странице и не имеющих дополнительного форматирования размера шрифта.

Чтобы изменить стандартно предопределенный стиль тега, а затем использовать новые значения стиля как значения по умолчанию, следует записать специальный тег <STYLE> и в нем определить новые значения свойств. Синтаксически такая запись должна начинаться с указания тега, для которого переопределяются свойства. Затем следует открыть фасонные скобки и в них задать свойства, перечисляя их через точку с запятой. Например,

Здесь переопределены свойства тега <H1> (установлено, что текст в теге должен отображаться подчеркнутым и иметь размер 12 пикселов). Как следствие, весь текст, заключенный на странице в теги <Н1>, будет записываться шрифтом, отличным от стандартного.

Ниже приведен комплексный пример, иллюстрирующий различные варианты изменения стилей тегов.

Когда требуется для одного и того же тега использовать аль-тернативные значения свойств, необходимо задать их в соответ-ствующих классах свойств, а затем использовать по мере необ-ходимости. В следующем примере таким образом определены альтернативные свойства тега H1. Обращение к нужному классу свойств осуществляется через имя класса (в примерах DL1 и DL2). Например:

188

Аналогичным образом можно придать новые значения не одному, а сразу нескольким тегам. Такой набор переопределений, заключенный в теге <STYLE>, образует таблицу стилей.

Например, запись:

придает новые значения свойствам сразу двух стандартных тегов <Н1> и <Н2>. Сделанные здесь установки будут действительны для всех случаев использования этих тегов, на данной странице.

Таблицу стилей можно разместить в любом месте HTML-страницы, но лучше, если ее записать вне тела страницы и дополнительно заключить внутри знаков комментариев, тогда она не отобразится в браузере, который не поддерживает такие таблицы.

В примере таблица стилей записана в заголовке страницы и закомментирована. В ней установлено, что весь текст в теле страницы нужно писать курсивом (значение italic для свойства тега <BODY>), кроме специально оговоренного тега <Р>:

189

Часто бывает полезным таблицу стилей выделить в отдельный файл и использовать ее во всех страницах учебного курса. Для этого следует создать обычный текстовый файл (с любым расширением, но предпочтительнее задать расширение .css, т.е. определить, что это иерархические стилевые таблицы - Cascade Style Sheets). Внутри файла записать необходимые значения свойств тегов, указывая, как обычно, название тега и в фигурных скобках - характеристику его свойств. Остальные элементы таблицы стилей следует опустить, т.е. файл должен содержать только инструкции для описания свойств тегов. Например:

Для подключения файла с таблицами стилей необходимо в проектируемой странице сделать соответствующую ссылку, на пример, указав в ее заголовке:

где <LINK> означает, что к текущей странице подключается элемент, <REL> и <TYPE> описывают элемент как стилевую таблицу, a <HREF> содержит адрес, по которому находится файл styledl.css с таблицей стилей.

Далее можно использовать новые определения, заданные в файле с таблицами ссылок как в текущей, так и любой другой вновь проектируемой странице.

Использование событий и методовИспользование событий и методов позволяет организовать

обратную связь, благодаря которой появляется возможность правильно реагировать на те или иные действия пользователя. Примерами действий, опознаваемых как события, являются открытие страницы, нажатие клавиши на клавиатуре, одинарный, двойной клик мыши или просто ее перемещение и т.д. Большой набор событий, как правило, порождается и элементами управления, внедренными на странице.

Для программирования действий, которые компьютеру не-обходимо выполнить в ответ на произошедшее событие, созда-

190

ется программный кол. Этот программный код фиксируется на HTML-странице в виде специальных событийно-ориентированных процедур, записанных на языках программирования Visual Basic или Java. Событийно-ориентированные процедуры," в свою очередь, размещаются внутри парных тегов <SCRIPT>. Программный код из таких процедур начинает выполняться в ответ на соответствующее событие, которое произошло как результат действия пользователя или компьютера. Чтобы упростить программирование, в языке программирования Visual Basic предусмотрены встроенные процедуры, включающие заранее спроектированный программный код. Такие встроенные процедуры называются методами.

Благодаря новым качествам, обеспеченным современными стандартами для HTML-страниц, имеется возможность осуществить доступ не только к обычным элементам управления и их свойствам, но и к практически любым элементам, расположенным на странице. Это достигается с помощью идентификаторов, которые задаются для тега. Они обеспечивают распознание элементов и используются для их отождествления с одноименными событиями. Далее события обрабатываются традиционным способом с помощью программного кода, записанного в соответствующие событийно-ориентированные процедуры.

Для задания идентификатора достаточно в открывающем теге элемента задать значение свойству «ID», которое в дальнейшем и служит для отождествления данного элемента. Затем следует написать процедуру обработки события, поместив ее в разделе страницы, который ограничен тегом <SCRIPT •.

Например, приведенный ниже фрагмент страницы позволит обратиться к тексту тега <Р> по его идентификатору ID=«DL» и вызвать с помощью процедуры DL_onclick диалоговое окно «ОК» в случае, если кликнуть мышью на любом участке строки «Фрагмент текста»:

191

Синтаксис событийно-ориентированной процедуры (исполь-зуется только в теге • SCRIPT •):

Вызвать событийно-ориентированную процедуру можно двумя способами. Первый способ заключается в том, что название процедуры указывается явным образом. Для этого в теге в качестве свойства задается одноименное событие и ему присваивается значение, которое совпадает с именем вызываемой процедуры.

Например, чтобы вызвать выполнение процедуры DLStr при щелчке мыши на тексте «Строка текста» в теге <P>, следует сделать запись в соответствии со следующим фрагментом страницы:

Второй способ использует предопределенные имена процедур, которые установлены для тех или иных событий. В этом случае для создания процедуры используется имя, сформированное из двух частей - идентификатора тега и названия события. Они объединяются в имя процедуры с помощью знака подчеркивания («_») .

Например, действия, предусмотренные в приведенном выше примере, по этому способу можно реализовать следующим образом:

192

End Sub-></SCRIPT -

Использование методов облегчает проектирование событийно-ориентированных процедур, так как они дают возможность выполнить комплексные программные действия написанием минимального числа строк кода. Для обращения к методам необходимо указать имя объекта, через точку - название метода, а затем если есть, то перечислить параметры.

В следующем примере создаются две страницы: dl page2.htm и dl page3.htm, которые поочередно вызывают друг друга в одном и том же окне браузера.

На странице dl_page2.htm созданы две кнопки. Кнопка ButtonDLl загружает в окно страницу di page3.htm, а кнопка ButtonDL2 выгружает текущее окно.

На странице di_page3.htm с помощью тэга <H1> записан текст «ЗАГОЛОВОК», созданы кнопка ButtonDL и таблица с четырьмя ячейками, в каждой из которых вставлено слово «Текст» с порядковым номером ячейки. Если выделить слово «ЗАГОЛОВОК» двойным кликом мыши (такую инструкцию содержит диалоговое окно, которое открывается методом alert), то произойдет событие ondblclick, которое станет обрабатываться соответствующей процедурой IDH1DL ondblclick. В результате методом clear выделение будет удалено, и методом click программно нажмется кнопка ButtonDL. После автоматического (программного) нажатия кнопки произойдет событие onclick. Как результат выполнения его событийно-ориентированной процедуры ButtonDL onclick, в таблицу вставится ячейка (метод insertCell) и удалится строка (метод deleteRow). В завершение процедуры кнопка потеряет фокус (метод blur), и затем повторно загрузится страница dl_page2.htm (метод back).

Во всех перечисленных случаях обращение к элементу осу-ществляется или через его имя (для кнопки), или через идентификатор (для заголовка, ячейки и строки).

193

194

Программное изменение страницСтраница, на которой отдельные участки текста выделены разным

шрифтом (и тем самым визуально подчеркнуто их смысловое содержание), как правило, более информативна, и усвоение материала, изложенного на такой странице, происходит быстрее. Еще лучшего результата можно достигнуть, если изменять оформление наиболее важных частей текста динамически, тем самым заставляя пользователя фиксировать свое внимание на особо важных частях текста. Например, таким образом можно выделить основную мысль темы, определить вариант задания, подчеркнуть особые требования к оформлению работы и т.д.

Чтобы изменить стиль динамически, в зависимости от назначения, выделения или конкретной ситуации, потребовавшей по-новому представить написанный текст, следует предусмотреть соответствующие инструкции в событийно ориентированных процедурах, обрабатывающих определенные события.

В приведенных ниже примерах показано, каким образом можно программно изменить шрифт текста, взаимное расположение отдельных участков текста и переместить текст в новую позицию.

Пример динамического изменения размера и цвета шрифта. В данном примере страница содержит строку текста «Пункт меню». Если к ней приблизить указатель мыши, то размер шрифта увеличится и отобразится красным цветом. При удалении указателя от строки параметры ее шрифта вернутся в исходное состояние.

Для достижения требуемого эффекта в теге <SCRIPT> записаны две процедуры: onmousemove (обрабатывает событие - мышь подведена к элементу) и onmouseout (обрабатывает событие -мышь отведена от элемента). В каждой из процедур записаны инструкции, по-разному форматирующие шрифт текста. Чтобы сопоставить процедуру с элементом, использован идентификатор IDPDL, которым отождествляется тег <Р>.

195

Пример изменения взаимного расположения текстов.Пример показывает оформление страницы, на которой две строки взаимно перекрывают друг друга, и если щелкнуть мышью в любом месте страницы, то их взаимное расположение изменится (рис. 3.3).

Первоначальное положение каждой из строк и их взаимное перекрытие задаются на участках страницы, которые выделены с помощью тегов <DIV>. Для изменения положения строк в объеме (в терминах «ближе - дальше») динамически изменяется значение свойства zlndex, для чего предусмотрены соответствующие инструкции в процедуре document_onclick.

Рис. 3.3. Изменение перекрытия строк

196

Пример динамического позиционирования текста. В данном примере страница содержит текст заголовка «Строка 1» (в теге <Н1>) и кнопку ButtonDL. При нажатии на кнопку текст заголовка смещается вниз и при достижении определенного нижнего уровня возвращается в исходную позицию:

Использование фильтровФильтры преобразовывают расположенные на странице строки

текста или графические элементы, накладывая на них различного рода визуальные эффекты. Их применение в основном связано с улучшением зрелищного восприятия страницы. С помощью фильтров можно создать эффект движения, изменить уровень прозрачности, зеркально отобразить страницу или ее часть и т.д.

197

Обоснованное применение фильтров может не только улучшить зрелищность страницы (что само по себе немаловажно), но и придать ей большую выразительность и информативность. Например, плавно «растворяя» текст, содержащий название темы, и заменяя его постепенно проявляющимся текстом с перечнем вопросов, включенных в тему, можно сконцентрировать внимание на этой части страницы, и одновременно украсить страницу визуальным эффектом.

Фильтры, предназначенные для создания визуальных эффектов, делятся на статические и динамические. Статические фильтры, как следует из их названия, не имеют протяженности во времени. Они определенным, предусмотренным данным фильтром способом сразу заменяют одно изображение элемента страницы на такое же, но искаженное. Динамические фильтры управляют изменением элемента во времени. Они задают определенный способ появления или исчезновения элемента на странице, а также предопределяют различные варианты перехода одного элемента в другой.

Статические фильтры. В настоящее время предусмотрено 14 статических фильтров, которые по-разному преобразуют элементы страницы. Название фильтров и их краткая характеристика приведены в табл. 3.1. Там же указаны параметры, которые могут быть использованы в фильтре.

Синтаксис:

filter = «фильтр 1(параметр 1 - значение, параметр2 - значение...) фильтр2(параметр1 = значение, параметр2 - значение...)...»,

где фильтр - название фильтра (см. табл. 3.1); параметр - название параметра;значение - значение параметра (обычно числовое значение, за-дающее уровень от 0 до 10 или 100 и реже строковое или логи-ческое).

Если необходимо включить в одну инструкцию сразу несколько статических фильтров, то они отделяются друг от друга пробелом, а параметры по каждому фильтру записываются в скобках и перечисляются через запятую.

На рис. 3.4 показан фрагмент страницы, иллюстрирующий применение фильтров fliph и alpha. С помощью фильтра fliph рисунок отображается зеркально относительно вертикальной оси. Фильтр alpha изменяет прозрачность рисунка.

198

Таблица 3.1. Статические фильтры

Рис. 3.4. Статические фильтры

199

Для достижения подобного эффекта в приведенном ниже тексте страницы предусмотрены инструкции в процедурах ButtonDLl onclick и ButtonDL2_oiiclick. Они задают использование соответствующих фильтров. Кроме того, для отмены действия фильтров предусмотрена процедура ButtonDL3 onclick.

Динамические фильтры. Динамические фильтры управляют различными способами появления, исчезновения или взаимозамещения элементов на странице. Всего таких способов двадцать три.

В следующем примере приводится текст страницы, которая позволит исследовать различные эффекты плавного замещения одного варианта текста другим с помощью каждого из двадцати трех динамических фильтров.

Номер применяемого фильтра задается значением переменной i. Для изменения фильтра используется счетчик, который увеличивает значение переменной i от 0 до 23. Чтобы вызвать чередование видимых участков текста, процедурой ButtonDL onclick предусмотрены проверка и изменение свойств visibility соответствующих участков, помеченных идентификаторами FilterDLl

200

и FilterDL2. В случае если один из них виден, то другой делается невидимым, и наоборот. Кроме того, в процедуре Window_onload. инструкции которой выполняются при открытии страницы, предусмотрено «гашение» одного из текстов с тем, чтобы и в начале работы со страницей не визуализирова лись бы одновременно оба участка текста. Скорость замены одного текста другим (время действия фильтра) является постоянной и задается методом play в процедуре ButtonDL onclick.

201

Управление содержанием страницыПри разработке HTML-страницы часто возникает необходимость

составить ее таким образом, чтобы иметь возможность динамически отреагировать на те или иные действия пользователя и в соответствии с ними изменить содержание страницы в целом или ее части. Стандартами HTML предусмотрено несколько специальных методов динамического изменения содержания страницы.

Переписывание содержания страницы с помощью метода write. Метод write объекта Document дает возможность полностью заменить одно содержание HTML-страницы другим. Его использование предполагает, что все составляющие страницы, входящие как в ее тело, так и в заголовок, будут переписаны. При этом перезапись идет построчно, и каждая строка, определяющая новое содержание страницы, указывается в отдельной инструкции, которая содержит обращение к методу write и строковую переменную с новым содержанием страницы. Такая переменная указывается как параметр метода и поэтому записывается в скобках, а поскольку является строковой, то заключается в кавычки.

Наряду с тем, что метод write обладает мощными средствами обновления содержания страницы, его использование не вызывает затруднений и становится очевидным из приведенного ниже примера. В нем при нажатии кнопки ButtonDL происходит полная замена содержания страницы (включая саму кнопку). Для такой замены в состав событийно-ориентированной процедуры ButtonDL_onclick введены инструкции, использующие метод write для построчной записи нового содержания. Переписанная страница будет включать текст «Строка1», поле

202

ввода «TextDL» и иметь новый заголовок «Страница переписана», который отобразится в окне браузера.

Изменение отдельных элементов страницы. Свойства innerText, outerText, innerHTML, outerHTML. Свойства innerText, outerText, innerHTML, outerHTML позволяют изменить отдельные элементы страницы. Причем эти изменения могут включать как текст элемента (свойства innerText и outerText), так и любой текст или код, входящие в соответствующий тег (свойства innerHTML и outerHTML). Кроме того, учитывая, что существует специальный тег <DIV>, который огра-ничивает целые области страницы (вместе со всеми находящимися там элементами), имеется возможность в одной инструкции изменить не один, а сразу несколько элементов страницы. Таким образом, практически любую часть страницы можно заключить в тег <DIV> и переписать заново. При этом если используются свойства innerText или innerHTML, то редактируется часть страницы между двумя одноименными крайними тегами,

203

а если свойства outerText и outerHTML, то в редактируемую область включаются в том числе и теги, ограничивающие выделяемую область.

В примере, иллюстрирующем рассматриваемую здесь возможность редактирования части страницы, показано, каким образом с помощью тега < DIV> (идентификатор id-DIVDL) сначала нужно ограничить часть страницы с элементами TextDL и RadioDL, а затем переписать, вставляя вместо них элементы CheckboxDL и ButtonDL:

Редактирование страницы внутри текстовой области TextRange. Текстовая область TextRange представляет собой объект, содержащий ссылки как на текст, так и на любые другие элементы, присутствующие на странице. Соответственно, используя текстовую область TextRange, можно изменять любое содержание страницы, а не только ее текстовую часть.

Чтобы работать с областью TextRange, ее следует первоначально создать. Это можно сделать одним из следующих способов:

1. Открыть текстовую область методом CreateTextRange с помощью инструкции

204

или

где Объект - имя создаваемого объекта TextRange;Элемент - имя или идентификатор любого из элементов типа TextBox, Button, TextArea, расположенных на странице.

Например,

создать текстовую область ObjectDL, полностью включающую тело страницы (по-мечено идентификатором BodyDL)

или

создать текстовую область ObjectDL, включающую текст в эле-менте TextareaDL.

2. Создать копию уже существующего объекта с помощью метода duplicate:

После того как объект создан, при необходимости можно изменить его границы. Если область включает все тело страницы, то обычно для установления новых границ используется маска

где Объект - имя объекта TextRange;Маска - шаблон для поиска на странице текста, включаемого в область TextRange.

Например, создать текстовую область TextRange, включающую все содержание тела страницы BodyDL, затем в этой области найти текст «Сумский государственный университет» и создать на его основе новую текстовую область, которая состоит только из найденных слов:

Другой способ, обычно применяемый для изменения границ текстовой области, заключается в использовании специальных

205

методов move, moveStart и moveEnd, сдвигающих границы области TextRange. Эти методы могут использовать в качестве аргументов уточнения: character (символ), word (слово), sentence (предложение), textedit (текст). Первые три уточнения требуют дополнительно указать числовой параметр, определяющий величину сдвига (по умолчанию равен 1). Если этот параметр отрицательный, то движение границы области происходит к началу страницы, а если положительный, - то к концу страницы. В следующем примере в процедуре ButtonDLonclick формируется текстовая область ObjektDLl, содержащая все элементы тела страницы BodyDL. Затем копированием создается идеи-' тичная ей область ObjektDL2. Далее из области ObjektDLl выделяется часть, включающая только слово «университет», и ее левая (начальная) граница сдвигается назад на 15 символов (соответственно переменная NblocDL = -15). Окончательно в область TextRange добавляются пятнадцать новых символов, ее границы раздвигаются и заключают слова «государственный университет». Последними двумя инструкциями процедуры этот текст выделяется и отображается в текстовом поле TextDL:

Чтобы изменить сформированную и уточненную любым из способов текстовую область TextRange, достаточно воспользо-

206

ваться методом pasteHTML. В примере ниже создана текстовая область ObjectDL (включает все элементы страницы: кнопку RuttonDL, горизонтальную разделительную линию и текст «Сум-ский государственный университет»). При нажатии на кнопку ButtonDL

заменяется текстом «DL» и полем ввода TextDL:

Диалоговые окнаСтандартные диалоговые окна. Помимо функций Msgbox и

Inputbox, которые могут применяться не только в стандартных приложениях, но и в Web-сценариях, при разработке динамических HTML-страниц широко используются стандартные диалоговые окна объекта window. Всего предусмотрено три стандартных диалоговых окна: alert - окно предупреждения (знак *!»), confirm - окно подтверждения (знак *?»), prompt - окно приглашения (содержит поле ввода).

Использование стандартных диалоговых окон однотипно. В приведенном ниже примере вслед за нажатием кнопки ButtonDL последовательно вызывается каждое из окон. При этом окно Alert не возвращает никаких значений. Окно confirm возвращает значения True или False в зависимости от того, какая из кнопок этого окна нажата («ОК» или «Cancel»). Окно prompt возвращает текст, введенный в его поле ввода.

207

Модальные диалоговые окна. В отличие от стандартного диалогового окна внешний вид и содержание модального окна полностью определяются проектировщиком. Такое окно представляет собой отдельную HTML-страницу, и в нее можно включить любые элементы, которые допускается включать в обычные страницы. Модальное диалоговое окно раскрывается на фоне основного окна, его вызвавшего, и, до тех пор пока оно не закрыто, нельзя продолжить какие-либо действия в основном окне.

Синтаксис вызова диалогового окна:

Boзврат=window.showModalDialog(URL, Передача, Настройки),

где Возврат - значение, возвращаемое из модального диалогового окна;URL - адрес страницы, вызываемой как модальное диалоговое окно;Передача - значение, передаваемое в модальное диалоговое окно; Настройки - параметры, определяющие вид и положение мо-дального диалогового окна. Значения параметров задаются через знак двоеточия; если параметров несколько, то они перечисляются через точку с запятой. Возможные параметры и их допустимые значения приведены в табл. 3.2.

В приведенном ниже (рис. 3.5) примере показано содержание основной страницы и страницы, отображаемой как модальное диалоговое окно (dl_model.htm). Основное окно включает два текстовых поля: TextDLl, в котором записывается текст, предназначенный для передачи в модальное окно, и TextDL2 в нем отображается значение строковой переменной, содержащей ответ из модального окна в основное. Дополнительно в основное окно помещена кнопка ButtonDL, нажатие на которую

208

Таблица 3.2. Параметры настройки модального окна

Puc. 3.5. Основное (слева) и модальное (справа) окна

приводит к вызову модального диалогового окна (посредством соответствующей событийно-ориентированной процедуры с ин-струкцией вызова диалогового окна - страницы из этого же каталога с адресом dl__model.htm).

В странице диалогового модального окна также добавлено два текстовых поля. Первое из них (TextDLl) при открытии окна (процедура window_ onload) автоматически получает значение диалоговой переменной DialogArguments, которая выполняет функцию передачи данных. Второе поле (TextDL2) предназначено для трансляции возвращаемых значений из модального окна в основное (выполняется при нажатии на кнопку ButtonDL). Для этого в сопоставленной кнопке событийно-ориентированной процедуры ButtonDLonclick предусмотрена

209

3

инструкция присвоения. В инструкции для обмена данными ис-пользуется свойство returnValue объекта window, которому присваивается значение поля TextDL2. Кроме того, в процедуре записан метод close, закрывающий модальное окно после обмена данными.

210

Использование ссылокОсновным преимуществом использования ссылок для организации

диалога является простота инструкций, построенных на их основе. В приведенном ниже небольшом примере показаны три варианта записи таких инструкций. В первом случае тег <А> включает ссылку на страницу dl_window.htm, которая будет открыта, если щелкнуть мышью на соответствующий текст этого тега. Во втором случае в ссылке задано использование протокола mailto, благодаря чему обращение к ней вызовет редактор почтовой службы с шаблоном письма, в котором в поле «То:» уже будет подставлен заданный ссылкой адрес (kanc@ssu.sumy.ua). В третьем случае содержание тега <А> позволит считать файл dlbook.zip, расположенный на сервере но указанному

в ссылке адресу.

ФормыИспользование форм является одним из наиболее эффективных на

сегодняшний день способов организации диалога, основанных на технологии «клиент - сервер». Форма - это выделенная с помощью тегов <FORM> часть страницы с определенным набором элементов, объединенных по какому-либо принципу и способных передавать свои значения на другую страницу или в другую форму. На одной странице разрешается создавать несколько не вложенных друг в друга форм, каждая из которых может содержать свой набор элементов и перенаправлять полученные в ней данные на разные страницы сервера.

Помимо элементов, традиционно используемых на HTML-страницах, в состав формы обычно включают две специализированные кнопки: Submit (пересылает содержимое интерфейс-

211

ных элементов формы на сервер) и Reset (очищает нее заполненные поля формы). Согласно спецификации для задания интерфейсных элементов внутри тега <FORM> применяются теги <INPUT>, <SELECT> и <TEXTAREA>.

Описание тега <FORM> обычно содержит как минимум два свойства, конкретизирующих направление и способ передачи данных с клиентской страницы на страницу сервера. Это свойство action, указывающее на адрес страницы получателя, и свойство method, определяющее метод передачи.

Свойству method по умолчанию присвоено значение get. В соответствии с ним при нажатии кнопки submit содержимое формы будет добавлено к URL в следующем виде:

где action - URL (заданное свойством action в теге <FORM> или URL текущего документа, если атрибут action не был задан).

При использовании метода post вместо добавлений к URL содержимое формы посылается блоком данных как часть операции post. Если присутствует атрибут action, то значение URL, которое там находится, определяет, куда направить соответствующий блок данных. Этот метод в настоящее время считается

Рис. 3.6. Образец формы

212

более предпочтительным, особенно для пересылки больших блоков данных.

Пример формы показан на рис. 3.6. Ей соответствует следующий фрагмент страницы, записанный в теге <FORM>:

В примере предписано переслать данные по адресу http:// myserver.edu/dlpage.asp, используя метод post. Данные, полученные сервером, могут быть обработаны с помощью какого-либо специализированного языка. Для asp-файла это могут быть инструкции, построенные на обработке свойств объекта request.

Дополнительно синтаксисом тега <FORM> допускается задавать и другие свойства, уточняющие его действия, например, enctype - применяемый тип кодировки, language - язык сценариев, используемый по умолчанию.

3.1.2. Программирование сценариев

Сценарий - это тип компьютерной программы, которая служит дополнением к традиционному WEB-программированию и как многофункциональное средство программирования широко при-меняется при разработке курсов дистанционного обучения. Сами сценарии не являются составной частью HTML-технологий, но работают в тесной связи с ними, выполняя те или иные действия, программируемые для реализации алгоритмов дистанционного обучения.

213

Как и в любой компьютерной программе, для создания про-граммного кода сценариев используются языки программирования. Для создания сценариев обычно используется язык JavaScript, который берет начало от языка Netscape LiveScript и Microsoft Visual Basic Scripting Edition (VBScript) диалект языка Visual Basic. По функциональным возможностям это во многом равноценные языки программирования. Однако, учитывая, что первый из них практически перестал развиваться, а второй опирается на мощную поддержку и продвижение со стороны фирмы Microsoft Corporation, часто отдают предпочтение именно последнему.

Технически исходный код сценария можно помещать в любом месте HTML-страницы, используя для этого соответствующие теги - SCRIPT>, или даже помещать в отдельный файл, подключаемый с помощью свойства src. Внедренный таким образом программный код исполняется в ответ на определенные события, вызванные при взаимодействии участников компьютеризированного обучения и опосредованные посредством компьютерных программ (см. разделы «Скрипты» и «Использование событий и методов»).

Правила формирования именОбращение к элементам программного кода (константам,

переменным, идентификаторам страниц и др.) осуществляется через их имена. В VBScript приняты следующие соглашения по написанию имен:

• при написании имени не допускается использование точек, пробелов и символов !, @, #, $, %, &;

• имя может содержать любую комбинацию цифр, букв ла-тинского алфавита и символов, но обязательно должно начи-наться с буквы;

• имена должны быть уникальны внутри области, в которой они определены;

• верхний или нижний регистр букв в имени не распознается и используется только для улучшения читаемости имени (имена страниц лучше записывать только строчными буквами, что позволит избежать ошибок обращения к ним на серверах);

• длина имени не должна превышать 255 символов.При написании имен следует стремиться к их максимальной

информативности, чтобы облегчить чтение программного

214

кода. Поэтому не стоит экономить на длине имени, но в то же время и не применять излишне длинных имен, особенно для идентификаторов страниц, которые входят в полный Интернет-адрес страницы (URL). Желательно, чтобы имя было многосложным и включало бы в себя некоторый набор слов, отражающих различные характеристики данного элемента программного кода. Для повышения наглядности каждое из этих слов можно начинать с прописной буквы. Например, MyVar, LectureFU2 и т.п.

Типы и подтипы данныхДанные в VBScript - это именованные области памяти, пред-

назначенные для хранения информации. Различают два четко определенных образа данных - переменные и константы. Их различие в том, что переменная может изменять свое значение во время выполнения программы, а значение константы фиксируется и не может изменяться. В остальном переменные и константы - равноправные элементы программного кода.

Важнейшей характеристикой данных является их тип. Он задает определенный формат представления данных (размер содержимого области памяти, зарезервированного для хранения данных). В VBScript предусмотрен только один тип данных Variant с зарезервированным размером 16 байт,и общим размером, который определяется с учетом длины строки символов, определяющих значение переменной.

Кроме основного типа данных, в случае необходимости можно использовать и другие, предусмотренные во многих языках программирования типы, которые в данном случае определяются как соответствующие подтипы общего типа.

Чтобы определить, какой подтип данных имеет переменная, первоначально определенная как Variant, используется функция VarType, например для х = 12,5; у = vartype(x) значение функции, присваиваемое переменной у = 5.

Переменные и константыКак уже отмечалось, переменные служат для временного хранения

данных в оперативной памяти во время выполнения программы на сервере или локальном компьютере. Они представляют собой нечто вроде контейнера с определенным содержимым, например, символами или числами.

215

Идентификация переменной осуществляется по ее имени. С помощью имени происходит привязка переменных к их положению в оперативной памяти компьютера.

В процессе выполнения сценария переменная может изменять свои данные в результате различного рода действий с ними. Вновь полученное значение сохраняется в течение определенного времени, называемого временем жизни переменной. Если переменная не объявлена, то она сохраняет свое значение только внутри функции или процедуры, внутри которой записана, и принимает присваиваемые значения. Для продления сроков жизни переменнрй ее объявляют с помощью операторов Dim, Private или Public. Обычно эти операторы записывают в начале программного кода, сразу вслед за открывающим тегом <SCRIPT>. Использование операторов объявления переменных не является обязательным, если перед их первым использованием не указана опция Option Explicit.

Константы, в отличие от переменных, не могут изменять свои значения. При использовании констант программы легче читать (слово вместо набора цифр) и проще исправлять (отпадает необходимость многократно исправлять значения по тексту программы - достаточно ввести новое значение при определении константы). Константы в программном коде сценария объявляются с помощью оператора Const.

В Visual Basic Scripting Edition широко используются собственные служебные константы. Они позволяют не только улучшить понимание текста программ, но и обеспечивают совместимость приложений с новыми версиями VBScript, так как обычно изменяется фактическое значение константы, но не ее имя.

МассивыМассив - это набор элементов определенного типа, каждый из

которых имеет свой порядковый номер, называемый индексом. В зависимости от количества наборов индексов массив может быть одномерным или многомерным (размерностью до 60 наборов индексов).

Перед тем как использовать массив, его нужно объявить с помощью оператора Dim:

Приведенные в примере массивы имеют четко определенные пределы индексов и при таком способе описания не могут их изменять в ходе выполнения программы. Такие массивы называются статическими. В случае когда границы изменения индексов в массиве требуется программно изменить, следует использовать динамические массивы.

Для объявления динамического массива используется оператор ReDim. Допускается неоднократное использование оператора ReDim для изменения границ одного и того же массива. При этом до его первого использования массив должен быть уже объявлен, для чего используется оператор Dim, в котором границы массива не указаны.

Если необходимо, чтобы при изменении размера массива данные были сохранены, то нужно использовать ключевое слово Preserve. При этом следует учитывать, что можно изменять только верхнюю границу индексов, а для многомерных массивов можно изменять только пределы индексов последнего измерения.

Примеры использования оператора ReDim:

Обращение к элементам массива, в том числе и для задания их значений, осуществляется указанием имени массива и - в круглых скобках - индекса, который определяет порядковый номер элемента в общем списке элементов. Например,

Для задания стартовых значений одномерных массивов допускается также применять оператор Array, который может быть использован в процедурах после объявления массива. Например, для задания пяти значений одномерного массива можно использовать запись

217

Инструкции и операторыКоманды на диалекте VBScript представляют собой инструкции,

которые с помощью набора операторов и ключевых слов указывают способы описания, изменения и присвоения данных или позволяют управлять процессом выполнения сценария.

Как правило, одна инструкция записывается в одной строке. Если желательно инструкцию записать в несколько строк, то для переноса в конце строки ставятся знаки « » (пробел) и «_» (подчеркивание) или только «подчеркивание», а затем продолжают инструкцию в следующей строке. При этом нельзя разбивать переносом имена данных и строковые константы. В инструкции может быть не более 1024 символов, и она не может продолжаться более чем в семи строках.

Для того чтобы записать несколько коротких инструкций в одной строке, в качестве разделителя следует использовать знак «:» - двоеточие. Например:

Таблица 3.3. Приоритеты операций

Оператор Описание оператора

возведение в степеньотрицание (смена знака)умножение и деление с плавающей запятойцелочисленное делениевзятие остатка целочисленного делениясложение и вычитаниеслияние строкоперации сравнениясравнение ссылокотрицаниеИИЛИисключающее ИЛИимпликации

218

В общем случае, если не применяются специальные инструкции, управляющие порядком исполнения программы, то все инструкции и операторы выполняются по месту их нахождения в программном коде сценария слева направо и сверху вниз. Исключение составляют операторы, имеющие приоритеты в исполнении (табл. 3.3): сначала выполняются операторы с наивысшим приоритетом, а последними - с наименьшим. Для нарушения приоритета, как и в математике, используются скобки. Например, в выражениях

Ниже дается характеристика основных инструкций и операторов, которые используются в программном коде для выполнения вычислений и управления ходом выполнения сценария.

Инструкции для работы со строковыми переменными Строковые переменные - это подтип основного типа Variant, который используется в сценариях для организации диалога и обработки фрагментов текстов.

В VBScript предусмотрены следующие инструкции для работы со строковыми переменными:• объединение строк:

• выделение произвольной части текстовой строки:

• выделение произвольной части текстовой строки (исключаяпробелы):

• выделение левой части текстовой строки:

• выделение левой части текстовой строки (исключая пробелы):

219

• выделение правой части текстовой строки:

ПодСтрока = Right (Строка, ДлинаПодСтроки)

• выделение правой части текстовой строки (исключая пробелы):

ПодСтрока = RTrim (Строка, ДлинаПодСтроки)

• преобразование текстовой строки в число:

Число = cDbl (Строка)

• преобразование числа в текстовую строку:

ЧислоВСтроку = Str(Число)

• определение длины текстовой строки:

ДлинаСтроки = Len(Строка)

Таблица 3.4. Примеры использования функций для работы со стро-ковыми переменными

220

• изменение регистра символов в текстовой строке:

Инструкции для управления ходом выполнения программного кодаДля изменения естественного хода выполнения программного кода

используются следующие инструкции.Условный переход. Инструкция условного перехода используется

для изменения последовательности выполнения программного кода при соблюдении определенных условий. При этом за один раз проверяется только одно условие (If - условие) или несколько (добавлением Elself условие-л).

Каждое из условий может включать логический оператор и имя константы или переменной определенного типа, а также выражение со всеми преобразованиями, допустимыми для данных этого типа.

Если ни одно из условий не соблюдается, то выполняются инструкции, записанные после альтернативы Else (конечно, если слово «Else» включено в инструкцию). В случае когда за каждым условием следует только одна инструкция, синтаксисом допускается возможность упрощенной записи всей инструкции в одну строку (End If - при этом опускается).

Синтаксис:

Пример записи инструкции в одну строку:

при А = 0 - В = 1, при А = 2 - В = 0.

Примеры многострочной записи:

221

При Vsp = False имеем F = 1, FF = 2; при Vsp = true имеем F = 100, FF = 200, FFF = 300.

При x = 0 имеем у = 0; при х = 2 имеем у = 1; при х = 4 имеем у = 2; при х = 6 имеем у = 3.

Условный многовариантный переход. Условный многова-риантный переход удобнее использовать в том случае, когда требуется принять решение о продолжении выполнения программного кода на основе анализа большого числа условий.

Каждое условие является выражением, которое может включать все допустимые операции над данными соответствующего типа. Кроме того, условия могут охватывать определенный интервал (интервал от 1 до 5, от А до Я и т.д.) или просто содержать отдельные контрольные значения (6, 9, 10...).

В зависимости от конкретного значения контролируемого выражения происходит выбор направления для продолжения программы (в примере в зависимости от величины X выбирается соответствующая инструкция для присвоения значения строковой переменной StrVsp).

Синтаксис:

222

Переход при возникновении ошибки выполнения программы. Наличие ошибки в программном коде большинством браузеров при выполнении сценариев, как правило, игнорируется, и ошибка пропускается или сценарий перестает выполняться даже в тех частях программного кода, в которых ошибки отсутствуют. Поэтому при проектировании программного кода часто бывает необходимо предусмотреть возможность появления ошибок выполнения сценария и запрограммировать необходимые для этого случая действия.

Узнать, какая же возникла ошибка, можно с помощью свойств объекта Err (Err.Description - содержит текстовое описание ошибки, Err.Number - код ошибки).

Чтобы отключить ошибку, возникшую при выполнении про-граммы, используется инструкция On Error GoTo 0. Для обхода ошибок предназначена инструкция On Error Resume Next.

Если в обработчик ошибок включены инструкции типа On Error Resume Next, то при появлении ошибки выполняется инструкция, следующая за той, которая вызвала появление ошибки.

В заключение набора инструкций для обработки ошибок обычно используют метод Err.Clear, который обнуляет численные значения свойств объекта Err.

В приведенном ниже примере перед инструкцией, которая может вызвать ошибку (х = 1 / 0 - деление на ноль) предусмотрен обработчик ошибок с помощью инструкции On Error Resume Next. Он перенаправляет программу на выполнение третьей строки примера. Так как при выполнении программы возникнет ошибка, то значение свойства Err.Number будет отличным от нуля (в данном случае Err.Number = 11) и переменной StrVsp будет присвоено значение свойства Err.Description. В результате StrVsp = «Деление на ноль». Метод Err.Clear завершает блок обработки ошибок, возвращая свойствам Err нулевые значения:

223

Инструкции для создания циклических процессовОрганизация в сценарии циклических процессов необходима для

выполнения повторяющихся действий. Их применение существенно сокращает размер программного кода и уменьшает вероятность возникновения ошибки.

При работе с элементами массивов циклические процессы, как правило, являются наиболее эффективными. Поскольку допускается неограниченное число вложений цикла в цикл, то с их помощью можно построить эффективные инструкции для обработки многомерных массивов любой размерности.

Цикл For-Next. Циклические процессы, построенные на базе инструкции For-Next, относятся к циклам-счетчикам.

В такие циклы включается переменная-счетчик, которая, начиная с определенного уровня, изменяет свои значения с постоянным приращением (шагом). При достижении переменной уровня, определенного другой границей цикла, циклический процесс прекращается.

Для преждевременного выхода из цикла служит инструкция Exit For, которая обычно дополняется инструкцией проверки какого-либо условия.

В примере организации циклического процесса, приведенном ниже, цикл досрочно прерывается после семи итераций, а не после десяти, как установлено шагом и границами цикла. Причина - выход из цикла по инструкции Exit For, из-за того что на седьмой итерации х = 40, и тогда выполняется условие х < 50.

Синтаксис:

224

Цикл Do-While. Цикл Do-While относится к циклам с условием: он выполняется только в том случае, если условие, предусмотренное заголовком цикла, является истинным.

Если в начале работы цикла условие является ложным, то он будет пропущен и инструкции, составляющие тело цикла, не выполнятся ни разу.

Цикл станет бесконечным, если условие не выполнится никогда. При этом безразлично, условие было сразу невыполняе-мым или стало таким в результате выполнения инструкций, записанных в теле цикла. Еще один вариант: в цикле не предусмотрены инструкции изменения значения для выражения, составляющего условие.

Бесконечным цикл останется и в том случае, когда в его заголовке будет отсутствовать условие, и при этом не будет предусмотрен альтернативный выход по инструкции Exit Do (действие инструкции аналогично Exit For для цикла For-Next).

По результатам выполнения фрагментов программного кода, приведенных в примерах 1 и 2, записанные там циклы почти одинаковы. Отличие проявится только в случае, когда на старте переменная X будет иметь значение больше 5. При этом цикл в примере 1 не выполнится ни разу, и переменной У не будет присвоено значение 10. В примере 2 будет выполнена часть цикла от заголовка до Exit Do, и переменная У станет равной 10. Отметим также, что при отсутствии инструкции Exit Do цикл из примера 2 стал бы бесконечным, а при X ' 5 и отсутствии инструкций X = X + 1 бесконечными были бы оба цикла.

Синтаксис:

225

при X = 1 - X = 5, У = 10 (в обоих примерах); при при X 6 -- X = 6, У = 0 (первый пример), X = 7, У = 10 (второй пример).

Цикл Do-Until. Цикл Do-Until - это цикл с постусловием. Он всегда выполняется хотя бы один раз.

Условие цикла записывается в последнем операторе, и цикл повторяется только в случае, когда условие ложное. В остальном цикл Do-Until полностью идентичен циклу Do-While.

Синтаксис:

Процедуры и функцииПроцедура - это произвольная часть программного кода (кон-

станты, переменные, операторы, инструкции, функции, другие процедуры...), которая выделена из кода ключевыми словами Sub и End Sub.

Чтобы использовать процедуру, ее нужно сначала создать, а затем вызывать по мере необходимости. Количество вызовов не ограниченно, допускается в том числе и рекурсивный вызов, т.е. вызов процедуры из тела самой процедуры.

Тело процедуры можно записать в любом месте программы, но общепринято располагать ее в начале кода, вслед за областью описания переменных.

226

Для вызова процедур предназначен оператор Call. После него указывается имя процедуры и параметры.

Оператор Call не является обязательным, и вызвать процедуру можно просто по ее имени. Отличие заключается в том, что в первом случае список параметров записывается в скобках, а во втором - идет только их перечисление.

В связи с этим два следующих примера являются равнозначными (вызывается процедура ПлощадъПрямоуголъника с параметрами X и У):

или

Для создания процедуры следует придерживаться следующегоформального

синтаксиса:

По способу использования различают процедуры обработки событий (см. раздел «События») и процедуры общего назначения. Их написание практически ничем не отличается друг от друга. Поэтому ниже приводятся правила создания процедур общего назначения и указываются, если имеются, отличия в использовании процедур обработки событий.

Обращение к процедуре возможно из других процедур, рас-положенных как в текущем теге <SCRIPT>, так и в любом другом аналогичном теге, размещенном в любом из допустимых разделов HTML-страницы.

Если при работе программы имеются данные, объявленные с помощью оператора Dim, то их можно применять в любом месте программы, в том числе и в теле процедуры. Однако более корректно для обмена данными использовать параметры. Они записываются в скобках после имени процедуры, например:

227

В процедурах обработки событий количество и последовательность перечисления параметров всегда строго регламентированы самим событием. В процедурах общего назначения количество параметров произвольно, и при определенных условиях они могут быть перечислены в произвольном порядке.

Функции - это выражения, которые устанавливают, каким образом изменить значение одной переменной-функции в зависимости от изменения значений аргументов (других переменных или констант).

В этом понятие функции в VBScript очень напоминает аналогичное понятие из обычной математики. Более того, часть математических функций являются встроенными, и их использование в программном коде практически ничем не отличается от того, как они используются при выполнении ординарных вычислений.

Для того чтобы выполнить необходимые преобразования, следует записать функцию следующим образом:

ПеременнаяФункция = ИмяФункции (Аргумент [, Аргумент])

В табл. 3.5 приведены имена некоторых из встроенных ма-тематических функций. Написание их имен во многом совпадает с общепринятыми математическими обозначениями. Например, для того чтобы вычислить натуральный логарифм для аргумента X = 1 и присвоить вычисленное значение функции Y, достаточно вставить в программный код следующий набор инструкций:

В результате будет определено значение У = 0. Помимо математических в Visual Basic имеются и другие встроенные функции - функции обработки строк (см. «Инст-

228

Таблица 3.5. Математические функции

Имя функции Результат

Абсолютное значение Тригонометрические функции Натуральный логарифм Десятичный логарифм Экспонента Округление до целого Квадратный корень Случайное число Знак числа

рукции для работы со строковыми переменными»), функции преобразования форматов, функции времени, даты и др. Они перекрывают практически весь набор необходимых стандартных преобразований.

Тем не менее иногда бывает необходимым создать какую-либо нестандартную функцию, для которой правила преобразования были бы спроектированы непосредственно в программном коде.

Специальная функция оформляется по аналогии с процедурой согласно следующему синтаксическому правилу:

Непременным условием получения правильных результатов является то, что одной из переменных, вычисляемых в теле функции, будет присвоено имя функции.

Пример:

Результат вычисления Z = 5.

229

3.1.3. Основы серверных технологий

Приведенные в предыдущих разделах данной главы сведения об основных способах создания информационной базы и програм-мирования сценариев обучения в большинстве случаев будут достаточными для самостоятельного проектирования отдельных тем и дисциплин, изучение которых предполагает привлечение механизмов дистанционного обучения. Описанные в них инструменты проектирования могут быть полезны при создании проектов, реализация которых возможна как через сетевые технологии, так и непосредственно на локальных машинах конечных пользователей. В то же время сейчас созданы и успешно развиваются различного рода системы специализированного программного обеспечения для серверов, использование которых существенно расширяет возможности обучения в сети. В приводимом ниже обзоре представлены основные сведения о некоторых из таких систем в объеме, достаточном для понимания механизмов функционирования той или иной системы. Од-нако эти сведения не претендуют на полноту изложения, достаточную для использования в качестве руководства к проектированию.

Common Gateway Interface (CGI)Common Gateway Interface является одним из наиболее рас-

пространенных стандартов сервисных технологий, обеспечивающих интерфейс общего доступа внешних прикладных программ к информационным серверам типа HTTP.

С помощью CGI создаются CGI-приложения, которые во вза-имодействии со многими прикладными системами, такими, как системы управления базами данных, ведения компьютерной графики, обработки электронных таблиц и др., могут выдавать на экран пользователя динамическую информацию. Для правильного выполнения функций, предусмотренных дистанционным обучением, приложение должно получить данные от WEB-сервера и WEB-браузера и на основе алгоритмов обучения поместить результаты выполнения в браузер пользователя - участника процесса обучения.

При этом осуществляется следующее распределение алгоритмов выполнения CGI-приложения. CGI-приложение запускается WEB-сервером в реальном масштабе времени, обеспечивает

230

передачу запроса пользователя CGI-ириложению, а оно. в свою очередь, используя средства прикладной системы, возвращает результат обработки запроса на экран пользователя.

Программный код CGI-прнложения может быть создан с использованием компилируемых (C/C+ + , Visual Basic и др.) или интерпретируемых (Perl, Shell и др.) языков программирования. Как выполнимый модуль, он записывается в поддиректорию с именем cgi-bin WEB-сервера.

Компиляция, т.е. выполненный еще на стадии подготовки программного продукта перевод исходных текстов-переменных, операторов, инструкций и других составляющих исходного кода программы, записанных с применением ASCII-кодировки, в выполняемый машинный код, позволяет существенно повысить скорость выполнения программы. В некоторых случаях достоинством откомпилированных программ является возможность их использования независимо от исходных текстов. И хотя существуют механизмы декомпиляции, они не всегда выполнимы (организационно или технически), не обеспечивают полноценного возврата к исходным текстам, и, кроме того, большинство студентов не обладает достаточными знаниями для их реализации. Поэтому легче гарантировать соблюдение авторских прав проектировщиков приложений и, что особенно важно при проектировании систем контроля в дистанционных курсах, создать дополнительную защиту информации.

После компиляции программу можно выполнять без помощи каких-либо дополнительных программ на той платформе, для которой она была разработана. Одновременно с этим для компилированных программ характерно отсутствие платформенной совместимости, например, машинный код, созданный для Windows, не будет выполняться на платформе Unix, и наоборот. Поэтому часто компилируемым языкам программирования CGI-приложений предпочитают интерпретируемые языки. Еще одним аргументом в пользу выбора интерпретируемых языков является постоянно растущая производительность серверов, и, как следствие, выигрыш в скорости работы компилируемых языков становится не столь решающим.

CGI-приложения, созданные с помощью интерпретируемых языков программирования, во многом аналогичны исходным текстам программ: они включают в себя соответствующие данные и инструкции, но их перевод в машинный код осуществляется

231

непосредственно при работе программы. Это несколько замедляет работу CGI-приложеимя, однако позволяет функциониро вать на различных платформах.

Например, у интерпретируемого языка Perl, созданного пер-воначально для операционной системы Unix, существуют реализации для операционных систем FreeBSD, OS/2, MS-DOS, Windows и других. Они по своим возможностям практически совпадают с возможностями оригинала и при наличии соответствующего командного интерпретатора программы, первоначально разработанные для одной из платформ, будут полноценно функционировать и на другой платформе. Кроме того, к достоинствам интерпретируемых языков следует отнести возможность оперативного внесения изменений в программный код, удобство в обслуживании и наладки программ.

Независимо от того, с помощью каких средств создавалось CGI-приложение, принцип его действия остается неизменным и заключается в поддержании канала связи между WEB-сервером и WEB-браузером, в формировании HTTP-запроса и обработке HTTP ответа в соответствии с алгоритмами обучения.

Формирование запроса. Открытие канала связи, как правило, инициируется клиентом в результате запроса, направляемого браузером на получение того или иного вида информационного документа или его генерацию соответствующим источником информации.

Для передачи данных об информационном запросе от сервера к CGI-приложению сервер использует командную строку и переменные окружения. Эти переменные окружения устанавливаются в тот момент, когда сервер выполняет приложение.

Запросы. Информация CGI-приложению передается в следующем формате:

где пате - имя переменной (например, из оператора FORM - см. ♦ Создание информационного обеспечения», раздел «Формы»), и value - значение переменной.

Характер предоставления информации зависит от метода, который применяется для ее передачи. Для запроса обычно используется метод запроса GET, который предназначен для получения документов с сервера. Другой возможный метод - метод POST.

232

При использовании метода GET информация дописывается в виде строки указанного формата как часть Uniform Resource Locator (URL-документа). При этом строка в URL содержит сведения о пути к какому-либо ресурсу на сервере и собственно информационную строку. Например, в запросе

приводятся URL приложения CGI и передаваемая в запросе ин-формация. При этом для указания на начало строки запроса в URL введен разделитель в виде вопросительного знака.

Метод POST обычно применяют для отправки WEB-серверу данных формы из браузера пользователя. При использовании метода POST эта информация будет послана CGI-приложению в стандартный поток ввода.

Переменные окружения. Независимо от используемого метода HTTP-запроса WEB-сервер присваивает значения переменным окружения, которые содержат дополнительную информацию о запросе (для метода GET переменные окружения являются единственным источником информации, доступным CGI-приложению).

В табл. 3.6 указаны некоторые из переменных окружения, которые чаще других устанавливаются для большинства формируемых запросов.

Кроме перечисленных, WEB-сервер также устанавливает значения переменным окружения для всех заголовков HTTP-запроса. Если запрос содержит дополнительные поля заголовка запроса, они помещаются в переменные окружения с префиксом HTTP, за которым следует имя заголовка. Если необходимо, сервер может исключить любые (или вообще все) дополнительные поля заголовка в случае, когда их включение может привести к превышению предела размера переменных окружения. Кроме того, все символы «минус» («-») в заголовке заменяются символами подчеркивания («_»).

Возврат данных из CG1-приложения. CGI-приложение осуществляет вывод информации в стандартный поток вывода. Этот вывод может представлять собой или документ, сгенерированный шлюзом, или инструкции серверу, где получить необходимый документ. При этом заголовки могут быть полными или неполными. В случае получения неполного заго-

233

Таблица 3.6. Переменные окружения

Имя Содержание

AUTH_TYPE

CONTENT_LENGTH CONTENT_TYPE

DOCUMENT_ROOT GATEWAY INTERFACE

PATH_INFO

PATH_TRANSLATED

QUERY_STRING

REMOTE_ADDR REMOTE_HOST REMOTE_IDENT

REMOTE_USER REQUEST_METHOD

SCRIPT NAME

SERVER NAME

SERVER PORT SERVER PROTOCOL

SERVER SOFTWARE

Метод идентификации используется для проверки пользователяДлина данных, которую передает клиентДля запросов, которые содержат дополнительную добавочную информацию, имеющую тип ММЕКорневой каталог дерева документов сервераВерсия CGI спецификации на тот момент, когда компилировался сервер. Формат: CGI/версияДополнительная информация о пути, которую передал клиент (передается в PATH_INFO)Сервер передает преобразованную версию PATH_INFO с указанием физического путиИнформация, следующая за ? в URL. к которому относится данный шлюзIP-адрес хоста, производящего запросИмя хоста, производящего запросИмя пользователя, под которым была выполнена идентификация на сервереИмя пользователя, переданное серверуМетод, который был использован для запроса. Для HTTP, это "GET", "HEAD", "POST", и т.д.Виртуальный путь к приложению CGI. используемый для получения URLИмя хоста, на котором запущен сервер. DNS имя, или IP-адрес в том виде, в котором он представлен в URLНомер порта, на который был послан запросИмя и версия информационного протокола, в котором пришел запрос. Формат: протокол/версияНазвание и версия информационного сервера, который отвечает на запрос (и запускает шлюз)

ловка сервер анализирует его и формирует полный заголовок HTTP-ответа, который и передается браузеру. Для того чтобы избежать необходимости посылать полный заголовок на каждый запрос, приложение производит свой вывод, который интерпретируется и посылается обратно клиенту.

Для некоторых CGI-приложений необходимо общаться с клиентом непосредственно, избегая обработки сервером их вы-

234

вода. Для того чтобы отличить такие приложения от остальных, CGI требует, чтобы их имена начинались с префикса nph-. В этом случае, проверка правильности форматирования- ответа осуществляется непосредственно CGI-ириложением.

Неполный заголовок может содержать любое количество (но не менее одного) полей полного заголовка HTTP-ответа. Он содержит текстовые строки, записанные в том же формате, что и в HTTP-заголовке. Завершается неполный заголовок пустой строкой, содержащей только символ перевода строки или CR/LF.

Обязательным требованием является наличие строк, которые интерпретировались бы как директивы сервера.

Чаще всего применяется директива Content-type, которая сообщает Web-серверу, что приложение возвращает данные указанного типа MIME. На основании этой директивы сервер формирует полный заголовок ответа Content-type.

Директива Location используется в случае, когда необходимо указать серверу, что возвращается не сам документ, а ссылка на него.

Если аргументом является URL, то сервер передаст клиенту указание на перенаправление запроса. Если аргумент представляет собой виртуальный путь, сервер вернет клиенту заданный этим путем документ, как если бы клиент запрашивал его непосредственно.

Директива Status используется для задания серверу статусной строки, которая будет послана клиенту. Формат директивы ппп ххххх, где ппп - трехцифровой статус-код, и ххххх - строка причины, такая, как Forbidden (запрещено) или Not Found (запрошенный документ не найден).

Технология ASPТехнология ASP (Active Server Pages) - это еще один вариант

проектирования для сетей, функционирующих на основе протоколов World Wide Web. Самый простой способ создания WEB-страницы, поддерживающей технологию ASP, - создать HTML-страницу и изменить расширение файла на .asp. Обработка такой страницы будет выполняться в соответствии с методами, предусмотренными для активных серверных страниц.

Если в HTML-странице, записанной с расширением .asp, пре-дусмотреть сценарии, спроектированные на языке скриптов (Visual Basic Script или Java Script) и разместить на стороне

235

клиента (программные фрагменты заключаются в скобки <% %>). , то их выполнение формально ничем не будет отличаться от выполнения в стандартном режиме. Однако код ASP в сочетании с HTML позволит расширить возможности создания динамических страниц. Для ASP-страницы, которая находится на стороне сервера, предусмотрены более мощные программные средства, благодаря которым появляется возможность выполнить крупномасштабную выборку и обработку данных, оптимизировать работу сервера и уменьшить время возврата результатов пользователю. Фактически активные серверные страницы могут сами генерировать HTML-код.

Обмен данными. Технология ASP может быть представлена в виде следующей схемы. Создается и размещается на сервере ASP-файл, реализующий один из алгоритмов дистанционного обучения. Браузер клиента запрашивает этот файл, который сначала интерпретируется сервером, и на выходе производится HTML-код. Этот HTML посылается клиенту.

Информация на серверную страницу может поступать из других страниц либо через URL. Передаваемые параметры помещаются во входной поток и доступны через объект Request. Чтобы передать переменную пате в программу dl.asp, следует создать код типа

Для возврата из программы значения этой переменной про-граммный код должен выглядеть следующим образом:

Если обрабатываются сразу несколько переменных, то они разделяются знаком &, например:

Запрос от браузера, кроме запрашиваемой страницы, несет еще некоторые данные. Эти данные, например IP-адрес клиента, доступны через специальные переменные объекта Request. IP-адрес - Request («REMOTE_ADDR»).

Информация, по которой предполагаются какие-либо действия пользователя, выводится на экран монитора. При этом самого понятия «экран», куда можно выводить данные, в ASP

236

нет. Все, что надо показать студенту, помещается в выходной поток на языке HTML.

Для упрощения вывода предусмотрен метод Write объекта Response. Другие методы и свойства Response позволяют управлять выводом. Так Response.Buffer регулирует, получает клиент данные по мере их поступления из записи в Response или все сразу по завершении исполнения страницы. Метод Response.Redirect перенаправляет браузер на другую страницу, однако, чтобы им пользоваться, нельзя до него на странице использовать Response.Write.

Например:

Метод Write производит запись во внутренний буфер объекта Response. Когда скрипт заканчивает работу, весь буфер выдается клиенту в виде уже сформированного HTML-кода.

В случае, когда требуется передать большой фрагмент HTML-кода, можно не пользоваться методом Response.Write. Если в asp-файле встречается кусок текста вне скобок <% % >, он трактуется

просто как HTML, который надо вывести. Например:

Формы. Формы в ASP используются для организации диалога с пользователем. Кроме того, если в форме использовать метод get, то данные можно переслать, задавая параметры в URL.

Например, если на ASP-страницу внедрить форму с полем ввода dltextl и кнопкой dlsubmit типа submit, то при нажатии на нее содержание поле ввода будет передано на страницу dl.asp, и поскольку использован метод get, то значение переменной передастся через URL (dl.asp?text 1 = значение):

237

Если при организации диалога типа «вопрос - ответ» требуется выполнить какие-либо действия, определенные содержанием ответа, то необходимо как минимум создать два файла: один с формой, второй - с ее обработчиком. Например:

Отметим, что в этом случае в форме на странице dll.html использован метод post, и поэтому данные передаются вместе с запросом так, что внешне передача переменных незаметна.

Организация диалога, как правило, оформляется таким образом, чтобы сбор данных и обработку осуществлял один и тот же файл. Для этого в asp включаются соответствующие обработчики, подключением которых управляет специальная переменная. Например:

238

В примере, если Action не заполнен, то переменной dlvar присваивается значение «FORM», и, как следствие, при первом вызове страницы dl.asp будет показана форма. При повторном обращении к странице значение dlvar=PROCESS, поэтому будут выполняться действия, предусмотренные селектором Case.

Поддержание диалога на уровне страниц. Для идентификации пользователя при его первом же обращении к серверу выдается специальный идентификатор cookies, по которому и определяется, с браузера кого из клиентов поступил очередной запрос.

Работу с cookies в ASP можно организовать через специальный объект Session, который хранит состояние сессии. Туда можно записывать переменные, которые доступны из любой страницы в этой сессии. Сессия стартует, когда новый пользователь обращается к любому asp-файлу приложения. Сессия заканчивается при отсутствии активности пользователя в течение определенного времени либо по явной команде.

Объект Session может быть использован как временное хранилище данных, через которое осуществляется межстраничный обмен в процессе всего периода от старта сессии до ее завершения.

Пример использования объекта Session для записи значения dlvaluel в переменную dlvarl и чтения значения dlualue2 из переменной dlvar2:

239

В отличие от объекта Session объект Application создается не для каждого нового пользователя, а существует в единственном экземпляре. С его помощью также можно организовывать меж страничный диалог, используя аналогичных» программный код:

Объекты Session и Application дают возможность создать программный код, который станет выполняться при старте/завершении сессии или в начале при завершении работы сервера. Для этого необходимо создать соответствующие событийно-ориентированные процедуры и записать их в файле global.aaa, используя

примерно такой код:

Файл global.asa должен располагаться в корневом каталоге приложения.

Работа с базами данных. Для работы с базами данных в ASP предусмотрены две промежуточные технологии - ODBC и ADO.

ODBC позволяет организовать доступ к любым базам данных через унифицированный интерфейс с помощью языка SQL. Специфика конкретных СУБД учитывается при помощи драйверов баз данных (SQL Server, Oracle, Access, FoxPro и др.).

Базовым понятием ODBC является источник данных или data source. Источник данных это совокупность сведений о базе данных, включая ее драйвер, имя компьютера и файла, параметры. Чтобы пользоваться базой, надо создать источник данных для

240

нее. Поддержка ODBC обеспечивается на уровне операционной системы Windows (NT). Настройка - через Control Panel/ODBC. ADO - это совокупность объектов, доступных из ASP, позволяющих обращаться к источнику данных ODBC. Фактически нужны лишь два объекта - Connection, представляющий соединение с базой данных, и Recordset - набор записей, полученный от источника. Сначала необходимо открыть соединение, к нему привязать Recordset и затем, пользуясь методами Recordset'а, обрабатывать данные.

3.2. Специализированные программные средства и среды проектирования

Помимо перечисленных выше программных продуктов общего назначения, с помощью которых могут создаваться образовательные порталы учебных заведений, для реализации проектов дистанционного обучения широко применяются специализированные средства и среды проектирования. Как правило, в качестве таковых используются проекты-аналоги, предварительно разработанные и апробированные в условиях одного вуза, а затем растиражированные с добавлением той или иной функциональности, расширяющей возможности первоначального проекта.

Разработчиками специализированных программных средств являются крупные вузы или компьютерные фирмы, первоначально функционирующие в рамках учебных заведений, а затем (при успешной работе и востребованности создаваемых ими программных средств) выделившиеся в самостоятельные структурные подразделения. В некоторых случаях наблюдается и обратный процесс, когда крупные компьютерные фирмы приобретают учебные заведения, которые затем используются для отработки новых образовательных технологий и непосредственно для оказания образовательных услуг.

Например, компания Sylvan Learning Systems приобретает Национальный технологический университет (National Technological University), ведущее учебное заведение, готовящее инженеров и техников с помощью дистанционного обучения (сумма сделки до 22 миллионов долларов). Ранее Sylvan Learning Systems уже приобрела 51% акций университета Walden University, который готовит студентов на степень бакалавра по

241

таким специальностям, как бизнес, психология и некоторым другим в онлайновом режиме. Ей также принадлежит компания Canter and Associates, пройдя обучение в которой учителя начальной и средней школы могут получить диплом магистра. После завершения намеченной сделки общее число студентов Sylvan Learning Systems достигнет 14,5 тысяч.

Ниже приведен краткий обзор наиболее популярных средств проектирования, используемых в отечественных и зарубежных проектах дистанционного обучения. Краткая характеристика, которой сопровождается каждый программный продукт, позволяет ознакомиться с основными функциями, которые ими реализуются и, составить представление о данной группе средств проектирования дистанционных курсов для высших учебных заведений.

Отметим, что в практике отечественных вузов образовательная среда дистанционного образования обычно создается с помощью универсальных программных средств непосредственно в самом вузе. Это вызвано, с одной стороны, нехваткой финансовых средств на приобретение и адаптацию готовых программных продуктов. С другой стороны, отсутствие документации, регламентирующей дистанционное обучение, и неустоявшиеся формы его реализации приводят к необходимости перманентной доработки программной среды, а следовательно, и доступа к исходным текстам программ, ее образующих, что в большинстве коммерческих программных продуктов недоступно.

ТестированиеМодули тестирования знаний студентов реализованы в боль-

шинстве систем, предназначенных для организации дистанционной формы обучения в вузе (некоторые из них рассмотрены ниже). В ряде случаев такие модули могут эксплуатироваться как самостоятельные программные продукты. Однако это не лучший выбор, поскольку выделение одного модуля из целостной компьютерной системы приводит к тому, что такой модуль будет обладать избыточной функциональностью и незавершенностью внутрисистемных связей. Лучшим является выбор специализированных программных средств, изначально проектируемых и создаваемых именно для подготовки и проведения тестирования.

Один из наиболее удачных в данном секторе программных продуктов - онлайновая оболочка NetTest, которая является

242

наиболее совершенной системой подготовки тестовых заданий для различных форм оценки знаний и компетентности студентов. В стандартный пакет входят тестовые и информационные базы данных, технологические модули, ориентированные на студентов и преподавателей, а также управление тестированием модулей. С помощью студенческого модуля испытуемый может не только пройти тестирование, но и проверить и ознакомиться со всей хранящейся о себе информацией. Преподаватель при помощи своего модуля может создавать и ликвидировать тесты или вопросы из тестов, принимать экзамены, получать доступ к информации о студентах и проверять статистику тестирования. Модуль управления тестированием реализует функции управления базами данных и предоставления студентам доступа к тестам. Все эти модули доступны с локальных компьютеров, подключенных к браузеру, работающему в стандарте Java.

По сравнению с системами, использующими языки програм-мирования HTML и CGI, NetTest имеет ряд преимуществ. Во-первых, она сокращает загрузку сервера, поскольку значительная часть системы устанавливается на компьютере клиента. Во-вторых, она обладает большей интерактивностью. И, наконец, она имеет ряд дополнительных функций, расширяющих возможности тестирования.

Как и в большинстве аналогичных программ, система построена по принципу работы с типовыми тестовыми заданиями. Вопросы в тестах NetTest группируются по следующим категориям: 1) подходящие (подобрать подходящие вопросы и ответы в двух колонках); 2) последовательные (расположить ответы в правильном порядке); 3) правильные/неправильные; 4) множественные (имеющие более одного ответа); 5) с заполнением пропусков (в качестве правильного ответа могут приниматься до десяти вариантов); 6) эссе (студент может написать целый текст в качестве ответа на заданный вопрос). Кроме того, вопросы в тесте группируются в секции, каждая из которых охватывает какую-либо тему. Ответы на вопросы могут носить обязательный характер или быть опционными. Предусматривается воз-можность графических ответов.

Создание «контента»Содержательная часть («контент»), включающая электронные

версии учебных материалов, предлагаемые студентам в ка-

243

честве объекта для изучения, может создаваться с помощью разных программных средств - от текстовых редакторов типа Microsoft Word до специализированных комплексных средств проектирования. Способ, используемый для создания «контента», определяется целями обучения и степенью компьютеризации учебного процесса, т.е. тем, какие функции для данных целей обучения будут реализованы традиционными методами и какие перенесены на средства компьютерной техники.

При фрагментальном использовании компьютерных средств обучения, как правило, «контент» создается как самостоятельная часть, которая может функционировать вне зависимости от остального содержания учебных заданий, например, в виде электронных конспектов лекций, методических указаний к практическим занятиям, учебной, справочной литературы и т.д. Такие электронные материалы легко копируются и могут включать качественные иллюстрации, в том числе и анимационные.

Разработка содержательной части курса в электронном виде возможна при любой форме обучения, однако дистанционное обучение требует большей степени интегрирования. Помимо собственно электронных версий учебных материалов в содержательную часть дистанционных курсов необходимо, как минимум, добавить средства самоконтроля и контроля, которые реализовывали бы диагностические и контрольные функции обучения. Поэтому и средства для создания «контента» дистанционных курсов должны содержать модули для подготовки соответствующих материалов. Возможен и вариант, когда информационная и контролирующая части дистанционного курса разрабатываются независимо друг от друга. Но в этом случае необходимо создать дополнительные средства, которые управляли бы формированием предлагаемого для изучения учебного материала в зависимости от результатов диагностики качества его усвоения.

Для эффективной работы по созданию «контента» применяемые программные средства должны соответствовать ряду функциональных, организационных, технических и специальных требований. Функциональные требования заключаются в возможности использования электронных учебных материалов в соответствии с их главным назначением - формированием у студентов необходимых знаний и навыков; организационные - определяются требованиями практического характера, обусловливаю-

244

щими успешное обучение; технические - предусматривают удобство ввода-вывода информации, а также обеспечение быстродействия программного продукта; специальные - предусматривают учет специфики и возможностей информационных технологий, которые должны быть реализованы при проектировании.

Кроме общих, выделяют и некоторые частные требования, которым должны соответствовать современные программные средства для успешного формирования «контента»:

• возможность гипертекстового и мультимедийного представ-ления информации;

• единый подход к подбору иллюстративного материала;• учет психолого-педагогических требований и индивидуальных

способностей студентов;• унификация в использовании терминологии и обозначений;• учет междисциплинарных связей и преемственность материала;• комфортность в работе за счет создания дружественного ин-

терфейса.

Одним из лучших примеров программных продуктов, ори-ентированных на проектирование электронных версий учебных изданий в сочетании со средствами контроля, является программно-технологический комплекс TeachPro. Благодаря развитым средствам диагностирования и оперативного управления последовательностью предоставления учебного материала созданный в среде «контент» позволяет вести обучение в независимом интерактивном режиме и сочетать его с высокой наглядностью используемых мультимедийных учебных материалов. Система управляет учебным процессом, задаются контрольные вопросы и тестовые задания, ведется статистика завершенности и успешности этапов обучения для каждого студента.

Отличительными особенностями технических и дидактических характеристик обучающих программ, созданных по технологии TeachPro, являются:

• интерактивность процесса обучения, которая может реали-зовываться как на локальном компьютере, так и под управ-лением сервера;

• наличие средств и технологий для хранения и управления большими объемами учебного материала;

245

• универсальность и возможность вести проектирование для большинства учебных дисциплин гуманитарной и технической направленности;

• технологичность, малозатратность и возможность быстрого перевода исходных учебных материалов в полнофункциональ-ный электронный проект;

• открытость и возможность включения дополнительных мо-дулей для организации дистанционного образования.

В настоящее время ООО «Мультимедиатехнологиии дистан-ционное обучение» (проектировщик TeachPro) ведет разработку программного обеспечения для поддержки полномасштабного дистанционного обучения. При этом планируется, что разраба-тываемые программные средства обеспечат ряд функциональных требований:

• получение, хранение и ведение баз данных с персонифици-рованной информацией об учебном процессе, которая гене-рируется интеллектуальной обучающей системой, располо-женной на персональном компьютере студента;

• управление запросами пользователей - как студентов, так и преподавателей - с учетом правовых аспектов доступа к ин-формации;

• поддержка аудио- и видеоконференций между преподавате-лями и студентами, а также между группами студентов;

• создание и ведение электронной библиотеки и банка элект-ронных учебников.

Помимо TeachPro существуют и другие программные средства для формирования «контента», которыми могут воспользоваться разработчики программной среды дистанционного обучения. Однако опыт 000 «Мультимедиатехнологии и дистанционное обучение», накопленный при создании электронных учебников серии TeachPro, свидетельствует, что в случае успешности проекта фирмы проектировщики продолжают работу и к существующим возможностям по проектированию «контента» включают в свои разработки дополнительные модули, свойственные многофункциональным приложениям, ориентированным на создание полномасштабных проектов дистанционного обучения. Поэтому, если изначально планируется обучение студентов дистанционно, правильнее ориентироваться сразу на комплексные программные продукты, позволяющие проектировать все программные составляющие дистанционного обучения.

246

Комплексные программные средстваВ последние годы наряду с широким внедрением дистанционного

обучения в учебный процесс высшей школы разработан и успешно эксплуатируется ряд систем, обеспечивающих поддержку всей технологической цепочки создания и сопровождения дистанционных курсов:

• формирование «контента» в соответствии с принятой кон-цепцией обучения и способом предоставления учебного ма-териала;

• доставка материалов в режиме реального времени (видео- и аудио-оп-Ппе-конференции, IP-телефония, беседы (chat), вир-туальный класс), по согласованным графиками или запросам участников (электронная почта, доска объявлений, передача файлов через глобальные, локальные сети и на CD-носителях);

• контроль успешности обучения, оценивание, тестирование, ведение спецификаций и «личных» дел студентов;

• планирование процесса обучения, составление графиков взаимодействия и совместной работы;

• управление дистанционным взаимодействием (on-line-регис-трация, ведение справочной информации, контроль процесса взаимодействия);

• администрирование (идентификация, аутентификация и раз-граничение доступа, мониторинг ресурсов, удаленный доступ).

Наиболее известными зарубежными представителями этих средств являются LearningSpace (Lotus Corporation), Virtual-U (Virtual Learning Environments Inc.), FORUM (Forum Enterprises), Learning Server (Data Beam), Web-CT (University of British Columbia), Symposium (Centre Corporation), First Clrss (SoftArc Inc.), Top Class (WBT Systems Inc.) и др.

Программный продукт Lotus Learning Space Release 4.0 пред-ставляет собой новейшую платформу дистанционного обучения, которая поддерживает три возможных режима обучения:

1) совместное обучение в режиме реального времени;2) дистанционное взаимодействие в сочетании с совместным

асинхронным обучением;3) самостоятельное контролируемое обучение.

247

LearningSpace 1.0 состоит из двух основных модулей:

1) LearningSpace Core (базовый модуль) - поддерживает прове-дение дистанционных курсов, обеспечивает контроль и уп-равление процессом дистанционного обучения;

2) LearningSpace Collaboration - обеспечивает проведение кол-лективных учебных мероприятий в форме офф-лайновых дискуссий и «виртуальных классов» в реальном времени.

Каждый из этих модулей обеспечен взаимодействием с пятью специализированными базами данных:

1) Schedule - база данных, обеспечивающая взаимодействие центрального модуля системы с остальными компонентами, позволяющая просматривать учебные материалы и ознако-миться со структурой учебного курса;

2) MediaCenter - база учебных мультимедиа данных. Кроме того, позволяет получить доступ к сторонним Интернет-ресурсам и может хранить дополнительную информацию, которая выходит за рамки курса обучения и позволяет проводить ин-дивидуальные исследования;

3) CourseRoum - база данных, предназначенная для реализации интерактивного взаимодействия, в ходе которого студенты ведут дискуссии между собой и с преподавателем, а также совместно решают задачи и выполняют различные задания;

4) Profiles - база данных, которая содержит информацию об обучаемых и преподавателях, в том числе данные для контактов (адрес, номер телефона и т.д.);

5) Assessment Manager - является средством, с помощью которого преподаватели оценивают результаты работы студентов и сообщают им результаты оценки. Материалы для контрольных работ, зачетов и экзаменов направляются через базу данных Schedule, а выполненные работы передаются для проверки по электронной почте в базу данных Assessment Manager.

Программа LearningSpace построена с учетом принципов многоуровневой архитектуры, использует открытые стандарты, совместима практически с любым типом корпоративных инфор-мационных систем. Полнота заложенных в программу возможностей, интуитивно-понятный интерфейс и простота интеграции дополнительных программных модулей делают ее привлекательной для участников учебного процесса.

248

Для эксплуатации системы Lotus Learning Space обязательной является установка базового программного обеспечения -сервера Lotus Domino. Весьма желательна также установка среды разработки приложений Lotus Notes.

Virtual-U - серверное программное обеспечение, предназначенное для дистанционного обучения через Интернет. Поддерживает интегрированную среду виртуальной классной комнаты, средства разработки «контента» учебных курсов и управления процессом обучения. Это структурированный многомодульный и многофункциональный пакет, в состав которого входит большой набор базовых и вспомогательных компонентов.

В соответствии с назначением в составе Virtual-U выделяют следующие структурные базовые компоненты:

• Course Structuring Tool - предназначен для создания муль-тимедийных учебных материалов на основе встроенных шаб-лонов. Разнообразие существующих шаблонов и возможность их пошаговой адаптации позволяют создавать учебные мате-риалы, в наибольшей степени соответствующие задачам обу-чения. Набор инструментальных средств для работы с видео- и фотоизображениями, обработки аудио- и текстовых файлов позволяет обеспечить иллюстративность и высокую наглядность учебные материалов;

• Gradebook - управляет базой данных о выполненных студен-тами учебных заданиях и общей успеваемости. Позволяет сопоставить результатов работы студента с учебными планами по каждой из планируемых для изучения дисциплин и на основе выполненного анализа предусмотреть целевые учебные процедуры;

• V-Groups - компонент, назначение которого состоит в струк-турировании учебных групп, проведении совместных и ин-дивидуальных занятий в соответствии с целями и задачами обучения;

• System Administration Tools - средство администрирования среды обучения, создаваемой на основе Virtual-U.

Опыт эксплуатации LearningSpace, Virtual-U и других систем свидетельствует об определенных проблемах с локализацией, в частности, с поддержкой русского и украинского языков. Как правило, они имеют высокую начальную стоимость и затруднена техническая поддержка со стороны разработчиков.

249

В большинстве вузов Украины преимущественное распрост-ранение получили системы дистанционного образования российских и отечественных разработчиков.

Наиболее известным проектом российских разработчиков является система дистанционного обучения «Прометей» (www.prometeus.ru). Эта система позволяет создавать мультимедийные дистанционные курсы, которые могут распространяться также и на компакт-дисках. Система «Прометей» разрабатывалась на основе модульной архитектуры, благодаря чему может быть создана оптимальная конфигурация, она легко расширяется, модернизируется и масштабируется.

Основными модулями системы «Прометей» являются авто-матизированные рабочие места участников дистанционного обучения (АРМ администратора - ; АРМ организатора - ; АРМ тьютера - ; АРМ слушателя - ) и специализированные подсистемы, реализующие специфические функции (). Кроме того, имеется стандартный набор WEB-страниц, содержащий справочную информацию о предоставляемых образовательных услугах.

В основе системы «Прометей» лежит традиционный механизм взаимодействия серверной части и клиентской программы. Сервер реализует множественные функции поддержки и сопровождения учебного процесса. При этом «удаленные» студенты не только готовятся к экзаменам по электронным учебникам, но и имеют возможность участвовать в дистанционных совещаниях, электронных аудио- и видеоконференциях, групповых решениях, чатах и т.п. При этом понятие сервера не ограничивается физически выделенным компьютером с установленным программным обеспечением. Учебные серверы в любом количестве могут быть разнесены территориально по различным регионам, без каких-либо нарушений целостности учебного процесса.

Схожими по реализуемым функциям являются и некоторые другие программные средства, созданные российскими разработчиками (Distance Learning Studio - программная оболочка Санкт-Петербургского отделения института «Открытое общество», ОРОКС - проект Московского областного центра новых информационных технологий и другие). Они занимают определенную нишу в российском сегменте образовательных услуг, однако имеют ограниченное распространение в высших учебных заведениях Украины.

250

Среди систем дистанционного обучения, разработанных в Украине, следует отметить систему МЕНТОР. Эта система не перегружена функциями, но решает главные задачи управления обучением: обеспечение студентов учебными материалами, учет успеваемости и автоматизированный контроль знаний. При этом она нетребовательна к ресурсам, нуждается в минимальных усилиях по поддержке и находится в нижней части ценовой шкалы, ибо использует только бесплатное программное обеспечение (JDK времени выполнения, Web-сервер Tomcat, СУБД MySQL).

В ряде других университетов Украины, в частности в Сумском государственном университете, также разрабатывают собственные программные продукты для управления дистанционным обучением. Эти программные продукты аналогичны рассмотренным выше, но учитывают специфику университетов, а также последние тенденции в развитии информационных технологий.

Одновременно с этим отметим, что все перечисленные комп-лексные программные средства, во многом решая проблемы орга-низации дистанционного обучения и его технологического оснащения, почти не содержат инструментов для проектирования специализированных модулей, ориентированных на обучение студентов инженерных специальностей практическим умениям и навыкам работы, в то время как специфика инженерного образования очень часто ставит разработчиков дистанционных курсов перед необходимостью проектирования различного рода электронных тренажеров, имитаторов, интерактивных фотореалистичных моделей и других средств освоения студентами профессиональных приемов работы.

Из известных в настоящее время предложений специализи-рованных программно-технических средств, используемых для практического обучения студентов, следует отметить как имеющие определенную перспективу учебные комплексы для подготовки специалистов в области эксплуатации технологических машин с системами числового программного управления. Например, компанией Intelitek (Манчестер, США) разработаны многоуровневые обучающие системы на базе технических комплексов из специально разработанных полнофункциональных моделей учебных металлообрабатывающих станков, промышленных роботов, автоматизированных сборочных стендов,

251

контрольных и транспортных машин. Они объединены в меха-носборочные модули и работают под управлением центрального и(или) периферийных процессоров, для которых студенты проектируют управляющие программы. Отработка управляющих программ ведется в режиме реального времени, а за их исполнением студенты наблюдают на своих мониторах посредством мультимедийных онлайновых сетевых технологий. При этом принципиально неважно, где находится учебный компьютер, на котором студенты разрабатывали управляющие программы и наблюдали за их исполнением.

Описанные технические решения из-за высокой стоимости имеют ограниченные возможности применения в технических университетах Украины (даже при условии возможной корпорации сразу нескольких вузов из разных регионов). Кроме того, относительно невысокие скорости доступа к глобальным компьютерным сетям не позволяют вести онлайновое наблюдение за реализуемым технологическим процессом, и в силу этого в определенной степени теряется привлекательность использования для дистанционного обучения.

Таким образом, можно констатировать, что в распоряжении разработчиков дистанционных курсов имеется достаточно уни-версальных и специализированных программных средств, которые позволяют создавать эффективные учебные комплексы. Однако нельзя не отметить, что дистанционное обучение инженерным специальностям по-прежнему находит ограниченное применение, в том числе и из-за отсутствия универсальных методических рекомендаций, позволяющих решать такие специфические задачи, как обучение студентов практическим умениям и навыкам профессиональной работы.

252

Г л а в а 4

Графо-ориентированные задачи дистанционных обучающих систем

Инженерное образование, в отличие от гуманитарного, имеет специфику, связанную с необходимостью приобретения студентами практических умений и навыков профессиональной работы. Такие навыки формируются в процессе проведения практических занятий на станках, стендах, в лабораториях и т.д. В системе дистанционного образования эти работы в определенной степени заменяются автоматизированными лабораторными практикумами удаленного доступа. Использование современных технологий проектирования виртуальной реальности позволяет создавать автоматизированные практикумы, имитирующие работу дорогостоящего стендового оборудования и реальных производств. При этом из-за высокой стоимости аппаратно-программного обеспечения наибольшее распространение получили только модели, действующие на органы зрительного и слухового восприятия, а остальные органы чувств, как правило, остаются незадействованными. Как следствие, получить абсолютно достоверную имитацию работы на виртуальной модели не удается и в большинстве случаев полностью отказаться от проведения реальных лабораторных работ не представляется возможным. Имитационное моделирование широко применяется при разработке мультимедийных курсов, особенно для создания различных анимационных сюжетов. Его применение оправдано для демонстрации или модельной иллюстрации изучаемых явлений в их развитии, сложных материальных процессов, наблюдение за которыми в реальных условиях невозможно, а также для создания моделей изучаемого явления, которые требуют активной работы самого студента. Компьютерные модели имеют дополнительные

253

возможности по сравнению с традиционными: они более наглядны, позволяют изучать явления, непосредственное восприятие которых затруднено, а также дают возможность познакомить студентов с ходом выполнения не только утилитарно-практических, но и мыслительных экспериментов. В целях обучения могут создаваться компьютерные игры, в которых необходимо выполнить соответствующие расчеты или принять обоснованное решение с использованием знаний, полученных при изучении данного объекта. Кроме того, для обучения создаются тренажеры, имеющие более узкую область применения и не предназначенные для таких широких целей, как лабораторные работы, но в то же время обеспечивают возможность получения общего представления о выполняемой работе и тренинг, в объеме, достаточном для приобретения определенных навыков.

Общее требование для всех случаев применения компьютерных моделей состоит в том, что модель должна быть адекватна изучаемому явлению и наглядна. Что касается интерфейса лабораторного практикума, то он как раздел методических указаний для проведения практических работ может быть представлен в виде электронной модели, изображение которой максимально фотореалистично, а сама модель имеет элементы управления для отработки соответствующих управляющих воздействий. Имитационная модель часто дополняется заданием на выполнение и формой электронного отчета о проделанной работе, в отдельных полях которой располагаются результаты на-блюдений или расчетов.

Не менее важным для решения графоориентированных задач проектирования дистанционных обучающих систем является и то обстоятельство, что студенты инженерных специальностей в своей повседневной учебной деятельности постоянно сталкиваются с необходимостью углубленной работы с графической информацией. Очень часто исходные данные для выполнения учебных заданий представлены в виде различного рода чертежей, схем, моделей, графиков или каких-либо других графических элементов. Кроме того, нередко графическая информация является не только исходным заданием на проектирование, но и его конечным результатом, представленным в виде чертежей машин, механизмов или их отдельных узлов.

Проанализировав структуру значительного числа уже созданных электронных учебников по дисциплинам инженерного про-

254

филя, можно сделать заключение, что целями применения средств компьютерной графики в большинстве случае являются:

• приобретение студентами основных навыков восприятия гра-фической информации, ее считывания и адаптации для при-нятия проектных решений;

• освоение студентами методов компьютерного моделирования отдельных деталей, узлов, машин и механизмов - от кон-цептуального проектирования до сертификации готовой про-дукции;

• практическое применение студентами методов компьютерной инженерии, т.е. совокупности методов и средств практического решения инженерных задач, обычно выполняемых в реальных производственных условиях с помощью средств вычислительной техники.

Для достижения первой цели при дистанционном обучении студентов инженерных специальностей обычно достаточно применения тех же методов и средств, что и при создании большинства мультимедийных учебников любой направленности: проектируемые электронные методические материалы должны содержать графическую информацию в необходимом для изучения объеме и форме, а программные средства - обеспечивать возможность ее внедрения, а затем и воспроизведения в виде, удобном для обучения.

При выборе средств обучения геометрическому моделированию в последнее время в основном останавливаются на тех из них, которые позволяют выполнять трехмерное моделирование объектов с решением при этом следующих частных задач.

I.Создание объемно-графического представления об объекте моделирования.

Визуальная оценка внешнего вида, общей цельности и логичности изделия, адекватности восприятия задуманного реальному образу - важная часть разработки любого технического проекта. Современные программные средства дают возможность создавать трехмерные изображения высокого уровня точности и качества. Трехмерное моделирование позволяет оценить, насколько именно такая конструкция соответствует внутренним представлениям конструктора об изделии, выразить интуитивные представления о целесообразности тех или иных проектных решений. С помощью объемных моделей можно избежать

255

ошибок, связанных с невозможностью целостного зрительного восприятия проектируемого объекта.

2. Проверка геометрических ралмеров и формы.Предполагает проверку соответствия спроектированного

объекта геометрическим размерам и форме, их соотношения с геометрией сборочной единицы или изделия в целом. В частности, трехмерное моделирование позволяет сначала визуально, а затем и расчетом проверить, есть ли в конструкции нежелательные зазоры или объемы, занятые одновременно несколькими деталями, т.е. такие элементы, которые и без дополнительного анализа могут считаться признаками неработоспособности изделия. Наглядные ответы на подобные вопросы дает трехмерная модель.

3. Внешний вид и эстетическое представление.Эстетике изделия придается немаловажное значение в большинстве

технических проектов, выполняемых в последнее время. Поэтому системы трехмерного моделирования используются, в том числе и для обучения студентов художественному проектированию. Известно, что даже при наличии идеальных чертежей оценить объективность представления о несуществующих объектах крайне сложно. Трехмерное моделирование дает возможность удостовериться в необходимости наличия тех или иных элементов, гармонии визуального представления создаваемого изделия, а также обрести уверенность в правильности и реальности задуманного воплощения умозрительных идей.

4.1. Представление графической информации

4.1.1. Растровая, векторная и фрактальная графика

Как известно, графическое изображение на экране монитора представляет собой набор распределенных по строкам и столбцам точек (пикселов), формирующих определенное изображение. Поэтому любое визуализируемое изображение в конечном счете должно быть приведено к прямоугольной матрице, содержащей информацию о свойствах пикселов. По способу представления информации о пикселах различают графику растровую, векторную и фрактальную.

Растровые графические изображения формируются в процессе преобразования графической информации из аналоговой

256

формы в цифровую. Например, в процессе сканирования рисунков, чертежей, схем, фотографий, при использовании цифровых фото- и видеокамер и т.д. Можно создать растровое графическое изображение и непосредственно на компьютере с использованием графического редактора. В растровой графике информация о каждом пикселе хранится как отдельная последовательность битов. В каждой последовательности битов содержится информация о том. как должен выглядеть пиксел при печати или на экране монитора (цвет, яркость, контрастность, другие визуальные характеристики). Формат записи ин-формации в файлы растровой графики наиболее близок к той форме, в которой формируется изображение на экране монитора. Поэтому при воспроизведении изображения выполняется минимум операций и если информация хранится не в сжатом виде, то после считывания она передается непосредственно драйверу монитора.

В отличие от растровой графики в файлах векторной графики содержится математическое описание построения изображения. В соответствии с приведенными алгоритмами графическое изображение воспроизводится на экране монитора. Таким образом, векторная иллюстрация - это набор геометрических примитивов (простейших объектов, таких, как линии, окружности, многогранники и тому подобное), использующихся для создания более сложных изображений. Построение ведется по координатам: отрезок строится по двум точкам, которые соединяются по кратчайшему пути, для дуги задаются координаты центра окружности и радиус и т.д. Каждому примитиву можно назначить определенные атрибуты (свойства) - толщину и цвет линии, разнообразные цветовые заливки. Векторные графические изображения могут быть увеличены или уменьшены без потери качества. Это возможно, так как масштабирование изображений производится путем умножения параметров графических примитивов на коэффициент масштабирования. Помимо высокого качества трансформации объектов к ее преимуществам следует отнести сравнительно небольшие размеры файлов и независимость от разрешения печатающего устройства или монитора.

Однако создание на основе векторной графики фотореалистичных изображений является очень трудоемким процессом и требует особых навыков и техники. Многие устройства вывода,

257

включая мониторы и большинство типов принтеров, являются растровыми устройствами. Это означает, что все объекты должны быть преобразованы перед выводом в растровую форму.

Часто векторные форматы могут также содержать внедренные в файл растровые объекты или ссылку на растровый файл (технология OPI). Сложность при передаче данных из одного векторного формата в другой заключается в использовании программами различных алгоритмов, разной математики при построении векторных и описании растровых объектов. Существует и так называемый формат метафайла, в котором сделана попытка объединить свойства как векторного, так и растрового форматов файла. В операционной системе Windows такой формат поддерживается практически всеми программами, так или ина-че связанными с векторной графикой, он служит для передачи графической информации через буфер обмена. Однако, несмотря на кажущуюся привлекательность для использования, формат метафайлов искажает цвет, не позволяет сохранять ряд параметров, которые могут быть присвоены объектам в различных векторных редакторах.

Менее распространенной, но весьма перспективной является фрактальная графика. Фрактал - это объект, отдельные элементы которого наследуют свойства родительских структур. Самыми известными фрактальными объектами являются структурированные деревья: от каждой ветки ответвляются меньшие, похожие на нее, от тех - еще меньшие и т.д. По отдельной ветке математическими методами можно проследить свойства всего дерева. Фрактальными свойствами обладают многие природные объекты, например, по фрактальным алгоритмам формируется кристаллическая решетка металлов и сплавов. Элементы фрактальной графики находят применение в различного рода расчетных программах, использующих алгоритмы конечно-элементного анализа, когда визуальное представление сложной пространственной модели выполняется однотипными геометрическими примитивами, при аппроксимации криволинейных поверхностей, например окружности л-мерным многоугольником, и т.п.

Во фрактальной графике появление новых элементов меньшего или большего масштаба происходит по простому алгоритму, который описывается ограниченным количеством математических уравнений. Вся информация, необходимая для воспроизведения фрактала, занимает всего лишь несколько десят-

258

кон байтов. Отсюда несомненным преимуществом фрактальной графики является то, что графические файлы имеют значительно меньший размер, даже по сравнению с векторной графикой.

4.1.2. Форматы пиксельной графики

В настоящее время не существует единых подходов для сохранения информации о свойствах пикселов в графических файлах, в связи с чем существует большое число форматов для записи файлов растровой графики.

Самый простой растровый формат BMP (Windows Device Independent Bitmap). В BMP данные о цвете хранятся в модели RGB (Red, Green, Blue). При зтом поддерживаются как индексированные цвета (до 256 цветов), так и полноцветные (более 16 миллионов оттенков) изображения, причем в режиме индексированных цветов возможно кодирование с переменной длиной строки (Run Length Encoding). Благодаря упрощенному алгоритму записи изображения при обработке файлов формата BMP требования к системным ресурсам не являются лимитирующими. Распознается браузерами типа Internet Explorer, но в дистанционных курсах, построенных на WEB-тех.нологиях, находит ограниченное применение из-за большого размера графи ческих файлов, созданных с использованием этого формата. Без компрессии размер файла оказывается близок к максимально возможному.

До недавнего времени одним из самых популярных форматов для графических файлов, ориентированных на применение в WEB-графике, считался формат GIF (CompuServe Graphics Interchange Format). He зависящий от аппаратного обеспечения, формат GIF был разработан в конце восьмидесятых годов прошлого столетия специально для передачи растровых изображений по компьютерным сетям. Небольшие размеры файлов изображений обусловлены применением алгоритма сжатия LZW (Lempel-Ziv-Welch), по которому одинаковые последовательности пикселов помечаются более короткими маркерами, и затем в соответствии с ними изображение восстанавливается без потери качества. При этом лучше сжимаются изображения с последо-вательностями одинаковых цветов по горизонтали, то есть картинка с горизонтальными полосками при прочих равных условиях будет занимать меньше места, чем картинка того же

259

размера, заполненная вертикальными полосками. Достоинством формата является возможность чересстрочной загрузки изображений (режим interlaced), благодаря чему, загрузив только часть файла, можно увидеть изображение целиком, но с меньшим разрешением. Форматом предусмотрены также дополнительный альфа-канал для реализации эффекта прозрачности и возможность хранить в одном файле несколько картинок с указанием времени показа каждой из них и выдержки, в течение которой будет отображаться картинка (эффект анимации).

Высокая информационная емкость формата достигается, в том числе, и за счет ограничения в количестве цветов (не более 256), что, с одной стороны, является достоинством формата (метод LZW наиболее эффективен при сжатии графических изображений с ограниченной цветовой палитрой), а, с другой стороны, делает невозможным сохранение полноцветных фотографических изображений. Вследствие этого, а также ряда других причин, в последних разработках дистанционных курсов формат находит уже не такое широкое применение.

На смену формату GIF приходит новый популярный формат PNG (Portable Network Graphics), который заявлен в качестве еще одного сетевого стандарта. В нем для сжатия без потери качества используется алгоритм Deflate, дающий значительно лучшие, чем алгоритм LZW, результаты, особенно для полноцветных изображений большого размера. При этом для плавного отображения картинки по мере ее загрузки используется двумерная чересстрочная развертка, и изображение проявляется постепенно не только по строкам, но и по столбцам. Глубина цвета может быть любой, вплоть до 48 бит. Начиная с подфор-мата png24 (цифры означают глубину цвета), реализована поддержка 256 градаций прозрачности за счет альфа-канала с до-полнительными градациями серого. С помощью этой функции полупрозрачный рисунок может выглядеть одинаково не только на монохромном фоне, но и практически на любом другом, включающем до 256 цветов. Кроме того, форматом предусмотрена запись информации о гамма-коррекции, характеризующей зависимость яркости свечения экрана монитора от его физических параметров. Значение коэффициента гамма-коррекции, считанное из файла, позволяет ввести поправку яркости, благодаря чему возможно одинаковое отображение графической информации независимо от аппаратуры пользователя.

260

Формат PNG поддерживается большинством современных браузеров, например, Internet Explorer, начиная с версии 1 для Windows и с версии 4.5 на Макинтош. Тем не менее до сих пор в них не реализована поддержка таких важных функций формата, как плавно переходящая прозрачность и возможность гам-ма-корекции. Поскольку формат создавался для поддержки сетевых технологий, в его заголовке не зарезервировано место для дополнительных параметров типа разрешения, и поэтому он малопригоден для разработки печатных методических указаний. Кроме того, формат PNG значительно уступает своему предшественнику (GIF) в тех случаях, когда речь идет о мелких элементах оформления, таких, как кнопки, рамки и т.п. Проблема заключается в том, что в графическом файле описание палитры цветов занимает около 1 Кб, что порой бывает сопоставимо с размером самого изображения.

Самый популярный формат для растровых фотографических изображений JPEG (Joint Photographic Experts Group) является общепризнанным сетевым стандартом и может хранить 24-битовые полноцветные изображения. Для сжатия им применяется одноименный алгоритм, который учитывает особенности зрительного восприятии, когда более крупные детали изображения кажутся более заметными (используется представление блока пикселов 8x8 одним цветом, и для каждого блока формируется набор чисел - первые числа представляют цвет блока в целом, а последующие отражают мелкие делали). В этом формате следует сохранять только конечный вариант работы, потому что каждое пересохранение приводит ко все новым потерям (отбрасыванию) данных и, как следствие, к недопустимым искажениям цветовой гаммы изображения. При этом, чем выше степень сжатия, тем больше данных отбрасывается и тем ниже качество. Тем не менее при разовом сохранении файла почти всегда можно подобрать такой уровень компрессии, при котором в изображении будут минимальные, практически незаметные для человеческого глаза, потери качества.

Существует три подформата jpg - обычный, Baseline Optimized (файлы несколько меньше, но не поддерживаются старыми про-граммами) и Progressive (его файлы меньше стандартных, но чуть больше Baseline Optimized). Главная особенность Progressive JPEG - в поддержке аналога чересстрочного вывода. В то же время ни один из них не поддерживает анимацию или прозрачный цвет.

261

Кроме перечисленных, имеются и другие форматы для записи растровых изображений (Encapsulated PostScript, EPS, Tagged Image File Format TIFF, Truevision Targa Image File ТGA и др.). Однако в большинстве случаев они не могут быть рекомендованы для создания графо-орнснтнрованных разделов инженерных дистанционных курсов, т.к. или устарели и не поддерживаются современными версиями сетевых браузеров, или не обеспечивают вынужденного компромисса между максимально возможной степенью сжатия графических файлов для их передачи внутри сети и современными требованиями к качеству иллюстраций.

В последнее время появились сообщения, что американская компания Allume Systems разработала новую технологию сжатия графических файлов, которая, как утверждается, позволяет уменьшить размер изображений на 28% без потери качества по сравнению с файлами в формате JPEG. Анонсированная эффективность сжатия выглядит вполне достоверной, так как известно, что теоретически допускается улучшение коэффициента компрессии современных версий формата JPEG примерно на 30 35%. Если это действительно так, то появление нового стандарта может стать хорошей основой для даль-нейшего совершенствования электронного методического обеспечения дистанционного обучения инженерным специальностям, использующим растровые форматы для отображения графической информации.

4.1.3. Создание графических моделей

Основы векторной графики. Создания виртуальных моделей, используемых в курсах дистанционного обучения, в подавляющем большинстве случаев ведется с применением технологий векторной графики. Отличаясь в методах и средствах проектирования, основа этих технологий остается неизменной: создаются графические примитивы, которые путем разнообразных, в ряде случаев специфичных, преобразований приводятся к виду, максимально близкому к трехмерному изображению натурного образца.

Все многообразие графических примитивов, с которыми работают в векторной графике, описывается аналитически с использованием декартовой или полярной системы координат. В

262

этих системах точка задается двумя (плоская задача) или тремя (объемная задача)числами,одно-значно определяющими положение точки на плоскости или в пространстве. В то же время при выполнении автоматизированных графических построений часто необходимо использовать однородные координаты, требу-ющие для однозначного задания точки на одну координату больше, чем обычно.

На рис. 4.1 показана система координат, на которой точке М с координатами (х; у) в евклидовой плоскости Р ставится в соответствие точка М' с координатами (X; у; z) в пространстве V. Очевидно, что вектор, соединяющий начало координат с точкой М', однозначно определяет ее положение на евклидовой плоскости Р'. Из проективной геометрии известно, что для задания направляющего радиус-вектора (вектора, соединяющего точку с началом координат) достаточно трех чисел: X,, Х2, Х3. И, следовательно, определив эти числа, можно задать положение точки М и ее проекции М'.

Отметим, что декартовы координаты (х; у) и обобщенные X,, Х2, Х3 связаны отношениями

Следовательно, для уменьшения объема вычислительных операций можно положить Х3 = 1. Применение обобщенных координат наиболее эффективно в операциях масштабирования, при замене (подбором Х3) операций с плавающей запятой на операции с целочисленными значениями, для аффинных преобразований на плоскости и пространстве, в ряде других случаев.

Определение точки в компьютерной графике является ключевым, так как любой графический примитив более высокого порядка, чем точка, строится по характерным точкам. Например, при построении отрезка можно использовать уравнение прямой, заданной в виде:

263

Рис. 4.1. Однородные координаты

• общего уравнения прямой:

• уравнения прямой, проходящей через две точки:

• параметрического уравнения прямой:

или в любом другом виде, существующим в аналитической геометрии. В любом случае для перехода от уравнения бесконечной прямой к конкретному отрезку, определяющему форму объекта проектирования, необходимо задать координаты точек начала и конца отрезка или явно, или в виде ограничений для х

Аналогично следует подходить и к математической интерпретации всех остальных примитивов, которые также описываются соответствующими функциональными зависимостями. При этом, чем больше разновидностей функциональных зависимостей, тем большее число альтернатив необходимо закладывать при создании виртуальной модели и тем больший объем вычислений необходимо выполнить при построении и трансформации примитивов. Поэтому, как правило, оправданным будет стремление свести все многообразие графических примитивов к ограниченному числу вариантов и описывать их обобщенными функциональными зависимостями.

Для описания пространственных линий используются кривые второго и третьего порядка, а для описания пространственных форм - соответствующие виды поверхностей и объемы.

Общее уравнение кривой второго порядка

может быть использовано для описания любого частного случая, если положить

264

Тогда для параболы гиперболы эл-липса (у окружности дополнительно ).

Важное место в задании геометрической формы объекта про-ектирования занимают кривые в виде сплайнов. Они используются для отрисовки сложных нерегулярных форм, которые в большинстве случаев и присущи реальным деталям машин. Основными требованиями, предъявляемыми к сплайнам со стороны геометрии изделий машиностроения, являются гладкое описание массива координатных точек, задающих формообразующую кривую, и такое математическое представление кривой, которая, с одной стороны, позволит использовать ее в большинстве автоматизированных проектировочных работ при минимальном искажении формы, и, с другой стороны, объем необходимых вычислений не будет чрезмерным.

Простейшим способом задания нерегулярных форм является кривая, описываемая интерполяционным многочленом Лаг-ранжа, для функции, представленной массивом с неравномерным приращением абсциссы:

Однако ее использование влечет за собой большое количество вычислений (степень многочлена Лагранжа всего на единицу меньше числа точек, через которые надо провести кривую, а при замене любой из точек необходимо весь процесс вычислений повторить) при относительно невысокой точности аппроксимации.

Значительно большее распространение для задания нерегулярных форм при проектировании виртуальных моделей получили сплайн-кривые, описываемые интерполяционной кубической функцией

265

В отличие от интерполяционного многочлена Лагранжа кубический сплайн задается для каждого из интервалов , и поэтому редактирование сплайна не всегда приводит к пересчету функции во всем диапазоне от до . Так как на каждом из интервалов , сплайн определяется четырьмя коэффициентами, то для его полного построения необходимо найти всего An чисел (они находятся с учетом граничных условий и исходя из условия непрерывности второй производной на каждом из интервалов).

Другим способом задания кубической кривой является ее параметрическая запись:

Значительно сократить объем вычислений при построении нерегулярных кривых позволяет использование сглаживающих функций. Их применение оправдано, если к кривой не предъявляются требования обязательного прохождения через все точки массива. К числу таких функций относятся кривые Безье, В-сплайны и др. Для их построения разработаны многие эффективные методики с существенно меньшим числом вычислительных процедур.

Пространственные формы задаются аналогично. При этом соответственно используются следующие общие уравнения:

• плоскости:

• поверхности второго порядка:

• бикубической поверхности, заданной параметрически (приведено только уравнение для х, т.к. уравнения для у и г выглядят аналогично):

266

Кроме того, используются также специальные типы поверхностных форм:

1. Поверхности типа экструзий. Название происходит от англ. extrusion - выдавливание, которое и поясняет способ получения экструзийных поверхностей: путем математического задания одной линии (образующей) и ее распространения вдоль другой линии (направляющей), представленной такой же или любой другой функцией. При этом поверхности вращения, которые также относятся к данному типу, задаются как набор боковых поверхностей «выдавленных» усеченных конусов, примыкающих друг к другу торцами.

2. Полигональная сетка. Представляет собой сетку из мно-гоугольников неправильной формы, причем смежные вершины и ребра соседних многоугольников являются общими для любого участка сетки. Каждый многоугольник сетки может быть задан:

• набором координат его вершин:

• набором указателей в списке вершин:

• набором ребер:

или другим способом. Выбор варианта для описания полигональной сетки определяется требованием минимизировать объем необходимых вычислений, например, за счет устранения дублирования при включении в модель смежных вершин или ребер, и зависит от характера решаемой задачи.

3. Фрактальные поверхности. Это поверхности, форма которых не может быть описана непрерывной функцией и поэтому задается статистически в виде набора сопряженных между

267

собой неправильных многоугольников, длина граней каждого из которых назначена случайным образом. Закон распределения длин граней определяется из условия статистического подобия моделируемых поверхностей.

Каждый из способов задания поверхности может быть положен в основу построения объемных пространственных форм. При этом пространственная форма должна быть, задана замкнутой поверхностью (эллипсоид как разновидность поверхностной формы второго порядка уже сам по себе замкнутая поверхность, однако остальные поверхности независимо от способа их представления, как правило, требуют замыкания до объемной формы комбинацией необходимых поверхностей и выбором соответствующих плоских сечений).

Кроме того, при проектировании виртуальных пространственных моделей возникает потребность в трехмерном твердотельном моделировании, когда в качестве примитивов выступают сплошные тела, представляющие собой кубы, конусы, сферы, экструзийные тела, тела вращения и другие сплошные участки пространства конечных размеров, ограниченные одной или несколькими функционально описанными поверхностями. Такие примитивы можно объединять и вычитать, достигая еще большего разнообразия объемных моделей.

На рис. 4.2 показаны твердотельные модели деталей станочной оснастки, иллюстрирующие результаты применения некоторых из способов создания сложных пространственных форм.

Рис. 4.2. Примеры твердотельных моделей

268

Так, форме дистанционной шайбы соответствует непосредственно твердотельная модель цилиндра, а при проектировании цангового патрона использован целый набор форм и методов их создания. Окончательно модель патрона получена как результат булевых операций над твердотельными примитивами.

Независимо от степени сложности процедур применяемого математического аппарата и геометрической формы моделируемых с их помощью объектов, все они манипулируют с координатами конкретных точек. Поэтому любые виды редактирования геометрии или манипулирования с этими объектами сводятся, в конечном счете, к изменению взаимного положения характерных точек, по которым строится объект.

Как известно [102], изменение положения точки в плоской координатной системе (рис. 4.3) может быть выполнено пересчетом ее координат по таким формулам:

• сдвиг точки вдоль координатных осей (рис. 4.3а):

Рис. 4.3. Преобразования на плоскости:а) сдвиг; б) поворот; в) масштабирование; г) редактирование объекта (сдвиг,

поворот и масштабирование точек)

269

Последовательно применяя эти элементарные преобразования, можно осуществить любое редактирование координат отдельной точки и, следовательно, объекта в целом (рис. 4.3г).

Для комплексного редактирования, включающего все виды элементарных преобразований, необходимо выполнить операции сложения (сдвиг) и умножения (поворот и масштабирование) матриц. Чтобы выразить подобные преобразования в матричном виде, желательно, чтобы строки и столбцы матриц деформирования имели одинаковый размер (п = 3 - для плоской задачи и п = 4 -для объемной). Достигнуть этого можно, используя однородные координаты X1, Х2, Х3

[180]. Если положить Х3 = 1, то х = X , у = Х2, и тогда для плоской задачи соответствующие матрицы переноса, масштабирования и поворота примут вид:

Приведенные зависимости показывают, что во всех случаях операции преобразования точек, заданных матрицей обобщенных координат Т (х; у; 1), сводятся к умножению матрицы-

270

• поворот точки относительно начала координат (рис. 4.36):

• масштабирование вдоль координатных осей (рис. 4.3в):

строки координат (Т) на матрицу переноса , мат-рицу масштабирования или матрицу поворота

Следовательно, комплексное преобразование, вклю-чающее ряд элементарных, будет представлять собой произведение требуемых матриц. Например, поворот вокруг произвольной точки, который может быть выполнен последовательным переносом точки в начало координат, ее поворотом вокруг оси координат и обратным переносом в первоначальное положение, выражается произведением

Поступая аналогично тому, как это было сделано для плоской задачи, три координаты , задающие положение точки пространственной модели, заменяются четырьмя числами

, являющимися ее обобщенными пространственными ко-ординатами. Такой переход дает возможность воспользоваться матричной записью операций деформирования. Тогда матрицы трехмерного переноса, масштабирования и вращения вокруг координатных осей (OX, OY) будут записаны как:

Еще одним важным аспектом компьютерной графики, частично связанным с редактированием геометрических моделей, является решение вопроса о принадлежности модели к окну визуализации, задаваемому полем вывода. В общем случае возможны четыре случая:

1) координаты точек геометрического объекта не лежат в области окна визуализации, и он не должен отображаться. Ре-дактирование геометрической модели в этом случае не требуется, и задача сводится к определению факта отсутствия

271

общих областей у геометрической модели и у окна визуали-зации (сравниваются координаты контурных точек модели и отрезков на границе окна);

2) объект полностью помещается в окно визуализации, и пересчет координат геометрической модели не требуется;

3) объект полностью не помещается в окне визуализации или помещается только частично, однако должен быть отображен целиком. Здесь задача отображения объекта сводится к геометрическим преобразованиям (сдвиг, поворот, масшта-бирование), применяемым к точкам геометрической модели;

4) независимо от характера расположения объекта относительно окна визуализации должна быть показана только его часть.

Последний случай является наиболее сложным, поскольку помимо геометрических преобразований, которые становятся необходимыми для задания требуемого положения точек геометрической модели на поле вывода, следует также решить вопрос об отсечении невидимых участков модели, которые не подлежат выводу.

Очевидным для плоской задачи является решение системы уравнений

что позволяет найти точки пересечения линий с отрезками, оп-ределяющими границы окна визуализации. Уменьшить объем вычислений, необходимых для определения соответствующих точек пересечения, позволяет тот факт, что в задаваемой пользовательской системе координат, отрезки на границах окна визуализации, как правило, параллельны координатным осям, и, следовательно, система уравнений существенно упрощается и принимает вид для горизонтальных границ:

или для вертикальных границ:

272

После нахождения общих точек, принадлежащих одновременно и примитиву, и границам окна визуализации, пересчет геометрической модели для отсечения невидимых участков будет тривиальным.

Значительно более сложным является нахождение границ отображения пространственных объектов, что обусловлено от-сутствием третьего измерения у окна визуализации. Кроме того, сама задача построения математической модели в значительной степени определяется методом трансформации трехмерной объемной модели на двухмерное поле вывода.

Среди известных методов трансформации объемных моделей на плоскость более всего условиям компьютерного отображения трехмерных объектов машиностроения и, в частности, конструктивных элементов металлообрабатывающего оборудования удовлетворяют ортогональные плоские параллельные и плоские одноточечные центральные проекции.

Для получения ортогональной параллельной проекции точки на одну из проекционных плоскостей принципиально достаточно задать две из трех координат, определяющих положение точки в пространстве. В случае обобщенных координат соответствующие проекционные матрицы имеют вид:

Чтобы обеспечить более наглядное представление объемной модели на плоскости, нередко применяются аксонометрические проекции. В частности, применяются изометрические проекции, у которых координатные оси модели отображаются на плоскости под углом 120°, а масштабные коэффициенты по всем трем осям одинаковы. Здесь для проецирования можно применить матрицу преобразования

273

Аналогичным образом определяются матрицы преобразования для прямоугольных и косоугольных проекций. Например, для прямоугольной диметрической проекции, у которой ось ОХ наклонена к границам окна визуализации на угол OY - на угол

ось OZ перпендикулярна им и масшта-бируется в два раза:

He представляет сложности записать матрицу аксонометрического проецирования и ввести ее в общую формулу комплексного редактирования, включающую все виды элементарных преобразований. На рис. 4.4 показан пример поворота призматического объекта, его масштабирования, сдвига относительно центра координат и аксонометрическое проецирование. Матрица такого преобразования имеет вид

где для примера на рис. 4.4 принято , При этом для осуществления

редактирования объемной фигуры в целом производится пересчет координат всех ее точек с приложением матриц преобразования к каждой из точек.

Подобные формулы могут быть записаны и для любых других преобразований, включающих соответствующие матрицы

274

Рис. 4.4. Проекционные преобразования

проецирования. Однако подход к составлению матрицы проецирования для центральной проекции будет несколько отличаться от приведенных.

Связано это с тем, что линейные размеры объекта, изображаемого с помощью центральной проекции, изменяются в зависимости от его расстояния до центральной точки (рис. 4.5), причем это изменение пропорционально расстоянию до плоскости проецирования.

Так как для центральной проекции характерно следующее соотношение между координатами точки объекта и координатами проекции:

то длину аb = L можно считать ко-эффициентом пропорциональности и матрицу преобразований для цент-ральной проекции записать в виде:

Рис. 4.5. Центральная

проекция

275

Специфика центрального проецирования учитывается также и при определении видимой части изображения, которая должна быть отображена в окне визуализации, задаваемом полем вывода. Очевидно, что, как и в плоской задаче, для отсечения невидимых участков модели необходимо решить соответствующие системы уравнений, которые должны включать математическое описание пространственной формы и последовательно каждую из шести плоскостей, ограничивающих изображение. Для параллельных проекций эта задача значительно упрощается, так как плоскости, ограничивающие видимый объем, параллельны координатным плоскостям и описываются простыми уравнениями:

То же справедливо и в случае центральной проекции, когда видимый объем определяется плоскостями [172]:

Задача значительно упрощается, если все вычисления выполняются в рамках нормированных координат, приведенных к элементарному кубу с размерами: х = conctr = 1, у = conct = 1, z =const, = 1.

Создание фотореалистических изображенийПрактически всегда моделируемые физические объекты лучше

представлять как трехмерные, и поэтому для их формирования необходимо использовать соответствующие алгоритмы, формирующие объемные изображения на основе проекционной инженерной графики.

Среди всего многообразия способов создания объемных векторных моделей можно выделить три основных, получивших наибольшее распространение. Это модели, основанные на описании объекта сплошными поверхностями, ячеистыми поверхностями (типа «проволочная сетка») и сплошными геометрическими конструктивами.

Каждый из этих методов имеет свои достоинства и недостатки. Не рассматривая их, отметим, что в настоящее время наиболее разработанными и, как следствие, наиболее подходящими для создания трехмерных объектов векторной графики являются модели, созданные на основе сплошных геометрических кон-

276

структивов (solid-модели). При использовании solid-макетирования сложная пространственная модель формируется как совокупность примитивов более простой геометрической формы, сгруппированных посредством булевых операций (объединения, вычитания, пересечения и др.).

Такое моделирование также не свободно от недостатков -метод построения модели ограничен рамками булевых операций, усложнены создание и обработка объектов с поверхностями выше второго порядка или с поверхностями, заданными параметрически. Имеются и другие недостатки. В то же время ему присущи концептуальная простота, малый объем требуемой памяти, реальные требования по производительности операций вычислительного характера, принципиальная застрахо-ванность от создания противоречивых конструкций, относительная простота взаимодействия с алгоритмами формирования фотореалистических изображений и др.

Очевидно, что при создании реалистического изображения модели одним из первоочередных алгоритмов, который должен быть реализован, является алгоритм отображения векторной модели на мозаичной плоскости, которой является экран монитора, представленный набором пикселов.

Поясним на примере. В качестве линии на растровой сетке выступает набор пикселов Р , Рг,..., Рп, где любые два пиксела Р, Р., являются соседними. Вопрос о близости пикселов решается, исходя из задания условия связанности. При четырехсвя-занности (растровая развертка отрезка включает только пикселы, квадратные окрестности которых пересекаются с отрезком - рис. 4.6а) пикселы считаются соседними, если их дг-координа-ты или у-координаты отличаются на единицу, то есть если выполняется условие:

В случае восьмисвязанности (учитываются пикселы, боковые стороны квадратных окрестностей которых пересекаются с отрезком - рис. 4.66) соседними пикселами будут те из них, для которых выполняются условия:

277

а)

Рис. 4.6. Растровое разложение отрезка: а)

четырехсвязанная развертка; б) восьмисвязанная развертка

Главной задачей алгоритма развертки является вычисление коорди-нат пикселов, лежащих вблизи линии на двухмерной растровой сетке и являющихся соседними. Решить эту задачу можно, например, используя алгоритм Брезенхейма, который интерпретирует ее следующим образом: для всех участков отрезка L, проведенного на квадратной сетке с единичным шагом, найти ближай-ший из двух вертикальных

противолежащих от отрезка узлов сетки (рис. 4.7).

Из рис. 4.7 следует, что отрезок может быть описан уравнением:

а отрезки а и Ъ, определяющие расстояние от вертикальных узлов до отрезка, найдены из зависимостей:

Для упрощения вычислений следует ввести критериальное число, и в случае если , , то значение у увели-

чивать на 1, а само d - на 2 . При невыполнении этогоусловия значение у не изменять, а значение d заменять на

278

Рис. 4.7. Отрезок на координатной сетке

Обычно алгоритмы растровой развертки окружностей, дуг сплайнов или других линий отличаются от описанного для отрезка. Как и у отрезка, они могут содержать дополнительные процедуры улучшения качества развертки. Но общая идея их реализации примерно одинакова. Так, в случае применения алгоритма Брезенхейма для окружности или дуги выбор ближайшей точки выполняется, как и у отрезка, - с помощью управляющих переменных, значения которых можно вычислять в пошаговом режиме с использованием ограниченного числа сложений, вычитаний и сдвигов. При этом для выбора координат за-свечиваемого пиксела достаточно проанализировать знаки таких переменных и, если необходимо, внести соответствующие аппроксимирующие поправки.

Процедуры растровой развертки, помимо того что часто являются единственным возможным инструментом для создания электронной модели, в то же время позволяют существенно повысить качество такой модели. Например, известны эффективные алгоритмы сглаживания растровых изображений, создания линий постоянной яркости и др. Однако это далеко не единственный механизм, который нужно задействовать для создания изображения, близкого к фотографическому.

Очевидной при создании фотореалистических изображений является необходимость скрытия невидимых линий и поверхностей, т.е. таких линий и поверхностей, которые принадлежат объекту, но при проецировании на плоскость закрываются его близлежащими элементами (рис. 4.8).

Рис. 4.8. Изображение со скрытыми (а) и нескрытыми (б) невидимыми линиями

279

Несмотря на кажущуюся простоту, задача удаления невидимых элементов изображения является достаточно сложной и часто требует выполнения большого количества вычислений. Так, если объект представлен как совокупность п-угольных граней и требуется определить, какие из граней видны, а какие нет, то необходимо проверить все п граней. Для N точек растрового пространства, в которых осуществляется контроль видимости, число повторений проверок пропорционально числу В случае если каждая из п граней сравнивается с оставшимися п - 1 гранями, то число проверок также велико . Крометого, алгоритм сравнения граней зависит от исходных условий формирования модели объекта и варьируется по мере выполнения итерационного процесса.

В обобщенном виде все алгоритмы скрытия невидимых элементов объекта при проекционном проектировании основаны на анализе третьей координаты элемента (глубины расположения). При этом сравнение точек для определения возможной видимости сводится к нахождению всех точек, лежащих на одном проекционном луче с анализируемой, и отысканию точки, пространственная координата которой наименьшая. Такая точка и считается видимой.

Для параллельного проецирования это означает, что на одном проекционном луче лежат точки, у которых и для принятия вывода об их видимости достаточно сравнить соответствующие координаты и

При центральном проецировании на одном проекционном луче лежат точки, для которых выполняются равенства ^

. В случае если модель содержит большое число точек, то операции деления необходимо многократно повторить, и время их выполнения может быть весьма значительным. Поэтому перед нахождением точек, подлежащих анализу, обычно проводится редактирование изображения объекта, например, приведением его к виду, соответствующему параллельному проецированию. Достигнуть этого можно, поместив центр проекции в бесконечность и выполнив ряд трансформаций изображения с помощью матриц преобразования. При этом быстродействие повышается за счет отказа от малопроизводительных математических процедур (деления), и оно будет еще существенней, если аппаратно предусмотрены соответствующие операции

280

с матрицами, например, если процессоры выполнены по технологии ММХ.

Одним из самых надежных алгоритмов отыскания скрытых точек, лежащих на одном проекционном луче, является метод z-буфера. Сущность его заключается в том, что каждой точке электронной модели объекта, отображаемой на экране монитора подсвеченным пикселом, кроме цвета, хранящегося в видеопамяти, ставится в соответствие глубина (координата г).

Алгоритмом метода предусмотрено, что для вывода в окно визуализации произвольной поверхности ее модель переводится в свое растровое представление, и для каждого пиксела, принадлежащего поверхности, находится его глубина. В случае, если эта глубина меньше значения глубины, хранящегося в г-буфе-ре, пиксел рисуется, и его глубина заносится в z-буфер. Первоначально массив глубин, хранящийся в z-буфере инициализируется «+∞» и постепенно замещается вновь назначенными значениями.

Вопрос о видимости непосредственно связан с методом трас-сировки лучей и частично является его реализацией. Этот метод с некоторыми модификациями в настоящее время является основным при проектировании моделей, к которым предъявляется требование максимального приближения к реальному изображению.

Сущность метода заключается в воспроизведении условий прохождения светового луча и моделировании его взаимодействия с реальными объектами. Из курса физической оптики известно, что направление распространения любых волн, в том числе и световых, определяется с помощью лучей - линий, перпендикулярных волновым поверхностям и указывающих направление распространения энергии волны. Согласно теории Максвелла, световая энергия - это энергия электромагнитных волн, и она убывает по мере удаления от источника как l/R2.

В однородной среде луч света прямолинеен до тех пор, пока он не дойдет до границы этой среды с другой средой и не отразится с определенным коэффициентом преломления или не будет поглощен. В зависимости от свойств границы раздела между двумя средами отражение может иметь различный характер. Если граница имеет вид поверхности, размеры неровностей которой меньше длины световой волны, то отражение является зеркальным, в противном случае наблюдается диффузное отражение.

281

Помимо перечисленных, условия прохождения светового луча определяются и рядом других факторов. Однако названные наиболее существенно влияют на распространение световых лучей, законы их взаимодействия доведены до уровня математических выражений и легко моделируются. Применение таких моделей позволяет при известных начальном направлении луча и его энергии вычислить текущие характеристики луча в каждой точке пространства (как результат его взаимодействия со средой) и в итоге оценить визуальное представление всех точек виртуальной модели.

Исходя из этого, любую моделируемую сцену можно представить в виде набора объектов, освещенных одним или несколькими источниками света установленной геометрической формы, яркости и спектра. От источников свет распространяется по прямолинейным траектория.м до попадания на объекты сцены. В зависимости от направления луча, материала поверхности и других условий луч света поглощается, отражается или рассеивается. Отраженные и рассеянные лучи вновь распространяются прямолинейно до попадания на следующий объект и т.д. Часть лучей, в конце концов, формирует изображение сцены на сетчатке, попадая в глаз наблюдателя, или на видовом экране, если его поместить перед наблюдателем. Таким образом (и это является основной идеей метода трассировки лучей) для формирования модели изображения объекта достаточно математически описать траекторию распространения всех световых лучей от источника до объекта, законы преломления и рассеивания лучей в каждой его точке и вновь математически описать ход лучей вплоть до видового экрана (окна визуализации).

Основным недостатком метода трассировки лучей является то обстоятельство, что в получаемое изображение сколько-нибудь существенный вклад вносит лишь очень небольшая часть трассируемых лучей. Как следствие, большая часть вычислений, связанных с трассированием остальных лучей, оказывается выполненной впустую.

Избежать этого недостатка в определенной степени позволяет модификация метода, заключающаяся в обратной трассировке лучей - от окна визуализации до источника. Однако в любом случае трассирование связано с большим количеством вычислений и требует значительных машинных ресурсов.

282

Программная реализацияFlash технологии. Flash как особая технология создания

компьютерной графики находит широкое применение для вклю чения графической информации в соответствующие разделы дистанционных курсов, вплоть до создания полностью интерак тивных электронных учебных материалов, построенных исключительно с использованием данной технологии.

В основе Flash-технологии лежит векторная графика, осно ванная на математическом описании контуром, из которых состоит изображение. При создании контуров обычно используются кривые Безье, построенные с помощью тригонометрических уравнений и в наибольшей степени обеспечивающие простое и гибкое описание пространственно сложных линий. Для большей достоверности фигуры, образованные контурами, заливаются однотонными или градиентными цветами. Так как сложность переходов контуров и цветов определяет величину файлов, то с увеличением степени детализации изображения растет и размер создаваемых файлов. Как следствие, Flash де-монстрации являются в большой степени стилизированными и приходится либо упрощать изображения, помещаемые в электронные учебники, либо соглашаться с увеличением размера фан-лов, а при необходимости и использовать специальные методы для их доставки. Но, даже и теряя в сложности создаваемого изображения, очень часто обеспечивается возможность гибко и без потерь качества изменять размеры рисунков. В растровой графике при подобных задачах почти всегда сталкиваются с интерполяцией, а это не лучшее решение для формирования внешнего вида создаваемых иллюстраций.

Стандарт Flash, впервые предложенный компанией Macromedia, поддерживается рядом программных продуктов, однако наибольшее распространение получили программы именно этой компании. В настоящее время компанией Macromedia выпущена шестая версия наиболее популярной программы Macromedia Flash (Macromedia Flash MX), реализующая векторную графику (в ней есть и инструменты для работы с растровой графикой, видео- и аудиофайлами, но они являются вспомогательными и не обладают развитой функциональностью). Мно-гие браузеры имеют встроенные проигрыватели Flash-файлов, и поэтому разделы электронных учебников, выполненные с ис-пользованием Macromedia Flash MX, будут отображаться в

283

браузере в строгом соответствии с тем видом, который был при дан при разработке электронного методического обеспечения.

Версия Flash MX содержит значительно расширенный набор инструментов для работы с векторной графикой. Например, инструмент «Pen» в новой версии позволяет в более широких пределах редактировать кривые Безье, изменяя положение и длину направляющих линий, что, в свою очередь, дает возможность для создания объектов практически любой формы. В связи с изменением интерфейса появилось несколько новых палитр или добавилась новая функциональность. Так, палитра Mixer позволяет при помощи полосы спектра более точно подобрать необходимый цвет, а палитра Swathes - выбирать цвет, исходя из активной цветовой таблицы. Палитра Fill устанавливает цвет и заливку, которая использована в объекте. Палитра Stroke настраивает контур обводки объекта, в частности цвет и тип линии (сплошная, штрихпунктирная и так далее).

Еще более значительные возможности появились в части программирования сценариев: встроенный редактор ActionScript из ограниченного набора операций превратился в популярный язык сценариев, работающий в двух режимах - стандартном и экспертном. При работе в стандартном режиме для записи программного кода сценария применяется панель Actions. С ее помощью создание программного кода (скриптов) выполняется путем выбора опции из меню и списков. В экспертном режиме текст программного кода вводится непосредственно в окно редактирования скрипта (Script pane). При этом экспертный режим работы редактора сценариев отличается предельной гибкостью. Так, набирать текст сценария можно вручную, как в обычном текстовом редакторе, но при этом будут доступны все средства ввода операций, имеющиеся в стандартном режиме. В обоих режимах подсказки для кода помогают завершить команды и вставить свойства и события. Начиная с версии Flash MX, программный код можно присоединить к кнопке, мувиклипу или кадру для создания той интерактивности, которая требуется по ходу изучения учебного материала. Например, на рис. 4.9 показана виртуальная модель измерительного прибора (микрометра), управление которой осуществляется командными кнопками, каждой из которых отвечает командный код, включающий скрипты ActionScript, с помощью которых и осуществляется изменения в изображении отдельных элементов прибора.

284

Рис. 4.9. Flash-модель

При всех очевидных преимуществах имеется и ряд технологических недоработок, которые сдерживают более широкое использование Flash-программ для создания электронных учебно-методических материалов. В частности, ждет своего улучшения методика построения навигации по Flash-странице: в существующей версии неправильно отображаются цвета ссылок, не всегда очевиден результат использования кнопки BACK (по оценке экспертов одной из наиболее часто используемых кнопок в браузере). Наблюдаются отступления от стандартов графических интерфейсов, усложняется настройка размеров шрифта, не поддерживаются CSS-таблицы, снижается возможность индивиду-альной настройки и т.д. Нельзя назвать удачным и то, что для каждого объекта, над которым будут проводиться действия, необходимо самостоятельно создавать отдельный слой. Однако эти недоработки не являются решающими, и по мере совершенствования программ, реализующих Flash-технологии, следует ожидать дальнейшего увеличения области их применения в электронных учебниках.

Моделирование виртуальной реальности VRM (Virtual Reality' Modelling). VRM - это одна из технологий мультиме-

285

диа, позволяющая передавать в сети Интернет, приближенные к реальным изображениям объемных детален. Как следствие, она широко используется для представления графической информации в электронных учебных материалах в виде тре\мерных интерактивных виртуальных моделей. Так же, как и Flash, в ее основе лежит векторное описание моделей, однако технология YRM выгодно отличается тем, что создаваемые модели являются трехмерными и тем самым более достоверно передают информацию о моделируемом объекте. В настоящее время технология VRM является общепризнанным стандартом 3D графики в Интернете.

Первоначально технология развивалась как специальный язык (VRML - Virtual Reality Modelling Language), используемый для описания трехмерных объектов и виртуальных сцен. Первая версия программы на основе VRML была создана компанией Silicon Graphics и представляла собой формат описания статических объектов. Во второй версии VRML (разработана компанией Silicon Graphics в сотрудничестве с компаниями Sony и Mitre) добавились более сложные интерактивные возможности и анимация.

VRML-файл является обычным текстовым файлом, который содержит инструкции специализированным браузерам, используемым для просмотра VRML-сцен. Структура файла включает комментарии для заголовка и текста программы, узлы (основные компоненты сцены) и поля - атрибуты узлов (характеризуются значениями, которые могут изменяться). При этом сцена представляется в виде иерархически связанного набора объектов, составляющих граф сцены, где объекты является узлами (nodes) графа.

По назначению и способу реализации различают четыре наиболее используемых класса узлов. Узлы простой геометрии (Simple Geometry Nodes) определяют геометрию объектов и графа сцены в целом. Узлы свойств (Property Nodes) определяют способ, по которому браузер воспроизводит узлы простой геометрии, материал модели, текстуру, освещенность и т.д. Узлы групп (Group Nodes) группируют отдельные узлы в коллекции узлов таким образом, что с ними можно обращаться как с одним общим объектом. И, наконец, Web Nodes указывают на узлы-потомки, размещенные в любом мести сервера или сети.

Каждый узел содержит набор параметров - полей различного типа. Например, поля SFBool, SFFloat, SFString и другие

286

позволяют задавать значения данным (логические, о плавающей за-пятой , строковые...). Поле geometry позволяет задать геометрию объекта, а поле SFColor - его цвет. Специальный тип данных SFRotation задает вращение объекта вокруг координатных осей. Одним из основных типов полей является объектный - SFNode. С помощью полей этого вида осуще ствляется связь - иерархия объектов, т.е. для каждого из узлов имеется набор полей определяющих его свойства и способ представления. При этом если имя поля начинается с приставки SF (как в примере), то поле предназначено для ввода единичных (single) значений. Если же в начале названия поля указаны буквы MF, то в него возможен ввод значений-векторов (multiple).

На рис. 4.10 показана трехмерная модель и ниже текст VRML-файла, с помощью которого формировалось изображение модели. В данном примере узел Coordinated используется для определения пространственных точек, координаты которых записаны в поле point. Узел IndexedFaceSet 'содержит поле coordlndex с информацией о номерах точек (2, 4, 1, 1 и т.д.), являющихся вершинами соответствующих граней фигуры, показанной на рисунке (значение - 1 указывает на то, что определение грани завершено и следующее значение - первая вершина следующей грани). Такой моделью можно управлять с помощью мыши или клавиатуры: поворачивать в разные стороны, заставлять вращаться, рассматривать с нескольких позиций, переключая камеры и т.д.

287

Одновременно с тем что VRML-модели, являясь трехмерными (точнее изображением трехмерных деталей на плоскости монитора), несут в себе гораздо больше информации об объекте моделирования, они значительно нагружают процессор компьютера и не всегда могут в режиме реального времени отображать сложные объекты и манипуляции с ними. По мере развития возможности средств компьютерной техники растут, и уже сейчас в большинстве случаев возможно моделирование достаточно сложных объектов. Однако, очевидным недостатком VRML-технологии является невозможность использовать специализированное машинно-зависимое внутреннее представление объектов и специализированные скоростные алгоритмы, т.к. в ней использованы универсальные средства работы с графикой. Кроме того, наличие множества браузеров, которые могут по-разному воспроизводить одни и те же графические файлы, допуская значительные искажения, вплоть до полной неузнаваемости, также не способствуют росту популярности VRML-моделей у разработчиков электронных учебных материалов.

С целью развития VRML-технологии в последнее время раз-работано большое количество программных продуктов, в той или иной степени успешно справляющихся с задачей создания фотореалистических трехмерных изображений на основе векторной графики. Среди них следует отметить Vecta 3D (IdeaWorks3D), ViewPoint (Metastream), 3D Flash Animator (Insane) и др. В основе предлагаемых нововведений лежит использование специализированных трехмерных редакторов, которые позволяют при создании эффекта объемности отказаться от раскрашивания «под объем». При этом сначала создается реальная объемная модель сцены, устанавливаются камеры, перспектива, объектам назначается анимация, а затем при помощи специальных конверторов, сцена переводится в соотпет-

288

ствующий графический формат. При конвертации плавные переходы цветов заменяются на векторные градиентные заливки с соответствующими параметрами, а геометрия объекта подчеркивается разной толщиной составляющих его линий. В большинстве случаев для сокращения объемов передаваемой информации графические файлы содержат только векторное представление объекта, а окончательный обсчет поверхности и ее тонирование происходит на компьютере конечного пользователя непосредственно перед визуализацией. Именно на этой стадии решается задача наложения текстур, коррекции перспективных искажений, определения видимых граней, расчета освещения и т.п. В ряде программ дополнительно обеспечивается возможность изменении качества модели в зависимости от скорости передачи изображения по компьютерной сети, причем таким образом, что даже эскизная модель объекта не содержит разрывов поверхностей, а постепенно догружающиеся данные плавно сглаживают ее геометрию. Для увеличения быстродействия поддерживаются и широко распространенные API, такие, как I)irect3D и OpenGL. Кроме того, многие редакторы поддерживают пользовательские сценарии, звук, возможность создания управляющих кнопок и внедрения визуальных эффектов. Все это свидетельствует о том, что уже в ближайшей перспективе следует ожидать значительного прогресса в части внедрения VRML-технологии в разработку электронных учебных материалов.

4.2. CAD-технологии при обучении работе t графикой

С развитием CAD-технологий современное состояние компьютерного моделирования выходит на качественно новый уровень. Потребности реальных отраслей хозяйствования ставят перед разработчиками программных продуктов задачу создания систем проектирования, способных реализовать сквозную цепочку автоматизированного проектирования, технологической подготовки производства и сопровождения изготовленной продукции. И эта задача в значительной степени уже решена. С помощью имеющихся программных средств, реализующих CAD-технологии, конструктор получает возможность достаточно быстро создавать трехмерную компьютерную модель изделия с реальными физическими свойствами. Методы компьютеризированного инженер-

289

ного анализа, все в большей мере вытесняя традиционные способы расчета, заменяют их углубленным автоматизированным расчетом, основанным на строгих математических зависимостях. Все это позволяет осуществить компьютерное моделирование реальных объектов, полностью или частично отказаться от натурных или лабораторных испытаний и существенно повысить эффективность производства за счет сокращения сроков проектирования и снижения стоимости инженерных работ.

В этих условиях вопрос подготовки выпускников высших учебных заведений, владеющих такими технологиями, является весьма актуальным, так как даже самые совершенные программы являются всего лишь инструментом в руках специалиста, который должен иметь необходимые знания в соответствующей области конструирования. Обучения студентов работе с CAD-системами позволяет решить одну из важнейших задач подготовки будущих инженеров, для которых во взаимосвязанной последовательности задач «конструирование - изготовление - эксплуатация» компьютерные модели являются, с одной стороны, источником информации, а с другой - конечным результатом.

4.2.1. Представление трехмерных моделей

Как наследие VRML-технологии многие CAD-программы также поддерживают каркасное моделирование. При этом каркасная модель представляет собой скелетное описание ЗD-объекта. Она не имеет граней и состоит только из точек, отрезков и кривых, описывающих ребра объекта. Кроме традиционных методов проектирования, построение каркасной модели обычно предоставляет возможности размещать плоские объекты в любом месте трехмерного пространства или непосредственно строить некоторые виды трехмерных объектов типа каркасных моделей, например, трехмерные линии или сплайны.

Еще один метод, который характерен для создания трехмерных моделей в CAD-программах, основан на поверхностном мо-делировании. По сравнению с каркасным моделирование с помощью поверхностей является более сложным процессом, так как здесь описываются не только ребра трехмерного объекта, но и его грани. Здесь возможны два подхода. Один из них использует построение любых поверхностей на базе многогранных сетей. При этом грани сети являются плоскими, и представле-

290

ние криволинейных поверхностей производится путем их апп-роксимации, а число граней выбирается, исходя из требуемой точности аппроксимации. Второй подход заключается в том, что для построения используются криволинейные поверхности, построенные путем описания пространственного положения каждой из точек поверхности с определенным шагом или заданием траектории движения одной плоской или пространственной кривой относительно другой.

Метод твердотельного моделирования предназначен для создания трехмерных моделей, содержащих как оригинальные, так и стандартизованные конструктивные элементы. При этом имеется возможность создавать трехмерные объекты на основе базовых пространственных форм: параллелепипедов, конусов, цилиндров, сфер и т.д. Из этих форм путем их объединения, вычитания и пересечения строятся более сложные пространственные тела. Кроме того, тела можно строить с помощью кинематических операций, перемещая плоский объект вдоль заданного вектора или вращая его вокруг оси.

Достоинством твердотельного моделирования является от-носительная простота конструирования и высокое качество получаемых моделей. Создаваемые здесь модели при всем многообразии форм имеют в основе монолитное, абсолютно точное тело, без зазоров, щелей, наложения граней и других неточностей, которые часто проявляются при каркасном или поверхностном моделировании. Высокое качество модели, ценное само по себе, дает также большой выигрыш при последующем конструкторском или технологическом анализе. Представление модели в виде твердого тела позволяет назначить ей физические характеристики материала и рассчитать числовые характеристики будущего изделия (площадь поверхности, объем, массу, центр тяжести и др.) или выполнить специализированные инженерные расчеты.

В некоторых случаях возможно и гибридное моделирование, сводящее в одной модели элементы поверхностного и твердотельного моделирования. Такое моделирование объединяет возможность получения особо сложных пространственных поверхностей, что является преимуществом поверхностного моделирования, с простотой и надежностью твердотельных моделей.

В последнее время активно развивается технология объемно-элементного геометрического моделирования (voxel), которая

291

позволяет разделять тела и создавать в них отверстия, вмятины и выступы, управляемые вытяжки и т.п. В основе технологии лежат построения фрактальной графики, которая оперирует гео метрически подобными элементами. Модели, спроектированные в соответствии с этой технологией, более устойчивы, а новейшие методы сжатия информации позволяют получить файлы приемлемого размера.

4.2.2. Программная реализация

На рынке программных продуктов представлено большое разнообразие CAD-систем, которые, решая определенные инженерные задачи, используются и для профессиональной подготовки будущих инженеров. Большинство из них в последних версиях поддерживают как плоскопроекционное черчение, так и трехмерное моделирование. Создаваемые с их помощью модели могут непосредственно или после доработки использоваться в качестве иллюстративного материала электронных учебников. Еще в большей степени они отвечают задаче обучения студентов профессиональным умениям, связанным с работой с конструкторской документацией, а также компьютерным моделированием конструкций и изделий отраслевого назначения.

Степень популярности этих пакетов различна. Для одних количество инсталляций исчисляется десятками и сотнями, для других - десятками и сотнями тысяч. По данным на конец 2000 года [143], к числу мировых лидеров по количеству продаж среди промышленных CAD-систем отнесены пакеты Pro/Engineer, AutoDesk Mechanical Desktop, CATIA, Solid Edge, SolidWorks, Cadkey и др. По существующей классификации перечисленные пакеты относятся к системам разного уровня. Так Pro/Engineer и CATIA - так называемые тяжелые пакеты, и в сумме они имеют более 35% выданных лицензий. Однако в денежном выражении их успех еще более значителен. Лидирует в этом списке Pro/Engineer корпорации РТС со стоимостью одного рабочего места около 14 тыс. дол. США. Пакеты Solid Edge, SolidWorks, Cadkey, AutoDesk Mechanical Desktop - пакеты среднего уровня. Являясь более привлекательными по цене, они в своих последних версиях по функциональности почти не уступают тяжелым пакетам.

292

В России безусловными лидерами являются пакет K0MI1AC-3D (разработчик - фирма АОКОН, единственная из специализирующихся в области компьютерной графики отмечена агентством «Эксперт РА» как входящая в число наиболее крупных ИТ-компаний) и следующий вслед за ним пакет T-FLEX CAD 3D. Оба пакета можно отнести к среднему уровню.

Среди отечественных пакетов нет систем аналогичного уровня, и поэтому и в промышленности, и в высшей школе в основном используются системы западных и российских производителей. Наши исследования показывают, что наибольшую популярность в вузах Украины имеют пакеты SolidWorks, КОМПАС-3D, AutoCAD. Это пакеты примерно одного уровня, имеют похожий интерфейс и используют однотипные методы компьютерного моделирования.

SolidWorksCAD-система SolidWorks, как и многие из существующих систем

автоматического проектирования, реализует возможности твердотельного моделирования. Ее изначальная ориентация на среду Windows позволяет минимизировать количество операций, необходимых для ввода данных. Это не только ускоряет, но и упрощает моделирование. Интерфейс SolidWorks полностью поддерживает такие общепринятые в Windows приемы работы, как многооконность и возможность одновременной обработки нескольких деталей или сборок, настройку пользователем экрана системы, меню и панелей инструментов, использование графического буфера обмена, технологии OLE, гибкую систему помощи, средства сетевой поддержки и др. Гибкость пользовательского интерфейса позволяет создать индивидуальную среду проектирования пользователя в соответствии с задачами и методами проектирования.

SolidWorks базируется на параметрическом геометрическом ядре ParaSolid, и в ней предусмотрены следующие функциональные возможности:

1. Моделирование трехмерных изображений деталей машин.Содержится набор средств создания сложных твердотельных

параметрических моделей в трехмерном пространстве.Процесс моделирования начинается с выбора конструктивной

плоскости, в которой строится двухмерный эскиз, и при последующих трансформациях эскиз преобразовывается в твердое

293

тело. В процессе построения эскиза доступен весь набор геомет-рических построений и операций редактирования, разработанный для плоскопроекционного черчения. Эскиз конструктивного элемента может быть легко отредактирован в любой момент работы над моделью.

Основными формообразующими операциями в SolidWorks являются команды добавления и снятия материала. Система позволяет:

- выдавливать контур с различными конечными условиями, в том числе на заданную длину или до указанной поверхности;

- вращать контур вокруг заданной оси;- создавать тела по заданным контурам с использованием не-

скольких образующих;- выдавливать контур вдоль заданной траектории;- строить линейные уклоны на выбранных гранях модели,

полости в твердых телах с заданием различной толщины;- строить скругления постоянного и переменного радиуса;- строить фаски и отверстия сложной формы;- создавать линейные и круговые массивы плоских и трехмерных

элементов с использованием одного или нескольких про-тотипов.

2. Создание составных моделей сборочных узлов и изделий.При проектировании составных моделей разрабатываются новые

узлы и детали с привязкой их к уже существующим элементам конструкции. Функционально обеспечивается возможность создания составной модели как сверху вниз, так и снизу вверх при любой глубине вложенности, состоящей из неограниченного количества компонент. Таким образом, допускается построение составной модели как набора отдельных трехмерных компонентов с наложением на них взаимоограничений и пространственных связей. Или же сначала осуществляется полное или частичное создание сборочной единицы, в которую по мере необходимости добавляются новые детали или редактируются уже существующие и входящие в сборку. При этом все изменения выполняются с учетом потребностей в редактировании конфигурации компонентов сборки, которая проявляется при добавлении новых деталей или редактировании существующих.

Проектирование сборки начинается с задания взаимного рас-положения деталей относительно друг друга, причем обеспечи-

294

наетгя предварительный просмотр накладываемом пространственной связи. Одновременно выполняется анализ типа сопрягаемых поверхностей и автоматически предлагается использовать те виды сопряжений, которые в наибольшей степени подходят к данному виду соединения. Например, для цилиндрических поверхностей могут быть заданы связи концентричности, каса-тельности или совпадения, для плоскостей их совпадение, параллельность, перпендикулярность или угол взаимного расположения и т.д.

Работая со сборкой, можно но мере необходимости создавать новые детали, определяя их размеры и расположение в пространстве относительно других элементов сборки. Наложенные связи позволяют в автоматическом режиме перестраивать всю сборку при изменении параметров любой из деталей, входящих в узел. Автокрепежи автоматически добавляют крепежные элементы (болты и винты) в сборку, если в ней есть отверстие, ряд отверстий или массив отверстий, размер которых соответствует стандартным крепежным деталям.

Система гарантирует целостность описания каждой отдельной компоненты и всей сборки в процессе параллельного проектирования, обеспечивая тем самым эффективную групповую работу над сборкой. Вместе со сборкой автоматически создается и ее спецификация. Здесь решается задача ориентирования в большом количестве отдельных деталей путем использования многоуровнего дерева, отражающего структуру сборочного узла. На любом этапе проектирования можно выявить и исправить ошибки размещения деталей.

3. Плоскопроекционное моделирование и оформление чертежей.В SolidWorks чертеж может быть выполнен путем вычерчивания

геометрии в режиме электронного кульмана с последующим оформлением чертежа. Однако более эффективным (как в инженерной деятельности, так и в процессе обучения студентов) будет получение геометрии в полуавтоматическом режиме, что возможно после создания твердотельной модели детали или сборки. При этом рабочие чертежи будут сгенерированы с изображениями всех основных видов, проекций, сечений и разрезов. SolidWorks поддерживает двунаправленную ассоциативную связь между чертежами и твердотельными моделями, так что при изменении размера на чертеже автоматически перестроятся все связанные с этим размером конструктивные элементы в трех-

295

мерной модели. И, наоборот, любое изменение, внесенное в твер-дотельную модель, повлечет за собой автоматическую модификацию соответствующих двухмерных чертежей. Таким образом, чертеж вместе с изометрическими проекциями, выносными видами, разрезами и т.п. всегда соответствует текущей версии твердотельной модели. Предусмотрена также автоматическая простановка размеров и формирование спецификаций.

Режим работы с чертежом поддерживает большое количество специальных функций, направленных на облегчение создания чертежа любой степени сложности. Реализация функций обеспечивается графическим интерфейсом с широким использованием пиктограмм, интерактивной настройки графических атрибутов, наследованием свойств существующих графических элементов чертежа, автоматическим построением ортогональных и дополнительных видов с удалением невидимых линий, автоматическим построением сечений и разрезов, автоматической простановкой размеров на геометрии, построенной по эскизам. При оформлении чертежа в значительной степени поддерживаются стандарты ГОСТ и ЕСКД.

4. Инженерный анализ.Так как каждая модель детали, спроектированной в SolidWorks,

обладает материальными свойствами, то существует возможность контроля собираемости сборки. Можно динамически определять зазор между компонентами при перемещении или вращении компонента благодаря возможности визуализации размера, указывающего минимальное расстояние между выбранными компонентами. Дополнительно можно предотвратить перемещение или вращение двух компонентов относительно друг друга и пределах указанного диапазона.

Физическое моделирование объединяет элементы моделирования с инструментами SolidWorks, например, для реалистичного перемещения компонентов по сборке в рамках степеней свободы компонентов. При этом физическое моделирование позволяет моделировать воздействие двигателей, пружин и силы тяжести на сборки.

Модель, созданная в SolidWorks, может быть использована для дополнительных прочностных расчетов, анализа кинематики, проектирования управляющих программ в интегрированных программных модулях:

296

• CoitmosWorks модуль инженерных расчетов на основе метода конечных элементов (анализ напряженного и деформи-рованного состояния, оптимизация формы);

• Design Works - модуль инженерных расчетов, включающий кинематический анализ сборок, расчет прочности, телловой расчет;

• Interactive PreAssembly - модуль анимации процесса сборки;• PhotoWorks - модуль создания фотореалистических изобра-

жений детален и сборок с фотографическим качеством путем наложения текстур, управления источниками освещения сцены, прозрачностью, шероховатостью и отражающей способностью поверхностей.

Дополнительные модули SolidWorks. (всего более 300 программ) углубляют возможности инженерного анализа и являются чрезвычайно полезными при обучении студентов основам будущей профессиональной работы с электронной графикой.

5. Поддержка Интернет-технологий.SolidWorks позволяет облегчить совместный доступ к модели

проектировщиков, пространственно удаленных друг от друга на значительное расстояние за счет того, что поддерживается возможность связи между проектируемой электронной моделью и ее представлением в Интернет-браузере. Благодаря технологии OLE любые изменения модели, выполненные студентами, могут быть оперативно отслежены преподавателем, дистанционно наблюдающим за действиями студента по связанному объекту, встроенному в HTML-страницу. Кроме того (при наличии соответствующих прав), преподаватель имеет возможность активно вмешиваться в процесс проектирования, выполняя необходимое обучающее воздействие таким образом, как будто находится непосредственно рядом со студентом.

Более того, имеется возможность сохранять модели или сборки SolidWorks в формате VRML, делая их доступными для просмотра в сети Интернет. Это позволяет существенно сократить размеры пересылаемых файлов, так как передается только каркасное представление модели, которое тонируется непосредственно на компьютере конечного пользователя. В случае необходимости такой файл может быть доработан инструментами и средствами VRML-технологий, снабжая модель интерактивностью в соответствии с поставленными учебными задачами.

297

В комплект пакета входят и собственные средства для пре-доставления создаваемых моделей в глобальных и локальных сетях. К иx числу относится специализированный браузер eDrawing и элемент управления EModelYiewControl, который может быть внедрен в HTML-страницу для просмотра в любом Интернет-браузере, способном воспроизвести программный код, созданный на языке Java или Visual Basic.

Файлы, предназначенные для просмотра в браузере eDrawing (имеют формат .eprt), значительно меньше по размеру, чем файлы модели SolidWorks, и в десятки, сотни и тысячи раз меньше файлов, сохраняемых в формате пиксельной графики (например, .eprt-файл для модели, показанной на рис. 4.10, имеет размер не более 3 Кб, в то время как размер файла того же рисунка и при тех же габаритах, но записанного в формате .jpeg, будет исчисляться десятками Кб). Помимо этого, элемент управления EModelViewControl обеспечивает возможность поворачивать изображение модели в окне браузера произвольным образом, рассматривая его со всех сторон, или же выполнить заранее заданную анимацию. Для того чтобы получить полное представление о конфигурации модели и проверить, не допущена ли ошибка при проектировании, предусмотрена возможность получения сечений вдоль одной из ортогональных плоскостей. Файл содержит и информацию о физических характеристиках детали. Важным является и то, что интерфейс браузера eDrawing позволяет создавать рецензии пользователей, которые сохраняются как связанный markup-файл. Таким образом, студент имеет возможность дать письменные пояснения к отдельным элементам модели или проекту в целом, а преподаватель - прорецензировать результаты работы студента. Весь протокол обсуждения сохраняется как структурированный набор заметок, каждую из которых можно просмотреть и на которую можно ответить, в том числе и средствами электронной почты.

Элемент управления EModelViewControl может быть встроен в любое приложение, работающее в среде Windows или непосредственно в HTML-страницу. Во многом он обеспечивает те же функции, что предусмотрены и интерфейсом браузера eDrawing. Его самостоятельное использование будет оправдано, если предполагается добавить в электронные учебные материалы интерактивность, с тем чтобы выполнить какие-либо, в том числе и нестандартные, обучающие действия в ответ на те или иные манипуляции студента с графической моделью.

298

KOMПAC-3DСистема K0MПAC-3D предназначена для автоматизации кон-

структорской подготовки производства путем создания трехмерных моделей деталей и сборочных единиц, содержащих как ори гинальные, так и стандартизированные конструктивные элементы. В своих последних версиях позволяет в полном объеме реализовать процесс трехмерного параметрического проектирования - от идеи к ассоциативной трехмерной модели и (далее) от модели к конструкторской документации. Являясь действенным инструментом конструктора, широко используется и в учебном процессе как средство выполнения графических работ, связанных с обучением студентов основам профессиональных знаний.

Пакет программ KOMПAC-3D включает в себя систему трех-мерного твердотельного моделирования, чертежно-графическнй редактор и модуль проектирования спецификаций. Использование в них собственного математического ядра и параметрических технологий, разработанных специалистами АСКОН, позволяет проводить собственную стратегию моделирования и оперативно реагировать на потребности конечных пользователей.

Как и в SolidWorks, моделирование изделий в KOMПAC-3D можно вести различными способами: снизу вверх (используя готовые компоненты), сверху вниз (проектируя компоненты в контексте конструкции) или смешанным способом. При этом проектировщику доступен классический набор инструментов моделирования, который, как правило, предоставляются CAD-системами среднего уровня:

- построение твердотельных трехмерных объектов путем вы-давливания, вращения, построения элементов по сечениям и с применением кинематических операций;

- поверхностное моделирование;- моделирование компонентов в контексте сборки, взаимное

определение деталей в составе сборки путем полуавтомати-ческого наложения сопряжении на все вновь добавляемые компоненты;

- создание конструктивных элементов -- фасок, округлений, отверстий, ребер жесткости, тонкостенных оболочек;

- специальные возможности, облегчающие построение литейных форм - литейные уклоны, линии разъема, полости по форме детали (в том числе с заданием усадки);

299

- вставка в модель стандартных изделии из специализнрован-ных библиотек, формирование пользовательских библиотек моделей;

- возможность гибкого редактирования деталей и сборок;- ассоциативное задание параметров элементов.

Чертежно-графический редактор предназначен для автоматизации проектно-конструкторских работ в различных отраслях деятельности. Его использование особенно эффективно при выполнении конструкторских работ в машиностроении, архитектуре, строительстве, при составлении планов и схем - там, где необходимо разрабатывать и выпускать чертежную и текстовую документацию, которая оформляется по единым с Россией нормативным документам. Редактор поддерживает:

- многовариантные способы и режимы построения графических примитивов;

- средства создания параметрических моделей;- возможность создания библиотек типовых фрагментов;- стандартные стили линий, штриховок, текстов;- возможность автоматизированной простановки размеров и

технологических обозначений;- автоподбор допусков и отклонений;- встроенные текстовый и табличный редакторы.

Система KOMПAC-3D обладает мощным функционалом дляработы над проектами, включающими несколько тысяч подсбо-рок, деталей и стандартных изделий, что закрывает все потребности при обучении студентов профессиональной работе с графической информацией. В то же время использование системы в качестве инструмента дистанционного обучения ограничено, из-за того что до настоящего времени ею не поддерживаются многие из тех Интернет-функций, без которых невозможна эффективная работа в сети.

4.3. Создание стереографических имитационных моделей

4.3.1. Объемные изображения

Голография. Голография - это объемное изображение предмета, создаваемое с помощью когерентного (лазерного) излучения. Она основана на фиксации в фотоэмульсионном слое картины

300

интерференции двух лазерных пучков: первого коллимпро-ванного (параллельного), который формируется как опорный, и второго - предметного, отраженного от объекта. Преимущество голограммы заключается в том, что она является наиболее полным носителем информации о внешнем виде воспроизводимого объекта.

Однако, для того чтобы освоить эту технологию, необходимо иметь соответствующее оборудование, и стоимость этого оборудования будет тем значительнее, чем выше требования к качеству создаваемой голограммы. В связи с развитием компьютерных технологий привлекательность голографии уже не является столь очевидной, как это представлялось два-три десятилетия назад.

Круговые визуализаторыКруговые визуализаторы позволяют создавать движущееся

объемное изображение, видимое вокруг визуализатора в пределах 360°. Технологии, которые применяются в круговых визуа-лизаторах, могут быть различны, но в большинстве случаев для создания объема визуализации они используют быстровращаю-щееся тело с жесткой спиральной или другой формы разверткой на этом теле вращения. Свет лазера или другого источника синхронно модулируется по амплитуде и рассеивается на вращающемся теле, многократно высвечивая множество плоских срезов-экранов объемного изображения и создавая видимые контуры проецируемой детали.

К сожалению, работы в области создания круговых визуали-заторов начались сравнительно недавно, и поэтому еще не созданы конструкции, которые можно было бы рекомендовать для использования в качестве аппаратного обеспечения учебных занятий. Существующие конструкции работают с ограниченным числом цветов (поддерживают в среднем до восьми цветов при частоте регенерации объемного изображения 24 Гц) и требуют больших вычислительных мощностей (для визуализации изображения в течение одной секунды необходимо обработать информацию объемом до полутора гигабайт). В дополнение к этому они имеют высокую стоимость.

301

4.3.2. Стереографические изображения

Многообразие возможных методов получения стереографических изображений и областей использования в учебном процессе не позволяют остановиться только на одном методе, который учитывал бы все специфические особенности организации учебных занятий по разным дисциплинам. Поэтому здесь приводится краткая характеристика наиболее часто используемых методов, которые в той или иной степени могут быть использованы при построении учебного процесса в отечественной высшей школе.

Из геометрии известно, что, зная расстояние между двумя точками и углы между направлением из них на объект и соединяющей их линией, можно осуществить триангуляцию, т.е. вычислить расстояние до этого объекта. Каждый глаз человека видит объект под разными углами зрения, благодаря триангуляции, которая выполняется зрительным центром мозга с учетом расстояния между глазами и углом зрения, определяется расстояние до объекта, вследствие чего в воображении человека рисуется трехмерная картина мира. Соответственно для того, чтобы воспринять объемность изображения, необходимо сделать так, чтобы каждый глаз увидел изображение под нужным углом зрения. На этой основе реализуются все методы создания стереоизображений на плоскости, при которых строится стереопара - два или более изображения объекта, полученные под раз-ными углами зрения и предназначенные для восприятия только правым или только левым глазом. Различие заключается лишь в том, каким образом сделать так, чтобы каждый глаз увидел предназначенное ему изображение.

Место стереографии в методическом обеспечении учебного процессаПервые устройства, позволяющие создавать стереоэффект,

появились в середине XIX века и с тех пор, постепенно развиваясь, находят свои ниши практического применения. В последнее время в связи с совершенствованием средств компьютерной техники и методов компьютеризированного синтеза объемных стереографических изображений наблюдается значительное расширение области применения и качества технологий создания и отображения объемной графики, построенной на основе стереоэффекта.

302

Рис. 4.11. Изображение трехмерных деталей на плоскости

На рис. 4.11 показаны примеры, достаточно часто встречающиеся при изучении конструкций узлов и деталей машин, когда детали, составляющие сборочную единицу, не могут быть заменены их электронными моделями, т.к. при этом возможна потеря значительной части информации о форме и относительных размерах деталей, входящих в сборку. Если модели деталей показаны таким образом, что их изображения не накладываются друг на друга (рис. 4.11а), то трудно составить представление о будущей конструкции, так как модели вписываются в поле визуализации рисунка не в реальном масштабе, а в соответствии с тем, как они должны выглядеть на экране монитора. При этом изменяется соотношение масштабов отображения каждой из деталей, которые впоследствии должны составить общую сборочную единицу. В приведенном примере модели деталей представлены на рисунке в масштабе, определенном границами поля визуализации, и в этих условиях практически невозможно установить даже, какая из моделируемых деталей больше

303

или меньше. Но и в том случай, когда модели деталей расположены в пространстве так, как показано на рис. 4.116, определить взаимное расположение и относительные размеры деталей можно только с достаточно большой степенью погрешности. Плоское изображение трехмерных деталей не позволяет сделать заключение о том, чему соответствуют видимые размеры деталей - близости детали от наблюдателя или же их истинным размерам. А изображение трехмерной сферы на плоскости монитора (рис. 4.11в) не дает возможности установить форму отверстия, которое можно увидеть с правой стороны сферы.

Действительно, окружающее нас пространство представляется трехмерным, и благодаря бинокулярному зрению человек может видеть предметы, ощущая их объемность. Поэтому является предопределенным, что любое изображение трехмерных моделей на плоскости монитора в той или иной степени будет ошибочным и исказит представление о моделируемых объектах. Когда человек смотрит на окружающий мир, два независимых изображения, воспринимаемые глазами под различными углами, анализируются мозгом, и таким образом происходит формирование суждения о дистанции и глубине. Именно эту иллюзию объемного представления окружающего мира в значительной мере воссоздает стереофотография. Ее использование для создания иллюстраций к учебно-методическим материалам улучшает восприятие моделируемых объектов, достаточно точно имитируя те зрительные ощущения, которые возникают при непосредственном контакте с трехмерным физическим пространством.

Применение стереографии дает возможность с большей степенью правдоподобности создавать модели изучаемых объектов. Как следствие, это способствует формированию у студента правильного и полного представления о предметах реального мира, а также более быстрому усвоению учебного материала. Одновременно с этим со стороны студента наблюдается и рост интереса к изучаемому предмету.

В табл. 4.1 приведены сравнительные оценки качества отдельных этапов учебных занятий, осуществляемых при подго товке к выполнению и выполнении лабораторных работ, мето дические указания к которым представлены в электронном виде и иллюстрированы графикой, в виде плоскопроекционных изображений объектов исследования (2D), трехмерных моделей на

304

Таблица 1.1. Сравнительные характеристики качества выполнения учебных работ

плоскости (3D) и с использованием стереографии (3Ds). Диаг раммы на рис. 4.12 и 4.13 демонстрируют изменение познавательного интереса и эффективности занятия в тех же условиях в двухнедельные промежутки времени в начале, середине и в конце учебного семестра.

В качестве пояснений к таблице и диаграммам отметим, что для получения количественных характеристик качества учебной работы на этапах построения алгоритма, моделирования и выполнения заданий лабораторного практикума привлекались эксперты-преподаватели, которые оценивали работу студентов по стобал-льнон шкале оценок, результаты усреднялись и затем ощх-делялись

Рис. 4.,2. Изменение познавательного интереса (ПИ) в течениесеместра

305

Рис. 4.13. Изменение эффективности (Э) в течение семестра

процентные отношения. Качество умений оценивалось по результатам тестирования, а познавательный интерес - по результатам анкетирования на основе самооценки студентов. Эффективность учебных занятий с применением электронных методических ма-териалов рассчитывалась по аналогии с известной формулой расчета временной эффективности учебных работ [152]:

где Е - временная эффективность занятия, экран/мин; V - объем учебного материала, экранов; Т - учебное время, затраченное на усвоение учебного материала, мин.

Приведенные данные подтверждают целесообразность исполь-зования стереографических иллюстраций при разработке электронного методического обеспечения. При этом следует отметить, что наблюдаемое резкое повышение познавательного интереса в начале семестра сопровождается снижением эффективности в результате увеличивающихся затрат времени на изучение учебного материала. По мере обучения студенты привыкают к первоначально необычным для них учебным материалам и уже не тратят так много времени на наблюдение за создаваемым эффектом объемности. При наличии повышенного познавательно-

306

го интереса, большей наглядности и информативности стерео-изображений изучение учебного материала становится более эффективным. Поэтому уже к середине семестра эффективность материалов со стереоиллюстрациями становится выше, чем у аналогичных, но с 3D или 2Б-иллюстрациями. Следует также отметить, что чрезмерная перегрузка учебно-методических материалов стереографическими, как и любыми другими, иллюстрациями снижает эффективность занятия.

Просмотр изображений с использованием стереочков Стереоизображения на основе анаглифияеской селекции.

Для разделения изображений, входящих в стереопару, анагли-фическая селекция предполагает использование светофильтров с дополнительными цветами, которые при умножении дают черный цвет, а при сложении - белый. Дополнительные цвета можно получить на экране компьютера, используя функции «выбор цвета» и «негатив» в программах обработки изображения. Сделав негатив какого-либо цвета, легко получить его дополнение. Например, дополнительными являются цвета красный и синий или малиновый и зеленый.

Подобрав цвета и светофильтры, можно создавать объемные изображения, раскрашивая изображения для одного глаза в основной цвет, а для второго - в дополнительный. Затем эти изображения накладываются с некоторым смещением друг на друга и выводятся на экран. Смотреть на них следует через светофильтры - основного цвета для одного глаза и дополнительного - для второго. Таким образом, изображения разделяются, и создается стереоэффект.

Несмотря на то что в идеале изображение должно получиться черно-белым, существуют способы получения и цветных анаглифов. Цветопередача в таких изображениях является достаточной для создания абсолютного большинства иллюстраций к учебно-методическим материалам по техническим дисциплинам. Ограничения возникают только при использовании специаль ных приемов работы с цветом, например для цветового кодирования технических требований на трехмерных моделях [5].

Способ отличается относительной простотой реализации и невысокой стоимостью светофильтров, что делает их доступными для массового применения в вузах Украины, которые не могут выделять для технического оснащения учебного процесса столь

30?

же значительных средств, как в странах с развитой экономикой. Достоинством является и то. что, кроме просмотра стерео изображения на экране монитора, очки с цветными светофильтрами можно также использовать для просмотра стереоизображений, напечатанных на бумаге и помещенных в учебные издания, выполненные традиционным типографским методом.

Стереоизображения с использованием жидкокристалли ческих стереоочков. Для создания объемного изображения используются жидкокристаллические стереоочкн - обтюраторы, специальный затвор в которых делает прозрачным попеременно то левое, то правое стекло. Синхронно работе затвора на экране монитора изменяется изображение для левого и правого глаза. Частота смены изображений в этих устройствах выбирается такой, чтобы смена кадров была незаметной, а правый и левый глаз видели бы соответствующие им изображения.

Это наиболее сложный технически, но и наиболее эффективный способ разделения изображений, отличающийся высоким качеством цветопередачи. Однако он не находит должного распространения в высших учебных заведениях из-за относительно высокой стоимости, так как помимо собственно жидкокристаллических очков, которые сами по себе достаточно дороги, требует также использования монитора высокого качества и специальной трехмерной видеокарты.

Очки и шлемы виртуальной реальности. Для создания стереоэффекта изображения стереопары выводятся на экраны, расположенные напротив каждого глаза, причем таким образом, чтобы глаз видел именно ту часть стереопары, которая предназначается только ему. Конструктивно экраны вмонтированы в очки, которые могут использоваться или отдельно, или совместно со шлемом. При этом для придания большей реальности шлем обычно оснащается датчиком положения головы, благодаря чему поворот головы приводит к соответствующему изменению изображения на экранах, что усиливает достоверность восприятия виртуальной реальности.

Устройства виртуальной реальности достаточно дороги и поэтому находят ограниченное применение в учебном процессе высшей школы. Как правило, они применяются только для развития специфических профессиональных навыков, когда в этих целях нельзя использовать натурные образцы, например, из-за высокой стоимости или потенциальной опасности для жизни.

.108

Помимо стоимости широкое использование устройств вир туальной реальности сдерживается рядом конструктивных недостатков, которые особенно заметны в устройствах среднего и нижнего ценового дианозона (относительно низкая разрешающая способность экранов, не отслеживаются движения зрачков глаз и др.)

«Параллаксные» стереоизображения. Предполагается ис-пользование монокулярных стереочков с одним плотным свето-фильтром. Стереоэффект проявляется благодаря тому, что возникает временная задержка восприятия изображения одним глазом по отношению к другому. Само изображение является движущимся, и при этом два соседних кадра представляют стереопару, которая воспринимается как единая стереокартинка благодаря возникающему параллаксу.

Метод занимает промежуточное положение: он более доступен, чем просмотр стереоизображений с использованием жидкокристаллических очков или устройств виртуальной реальности, и при этом обеспечивает цветопередачу, соизмеримую но качеству с анаглифическими очками.

Применение специализированных мониторов Растровые стереоизображения. Стереорастр - это пластина с набором тонких цилиндрических линз, одна из поверхностей которых плоская, а другая представляет собой периодическую структуру, состоящую из дуг окружностей. В основе стереоэффекта растра лежит его способность, преломляя световые пучки, отклонять их под разными углами таким образом, что часть стереоизображения, расположенная в правом полуперио-де растра отклоняется влево и попадает в левый глаз человека, а аналогичная часть изображения из левого нолупериода растра попадает в правый глаз. Стереоффект может быть усилен за счет использования многоракурсных изображений, когда вместо одной стереопары используется набор стереопар, полученных с разных точек зрения и последовательно переходящих друг в друга по цепочке. Создав из них стереоизображение, можно значительно увеличить угол охвата изображения.

Поместив растровую пластину перед экраном жидкокристал-лического монитора, можно добиться просмотра стереографического изображения без применения каких-либо дополнительных очков или других устройств.

309

Выпускаемые в настоящее премя мониторы со встроенными растровыми пластинами могут быть отнесены к среднему ценовому диапазону и доступны для ограниченного применения в большинстве вузов Украины. В то же время они являются специальными устройствами, так как могут использоваться только для демонстрации стереоизображений. Поэтому для вузов предпочтительнее использовать стандартные мониторы с накладными растровыми пластинами. Жидкокристаллическая матрица монитора позволяет выводить изображения в определенные ячейки матрицы, и поэтому воспроизведение будет строго фиксированным как по вертикали, так и по горизонтали. Таким образом, выполнив разовую юстировку растровой пластины, можно демонстрировать стереоизображения в течение всего времени, пока пластина закреплена на экране монитора. При необходимости растровую пластину можно снять, а затем перед демонстрацией стереоизображений установить снова, еще раз выполнив юстировку. Существенным для отечественных вузов является и то, что затраты на создание демонстрационного стенда в этом случае ограничиваются только приобретением накладной плас-тины, стоимость которой вполне доступна.

К недостаткам мониторов с растровыми пластинами следует отнести небольшой (до 30) угол охвата изображения в горизонтальной плоскости и еще меньший угол охвата в вертикальной плоскости (до 5-10). Кроме того, внутри области просмотра имеются зоны, где стереоэффект может не наблюдаться.

Системы параллаксного освещения. Системами параллакс-ного освещения оснащаются жидкокристаллические мониторы с достаточно большой разрешающей способностью (от 1024x768 пикселов). При этом стереоизображение формируется таким образом, чтобы та его часть, которая предназначена для правого глаза, располагалась по четным колонкам пикселов, а для левого глаза - по нечетным. Под жидкокристаллическим экраном такого монитора располагается система параллаксного освещения, которая выполнена в виде тонких вертикальных линий высокой яркости (если горизонтальное расширение 1024 пиксела, то таких нитей должно быть 512). Благодаря тому что линии освещения располагаются на определенном расстоянии за жидкокристаллической матрицей и сориентированы строго вдоль колонок пикселов, они подсвечивают изображение таким образом, что правый глаз видит эти линии через четные колонки матрицы, а

310

левый через нечетные. В результате каждый глаз видит свою половину стереопары, что и создает стереоэффект.

Выбор жидкокристаллического монитора со встроенной системой нараллаксного освещения является одним из наиболее удачных решений для работы с учебно-методическими материалами, иллюстрированными стереографическими изображениями. Благодаря относительной простоте конструкции стоимость монитора с параллаксным освещением всего на 15-40% дороже стандартного монитора. Особенности конструкции позволяют просматривать стереографику с высоким разрешением и хорошей цветопередачей, а при необходимости монитор может быть переведен в режим обычной графики простым нажатием на клавишу переключателя, отключающего иараллаксное освещение.

Методы формирования стереоизображенийПри создании учебно-методической литературы могут возникнуть

разные ситуации, связанные с изготовлением стереографических иллюстраций. Во-первых, возможен классический вариант, когда имеется натурный образец и его нужно просто сфотографировать, выдерживая стандартные рекомендации, разработанные для стереофотографии. Другой вариант, когда следует сделать стереоиллюстрацию на основе компьютерной модели, в основном повторяет классический вариант, но с поправкой на то, что процесс фотографирования воспроизводится на компьютере, и при этом условия съемки (освещение, размещение объектов и др.) моделируются с помощью графических редакторов, способных работать с ЗD-графикой. Кроме того, может потребоваться воссоздание стереоизображения на основе плоского фотографического снимка, например в случае, когда фотографирование уже выполнено, но повторить его при новых обстоятельствах невозможно, поскольку объект стал недоступен для повторного фотографирования. Такой вариант также может быть сведен к стандартным правилам стереофотосъемки, естественно с учетом того, что в дополнение к существующей фотографии будет указана информация о глубине сфотографированных объектов. Это можно сделать, например, задавая шкалу глубин градацией яркости изображения исходя из того, что при одних и тех же условиях освещения предметы переднего плана кажутся более освещенными (рис. 4.14).

311

Рис. 4.14. Задание шкалы глубин трехмерных объектов градациейяркости

Рис. 4.1 т. Стереопара

Базовым для создания эффекта объемности является изображение стереопары, например, такое, как для просмотра с помощью шлема виртуальной реальности (рис. 4.15). Для получения стереопары съемку следует вести, смещая объектив фотоаппарата на величину базы В и поворачивая его на угол и. вокруг оси вращения фотоаппарата, совпадающую с точкой нулевого параллакса. При этом значения В и а могут быть рассчитаны по известным формулам [183]:

112

где L расстояние до оси вращения фотоаппарата (выпирается и центре композиции), М; Л величина параллакса. мм. При рассматривании изображеиия на экране монитора Л 4 1мм для переднего план или 9 12 мм -- для заднего плана; I. расстояние до предмета на переднем плане, м; F фокусное расстояние объектива фотоаппарата, мм; М - масштабный коэффициент, учитывающий изменение размеров при печати фотографии или масштабировании изображения компьютерной модели.

Если стереоизображение предполагается просматривать с помощью устройств виртуальной реальности, то полученную стереопару оставляют 6e;j изменений. При просмотре изображения на экране монитора через стереоочкн левую и правую части стереопары накладывают друг на друга со сдвигом, величина которого определена расчетами. (Для анаглифическнх очков изображения, входящие в стереопару, предварительно окрашиваются в основные и дополнительные цвета с использованием соответствующих светофильтров). В случае когда для визуализации используются стереомоннторы (растровые или с парал-лаксным освещением), обе части стереопары разрезаются на участки, равные периоду растра или расстоянию между четными/нечетными колонками пикселов, и из них складывается мозаичное стереоизображение с чередованием, участков из левой и правой частей стереопары.

Таким образом, доработка стереоизображения выполняется исходя из конкретных условий, при которых предполагается его просматривать. Эти же условия следует учитывать и непосредственно при создании стереопары. Однако, если процесс преобразования стереопар детерминирован и, после того как способ просмотра определен, выполняется в строгой последовательности и при постоянных параметрах, го на условия формирования стереопары влияет значительное число параметров, значения которых, как правило, нельзя установить с помощью расчетов, подобно тому, как определяются база и угол поворота.

В табл. 4.2 перечислены некоторые параметры, существенно влияющие на создаваемый стереоэффект. Этими параметрами можно управлять, измеряя и изменяя их значения при фотографировании или создании объемных моделей на компьютере. В то же время учесть влияние этих и ряда других параметров на качество стереоэффекта с помощью расчета не представляется возможным, так как их действие проявляется в комплексном

313

Таблица 4.2. Параметры стереосъемки

Обозначение Наименование

БазаУгол поворота объективаКоординаты объекта на переднем планеКоординаты объекта на заднем планеВысота и длина объекта на переднем плане

Высота и длина объекта на заднем плане

взаимодействии и неоднозначно. Во многом работа по формированию изображений стереопары, которая обеспечивала бы хороший стереоэффект, является творческой, и поэтому формализовать ее можно лишь до определенных пределов.

Прогнозирование качества стереоэффектаПри прогнозировании качества стереоэффекта вместо расчетных

алгоритмов, как правило, лучше использовать методики, основанные на интеллектуальной обработке данных, которые вместо установления строгих математических зависимостей позволили бы иным образом связать между собой входные и выходные параметры стереографии.

Для установления такой связи при создании стереоиллюст-раций на основе компьютерного моделирования трехмерных моделей в среде графического пакета 3DStudioMax может быть рекомендовано применение искусственных нейронных сетей. Класс задач на предсказание относится ко всем типам искусственных нейронных сетей, однако чаще в этих целях используются сети со слоистой структурой.

Нейронные сети со слоистой структурой. Под искусственной нейронной сетью понимается устройство обработки информации, состоящее из набора параллельно работающих простых процессорных элементов - нейронов, связанных между собой линиями передачи информации - синапсами [73].

В нейронной сети со слоистой структурой (рис. 4.16) нейроны расположены в нескольких отдельно расположенных слоях. При этом нейроны nп первого слоя получают информацию о нормированных (приведенных к одной размерности и уровню) параметрах стереосъемки Р и после преобразования передают

314

Рис. 4.16. Искусственная нейронная сеть со слоистой структурой

ее нейронам п2 второго слоя, те в свою очередь обрабатывают поступающую информацию и передают нейронам последующих слоев. Процесс продолжается до тех пор, пока нейроны последнего слоя не выработают выходной сигнал Рк с информацией о прогнозируемом качестве стереоэффекта.

Основные преобразования в нейронной сети осуществляются нейронами, которые в общем случае состоят из адаптивного сумматора, вычисляющего взвешенную сумму приходящих на нейрон сигналов, и нелинейного преобразователя. Для задач прогнозирования качества стереоэффекта хорошие результаты дают сигмоидальные нелинейные преобразователи типа

где А - выход сумматора нейрона, С параметр крутизны сигмоиды.

Методом решения задач с применением искусственных нейронных сетей является их обучение, в процессе которого опреде ляются весовые коэффициенты синапсов, через которые учитывается существенность преобразований информации данным нейроном и его значимость в прогнозе параметра качества стереоэффекта. При этом для нахождения весов синапсов обычно применяются градиентные методы оптимизации с вычислением градиента функции оценки по нейронной сети, для которой входные и выходные сигналы поменялись местами (принцип двойственности).

Составление прогноза качества стереоэффекта. Примером составления прогноза качества стереоэффекта может быть

3/5

построение, обучение и прогнози-рование, выполненные на искус-ственной нейронной сети с тре.мя слоями: первом - входном, втором скрытом и третьем - выходном. Предварительно в каждый слой помещается по десять нейронов, связанных друг с другом синапсами по принципу «каждый с каждым».

Для сбора предварительных данных используется трехмерная сцена, созданная в среде пакета 3DStudioMax (рис. 4.17). Процедура подготовки данных заключается в том, что изменяются положение и параметры камеры и моделей параллелепипедов, входящих в сцену (табл. 4.3). При каждом изменении сцены экспертным методом оценивается качество стереоэффекта, и так как экспертные оценки субъективны, то для каждой сцены оценивание выполняется по нескольку раз, а результаты усредняются. При этом из множества параметров, влияющих на стереоэффект, выбираются те, которыми можно управлять, а пределы варьирования устанавливаются таким образом, чтобы охватить весь диапазон возможных значений параметров. Для сокращения объемов моделирования изменение числовых значений параметров выполняется в соответствии с планом дробного факторного эксперимента [173].

Числовые значения факторов Х1...Х10 и оценки экспертов нормируются, для чего выполняется их пересчет в соответствии с формулой

где max X и min Xt - соответственно максимальное и минимальное значение фактора, вычисленные по всей обучающей выборке (для нормирования оценки качества стереоэффекта формула анало-гична) -

принимались в качестве входных и выходного сигналов обучаемой нейронной сети.

316

Таблица 4.3. Параметры сцены

Фактор Наименование

Х1 БазаХ2 Угол поворота объективаХЗ Координата X модели на переднем ппане (относительно центра пово-

рота камеры)Х4 Координата Y модели на переднем плане (относительно центра пово-

рота камеры)Х5 Координата 2 модели на переднем плане (относительно центра пово-

рота камеры)Х6 Координата X модели на переднем плане (относительно центра моде-

ли на переднем плане)Х7 Координата Y модели на переднем плане (относительно центра моде-

ли на переднем плане)Х8 Координата Z модели на переднем плане (относительно центра моде-

ли на переднем плане)Х9 Отношение высот деталей на переднем и заднем планах

Х10 Отношение длин деталей на переднем и заднем планах

Рис. 4.18. Обученная нейронная сеть

На рис. 4.18 показана нейронная сеть, полученная в результате обучения и последующего упрощения. Структура сети: входных сигналов - 9 (фактор Х2 - угол поворота объектива незначим), слоев 3, нейронов - 18, синапсов - 144.

317

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Общепризнанным считается тот факт, что компьютеризация учебного процесса - одно из наиболее эффективных и на сегодняшний день динамически развивающихся направлений совершенствования методики преподавания в высшей школе. Повторяя процесс широкого внедрения средств компьютерной техники во все области человеческой деятельности, а зачастую и обгоняя его, компьютерная техника становится действенным инструментом в руках преподавателя при организации и осуществлении всех видов учебной деятельности. Появляются, совершенствуются и становятся обыденными такие формы обучения, которые ранее были невозможны.

Дистанционное обучение, моделируя близкую к традиционной форме учебную педагогическую среду, одновременно имеет реальную возможность предложить участникам учебного процесса индивидуализированную современную систему обучения, учитывающую личностные познавательные возможности каждого студента. При этом суть главного требования дистанционного обучения заключается в том, что при управляющей и организующей деятельности преподавателя студент тем не менее на протяжении всего периода обучения должен работать индивидуально и осваивать учебный материал максимально самостоятельно. Степень же компьютеризации учебного процесса не является чем-то принципиальным и в зависимости от конкретных обстоятельств может варьироваться в достаточно широких пределах, естественно, при условии, что будет обеспечена индивидуальность обучения.

Применение систем дистанционного обучения выдвигает перед работниками вузов целый комплекс учебных, методических, организационных, технических и других задач. При этом многие из них ставятся впервые, и отечественная педагогическая наука не всегда может дать обоснованные рекомендации по их реализации. Вместе с тем интенсивные исследования, кото-

318

рые в настоящее время проводятся в этой области, позволяют надеяться, что решение большинства из поставленных задач будет найдено.

К числу таких исследований относится и исследование автора, результаты которого представлены в данной монографии. Помимо анализа общепедагогических проблем, связанных с внедрением средств компьютерной техники в учебный процесс и изменением ролевых отношений участников учебного процесса, в монографии большое внимание уделено рассмотрению конкретных механизмов реализации дистанционной формы обучения в условиях отечественных вузов.

319

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Аветисян Д.Д. Программно-технологический комплекс Teach Pro для создания электронных учебников // Открытое образование. 2001. - № 4. С. 26-29.

2.Аганонов СВ., Джалиашвили 3.0., Крсчман Д.Л. и др. Средства дистанционного обучения. Методика, технология, инструментарии.

СПб: БХВ-Петербург, 2003. 336 с.3.Алексеев А.Н., Волков Н.И., Кочевский А.Н. Элементы нечеткой логики

при программном контроле знаний Открытое образование. 2003. - N- 4. С. 23 25.

4.Алексеев А.Н. Проектирование для World Wide Web: Учеб. пособ.Сумы: Изд-во СумГУ, 2003. 100 с.

5.Алексеев А.Н Ремонт станков. Теория и реализация САПР. ■- К.: ИСМО, 1998. - 279 с.

6.Алексеев А.Н., Волков Н.И., Кочевский А.Н. Возможности пакета SOLIDWORKS для дистанционного преподавания инженерных дисциплин // Информатизация освiти та дистанцiйна форма на-вчання: сучасний стан i перспективн розвитку. Шоста мжнирод-на науково-методична конференция. Сумн: Вид-во СумДУ, 2004. ~ С. 244 246.

7.Алексеев А.Н., Волков Н.И., Кочевский А.Н. Составление тестов с помощью программного продукта SSUQUESTIONNAIRE // Инфор-матизация ocBiTii та дистанцiона форма навчанн сучасний стан i перспективи розвитку. Шоста мiжнародна науково-методична кон-ференция. - Сумн: Вид-во СумДУ, 2004. - С 55-57.

8.Алексеев А.Н., Волков Н.И., Майорова Т.А. К вопросу о повышении достоверности оценки при тестовом контроле знаний '/ Открытое; образование. - 2004. - № 3. - С. 22-28.

9.Алексеев А.Н., Кулик Т.А. Моделирование системы тестового контроля знаний // Современные методы кодирования в электронных системах: Тезисы докладов Второй международной научной конференции СМКЭС - 2004. Сумы, СумГУ. - 2004. - С. 31-32.

10. Алексеев А. М., Волков Н. I., Кочевський А. М. Методика складан-ня тестiв за лопомогою програмного продукту SSUquestionnaire '/

Перспективи вищоi оевпНаук.-практ. конф. НЕР'04. - МиколаУв, 2004.

С. 12 14.

по

11. Алсничева Е., Монастырей Н. Электронный учебник. Проблемы создания и оценки качества // Высшее образование в России. -2001. - № 1. С. 121-123.

12. Андрющук А.Л., Глемб И.Л. Профессионально-ориентированные системы тестирования. - Луганск: Восточноукр. гос. ун-т, 1999. - 82 с.

13. Баранова Ю.Ю, Перевалова Е.А., Тюрина Е.А., Чадин А.А. Методика использования электронных учебников в образовательном процессе // Информатика и образование. - 2000. - № 8. - С. 43-47.

14. Бобров Л.К., Сунгатулин Р.Т. Адаптивная система компьютерного тестирования // Библиотеки и ассоциации в меняющемся мире: новые технологии и новые формы сотрудничества: Материалы 7-й междунар. конф. «Крым 2000». - Симферополь, 2000. - Т. 1. -С. 144-146.

15. Богданов И.В., Крутий И.А., Чмыхова К.В. Проектирование учебного процесса на базе современных информационных технологий // Телекоммуникации и информатизация образования. - 2001. •- № 1.- С. 72-84.

16. Большаков В.И. К вопросу о развитии системы дистанционногообразования // BicH. Придншр. держ. акад. буд-ва та apxiT. - 2004.- № 3. - С. 4-8.

17. Бондаренко B.C., Шарапов О.Д. Система дистанцшио оргашзацй навчального процесу i Його мошторингу з дисциплин информатика та компiютерна техшка» // Навчальш шновацп тавплив на яшеть ушверситетсько! OCBITII: 36. матер, наук.-метод, конф., 29 с1чня 2003. - К.: КНЕУДООЗ. - 358-361 с.

18. Боскин О.О., Соколова Н.А., Шеховцов А.В. Мультиагентный подход к системе дистанционного образования // Вестн. Херсон, государственного техн. университета. - 1999. - № 1 (5). - С. 149-150.

19. Верпань А.Ф., Тверезовская Н.Т. Дидактические принципы в условиях традиционного и компьютерного образования // Педагогжа i психолопя. - № 3(20). - К.: Педагогична думка, 1998. - С. 126-132.

20. В1сник Луганського национального педагопчного ушверситету iM. Т. Шевченка. № 4(84). - Луганськ, 2005. - 302 с.

21. В1сник Льв1вського ушверситету. Сер. Педагогика. - Л., 2004. -Вип. 18. - 271 с.

22. BicHHK Нацюнального техшчного ушверситету Украши «Ки'шсь-кий полггехшчний 1нститут» № 2(5). - К.: НТУУ «КПЬ, 2002. -174 с.

23. BicHHK Схщноукражського нацюнального ушверситету IM. В. Даля. № 11(81). - Луганськ, 2004. - 249 с.

19. В1сник Черкаського державного технолопчного ушверситету. № 1.- Черкаси: Черкасс, держ. технолопчн. ушверситет, 2003. - 110 с.

25. BicHHK Черкаського ушверситету. - Черкаси, 2002. - Вип. 35. -162 с.

321

26. Волков М., Алексеев О., Кочсвський О. Програмний контроль знань с елементами не'птко! лопки Сучасш технологи вищо! OCBITH: Тези доповътей другое М1жнар. наук.-метод, конф. ОДАХ, 2003. -С. 12.

27. Волков M.I., Алексеев О.М., Кочевський О.М. До питания про включения тестових питпнь до загальноi системи тссiтування: Наук.-метод. зб. «HOBI технологи навчання у нищи) техшчшй оевт: досв1д, проблсми, иерснективп». - К., 2004. - С.155-157.

28. Волков M.I., Алексеев О.М., Кочевський О.М. Комп'ютерна про-грама «SSUquestionnaire» / Св1доцтво про ресстращю авторського права на TBip № 9856. Мшктерство OCBITH i науки Укражи Дер-жавний департамент жтелектуально! власност1, 22.04.2004.

29. Волков M.I., Алексеев О.М., Кочевський О.М. Створення б1блюте-ки електронних шдручнишв для студент1в специальностей напря-му «iнженерна механша» // BJCHIIK Сумського державного ушвер-ситету. - 2004. - № 2(61). - С. 109- 113.

30. Волков Н. И., Алексеев А. Н., А. Н., Алексеев Н.А. Тестовый контроль знаний: Учеб. пособ. - Сумы: Изд-во «Университетская книга», 2004. - 109 с.

31. Волков Н.И., Алексеев А.Н., Кочевский А.Н. К вопросу о включении тестовых заданий в общую систему тестирования // Провад-ження нових шформащйних технолопй навчання: Тези допов1дей наук.-метод, конф. НАУ ХАИ. - 2004. - С. 49-53.

32. Волков Н.И., Алексеев А.Н., Кочевский А.Н. Обзор современных программных пакетов для машиностроительного конструирования и их использование при преподавании инженерных дисциплин .// Наука i осв1та. Нацюнальний техшчний ун1верситет «Харювський пол1техн1чний жститут». - X., 2004. - С. 347-350.

33. Волков Н.И., Алексеев А.Н., Кочевский А.Н. Программное обеспечение для тестирования знаний с элементами нечеткой логики // В1сник Сумського державного ушверситету. - 2004.- № 12(71). -С. 80-92.

34. Волков Н.И., Алексеев А.Н., Кочевский А.Н. Современные средства компьютерного моделирования течений жидкости и газа и их использование в учебном процессе // 1нформацнi технологи в оевт, наущ i техшщ: Матер1али IV Всеукрашсько! конференцп молодих науковщв ITOHT-2004. - Черкаси, 2004. - С. 84-87.

35. Впровадження нових шформащйних технолопй навчання: Тез. доп. наук.-метод, конф. - X.: Нац. аерокосм. ун-т iM. M.G. Жуковського «Харк. авiац. ш-т», 2004. - 238 с.

36. Высшее образование в России // Научно-педагогический журнал Министерства образования Российской Федерации. - 2000. - № 1,3; 2001. -№4.

37. Гайда А.Ю. Управление проектами в дистанционном образовании // Вестник ХГТУ. - X., 2002. - № 1(14). - С. 485-488.

322

38. I'.iot'ia Л.С, Кривец Т.И. Исследование средств и методов построенпн систем дистанционного обучения /, Электронные информационные ресурсы: проблемы формирования, обработки, распространения, защиты и использования. - 2002. - К.: И ТУ У «КИИ», 2002.

С.35-38.39. Гончаров СМ., Мошинський B.C. Вища осв1та в Украпп i Волонсь-кнй

процес: Навч.-метод. noci6. для шдготов. MaricTpiB, асп. та пе-решдготов. викл. вищ. навч. закл. - Р1вне: Нац. ушверситет вод. госп-ва та прпродокористування, 2005. - 111 с.

40. Горбань Л.Н. Обучение неГфонных сетей. М.: ParaGraph, 1990. -160 с.41. Горбань А.Н., Россиев Д.Л. Нейронные сети на персональном компьютере.

- Новосибирск: Наука, 1996. - 276 с.42. Гребенюк В.А., Терзиян В.Я., Логвиновский А.Л., Семенец В.В.

Дистанционное обучение в Харьковском государственном техническом университете радиоэлектроники /, Вестник Херсонского государственного технического университета. - 1999 - № 1(5) С. 109-110.

43. Григорова А.А. Методи, алгоритми та технологи контролю знань в системах навчання: Дис... канд. техн. н.: 05.13.06. - Херсон: Хер-сонський державний техшчний ушверситет, 2004. - 180 с.

44. Григорова А.А., Бугаев А.Д., Каширских О.В. Модуль оценки качества теста // Вестник Херсон, государственного технического университета. - 2004. - N- 1(19). - С. 472-477.

45. Гриценко В.И., Довгялло A.M., Кудрявцев СП., Цыбенко Ю.В. Дистанционное обучение: современное состояние и перспективы •'/ Управляющие системы и машины. -1998. - № 4. - С. 5-9.

46. Гриценко В.И., Кудрявцева СП., Колос В.В. и др. Дистанционное обучение: теория и практика. - К.: Наук, думка, 2004. - 376 с.

47. Гронлунд Н.Е. Оцшювання студентсько'1 уешшностк Практ. nociG.- К.: Навч.-метод, центр «Консоршум 13 удоскон. менедж.-осв1ти вУкраши, 2005. - 311 с.

48. Грудзевич Я.В. Деяк1 проблеми застосування дистанцшного навчання в Украш1 на сучасному еташ / Соц.-екон. досл1дж. в перехи. перюд. Дистанц. навчання у XXI ст.: Щор1чник наук. пр. - 2001. -Вин. 27. - С. 89-91.

49. Груц Ю.Н., Евдокимов В.Ф. Математическая модель для анализа стереоизображений // Электрон, моделирование.- 2001. - N1 6(23).- С.102-112.

50. Груц Ю.Н. Процедура стереоинтериолирования / Электрон, моделирование. - 1999. - Вып. 21, № 1. - С. 94-100.

51. Гусев П.В., Жвакин М.Э. Среда дистанционного обучения «Learning Space 4.0» - готовое комплексное решение для вузов и предприятий // Информационные технологии в открытом образовании:

т

Материалы мождунар. конф. 11-12 октября 2001 года. - М., 2001.- С. 160-162.

52. Диалектика познания сложных систем ' Под род. B.C. Тюхтина. М.: Мысль, 1988. - 316 с.

53. Дистанционное обучение. Новое в экономической кибернетике: Сб. науч. ст. Донец, нац. ушверситета. № 1. - Донецк: Донец, нац. ушверситет, 2002. - 108 с.

54. Дичковський C.I. Неперервна гумяштарна oceiTa - нокнй етап пе-дагогичного мислення // Гумашт. науки. - 2004. - № 2. С. 20-28.

55. Довгялло A.M., Колос В.В., Кудрявцева СП., Манако А.Ф., Цы-бенко Ю.В. Опыт дистанционного обучения на основе телекоммуникационных технологий в Украине .'/ Управляющие системы и машины. - 1999. - № 5. - С. 84-91.

56. Евланов М.В., Скляров А.Я., Штангей СВ. Топологическая модель лекционного материала и методов контроля знаний, приобретенных в ходе дистанционного образования / Проблемы бионики. -2002. - Вып. 57. - С. 37-41.

57. Евсеев В.В., Безуглая А.Е., Алехина СВ. Оценивание знаний обучаемых в СДО // Вестник Херсон, государственного технического университета. - 2003. - № 2(18). - С. 415-420.

58. Евсеев В.В., Хряпкин А.В. Структуризация задач синтеза сетевой интегрированной среды обучения: Сб. тезисов докладов международной конференции «Теория и техника передачи информации». -X: ХТГУРЭ, 2003. - С. 386.

59. Евсеев В.В., Хряпкин А.В., Евсеева И.В. Самоконтроль усвоения полученных знаний в системе дистанционного обучения // Вестн. Херсон, государственного технического университета. - 2003. -№2(18). -С. 463-467.

60. Ефанов О. Стереоизображение на ПК - дорого, но реально // CAD/CAM/CAE observer. - 2000. - № 1 - Р. 79-83.

61. Жидко С.Ю., Сулима И.И. Понимание в процессе дистанционного об-разования // Дистанционное образование. - 2000. - № 5. - С. 44-47.

62. Жулкевская В. А. Организационно-педагогические основы дистанционного обучения банковских работников: Дис... канд. пед. н. 13.00.04 / Национальный университет им. Т. Шевченко. - К., 2005.- 182 с.

63. Журавлев А.В. Организация защиты информации в процессе дис-танционного обучения // Управляющие системы и машины. - 2004. -№ 4. - С. 59-61.

64. Журавлева И.И. Многомерный нелинейный подход к разработке гипермедийных учебников дистанционных курсов // Управляющие системы и машины. - 2004. - № 4. - С. 87-91.

65. Журавльов А.В., Журавльова I.I. ПедагоНчно ор1ентований WEB-дизайн для створення електронних навчальних пос1бник1в дистан-

324

nifiHoro навчання // Електронш зображення та в1зуалый мистецт-ва: 36. пр. iiopiuoi укр. конф. 22-24 травня 2002 р. Сер. KVA К 2002. - С. 19.4 195.

66. Журавльова I.I. Використання сучасних шформаиДйних технолопй для оргашзаци дистанцжного навчання '/ Псих.-иед. пробл. у доской. проф. 1Пдготов. фах1вц1в сфери туризму в умовах непирервн. oceiTH. Наук. зап. К1ТЕП № 2. - К., 2001. С. 02 95.

67. Загальна педагопка: модульне навчання: Послб. для студ. вищ. навч. закл. / Шд ред. E.I. Федорчук. - Кам'янець-Под1л.: Абетка, 2003. - 328 с.

68. ЗаецьО.Й. В1зуал1защя дистанщйного навчання /.' Псих.-пед. пробл. удоскон. проф. шдготов. фах^вщв сфери туризму в умовах непе-рервн. oceiTH. Наук. зап. К1ТЕП № 1. - К., 2001. - С. 170-174.

69. Зайцева Е.И., Куликова Е.В. Организация информационной структур открытой системы дистанционного обучения // Научно-техническая информация. Сер. 1. Организация и методика информационной работы. - 2001. - № 2. С. 20 22.

70. Зарицька О.Л. Дистанщйна осв1та як нов1тня шформащйна техно-лопя // BicH. Житомир, держ. пед. ун1верситету. ■- 2003. - № 13. -С.233-235.

71. Засоби навчально'1 та науково-досл!дно1 роботи: 36. наук. пр. - X.: Харк1вський нацшнальний педагопчний ушверситет IM. Г.С.Сковороди, 2005. - Вип. 22. - 163 с.

72. Зб1рник наукових праць за материалами друго'1науково-методично1 конференцп «Використання комп'ютерних технологш у навчаль-ному процесЬ, 18-20 листопада 1998 р. / Харк. держ. техн. ун1вер-ситет радюелектрон. - X.: Харк. держ. техн. ушверситег радюе-лектрон., 1998. - 194 с.

73. Злобин С.С. Нейронные сети. - СПб.: Прометей, 2002. - 229 с.74. Иващук В.А., Скородинський В.Г. Образование без посещения учебного

заведения - это реальность '/ BicH. Харк. держ. акад. дизайну i мистец. N" 6. - X.: Харк. держ. акад. дизайну i мистецтва, 2002. -С. 30-34.

75. 1вл1ева О.М. Критер1ально-ор1ентоване тестування в систем1 фор-мування професшно1 готовност1 вчителя початкових клас1в: Дис... канд. пед. н.: 13.00.04. - Одеса: Швденноукрашський державний педагопчний ушвероитет 1мен1 К.Д.Ушинського, 2001. - 161 с.

76. 1нтерактивна мультимедм - невш'емний атрибут сучасних техно-лопй дистанцшного навчання // Вестн. Херсон, государственного техн. университета. № 1(5). - Херсон: Херсон, государственный техн. университет, 1999. - С. 100 101.

77. 1нформатизащя OCBITH та дистанцшна форма навчання: сучасний стан i перспективи розвитку: 36. матер1ал1в VI М1жнар. наук.-метод. конф., 13-15 жовтня 2004 р. - Суми: СумДУ, 2004. - 316 с.

325

78. 1нформяц1ЙН1 технологи навчання у вншпх .шквалах освпи: .4о. матер1а.*пв V М1жнар. наук.-метод, конф., 18 ■•;>() иересня, 2001 р. Сум и: СумДУ, 2001. - ч". 2. 233 с.

79. Капустин В.А. Инструментальные средства технологического обеспечения и платформы дистанционного обучения , Открытое образование. - 2003. - № 1. - С. 23-46.

80. Каук В.1., Шюль О.С. Рекомендацп щодо створення пиертексто-вих навчально-методичних матер1нл1в // Экспертные оценки элементов учебного процесса: Материалы V* межвуз. научн-метод. конф.- X.: НУА, 2003. - С. 13-15.

81. Келеберда И.Н., Лесная Н.С., Репка В.Б. Разработка информационно-онтологических моделей при организации персонализированного дистанционного обучения // Вестн. Херсон, государственного технического университета. - 2003. - № 2(18). - С. 455-459.

82. Киреев О.С. Нейрокалибровка стереопары // Мат. машини i систе-ми. - 2005. - № 1. - С. 13-25.

83. Коджа T.I. Автоматизована система управлжня та контролю знань в процес1 навчання: Дис... канд. техн. н.: 05.13.06. - Одеса: Одесь-кий нацюнальний иол1техн1чний утверситет, 2003. - 110 с.

84. Козаков В.А., Артюшина М.В., Котикова О.М. та ш. Психолопя д1яльност1 та навчальний менеджмент: Навч.-метод. noci6. для са-мост. вивч. дисциплши. К., КНЕУ, 2003. - 830 с.

85. Козлакова Г.О. 1нформац1но-ирограмне забезнечення дистанцшно'1 OCBITH: заруб1жний i в1тчизняний досв1д. - К.: ВЦ «Просева», 2002.- 233 с.

86. Койчева T.I. Шдготовка майбутшх учитсив гумаштарних специальностей як тьютор1в для системи дистанцшноУ OCBITH: ДИС... канд. пед. н.: 13.00.04. - Одеса: ШвденноукраУнський державний педаго-пчний ушверситет iM. К.Д. Ушинського, 2004. •• 198 с.

87. Колом1ець A.M., Колом1ець Д.1. Елементи дистанщйного навчання в заочшй хпдготовщ вчителя // Наука i сучасшсть. - К., 2000. -Вип. 2; ч. 2. - С. 73-80.

88. Колуд Р. Математичн1 модел1 та алгоритми тестування знань з вн-користанням зворотного зв'язку та 1нтернет-технолопй: Дис... канд. техн. н.: 01.05.02. - Льв1в: Державний науково-досл1дний шстнтут шформашйноУ шфраструктури, 2004. - 147 с.

89. Комп'ютерно-opieHToeani системи навчання: 36. наук. пр. - К.: Нац. пед. ун-т iM. М.П. Драгоманова, 2002. - Вии. 5. - 334 с.

90. Корпухин А.В., Бредихин В.М., Мещеряков Ю.В. Internet-технологии: Учеб. пособ. - X.: ООО «Компания СМИТ», 2003. - 308 с.

91. Кремень В.Г. Осв1та i наука в УкраУт - шноващйш аспекти. Стра-тепя. Реал1защя. Результати. - К.: Грамота, 2005. - 447 с.

92. Кузнецова Л.В., Русева О.П. Викорипання штерактивних методе в орган1зацп дистанщйного навчання /, Соц.-екон. досл^дж.

326

в перех1Д. период. Днстанц. навчання у XXI ст.: Щор1чник наук. пр. - 2001. Вип. 27. - С. 130-135.

93. Кузьмжський Л.1., Сф1менко В.1. Тест навчалышх досягнет, осо-6ИСТОСТ1 як ,)ari6 педагогичного вим1рювання: Навч. nocio. для никл. ВНЗ, вчител1в ЗОШ. - Черкаси: Черкас, держ. ун-т i\i. Н.Хмель-ницького, 2002. - 63 с.

94. Кузяева СР. Новые информационные технологии как неотъемлемый компонент структуры дистанционного обучения Библиотеки и ассоциации в меняющемся мире: новые технологии и новые формы сотрудничества: 9-я Междунар. конф. «Крым 2002»: Материалы конф. - М., 2002. - Т. 1 - С. 328 321.

95. Кухаренко В.Н., Молодых Л.С, Третьяк С.А. Практикум дистанционного обучения: Учеб. пособ. - X.: Нац. техн. ун1верситет «Харьк. политехи, ин-т», 2001. - 124 с.

96. Ландсман В.А. Организация внешнего стандартизированного тес-тирования учебных достижений учащихся общеобразовательной школы: Дис... канд. пед. н.: 13.00.01. - X.: Харьковский национальный педагогический университет имени Г.С. Сковороды, 2005.- 179 с.

97. Ланских Е.В. Модели и методы системного проектирования ин-формационных образовательных систем дистанционного обучения: Дис... канд. техн. н.: 05.13.06. - Черкассы: Черкасский государственный технологический университет, 2003. - 138 с.

98. Латышев В.Л. Психолого-педагогическне проблемы развития мышления и личности учащихся в условиях информатизации образования // Информатика и образование. Ms 1. - 2003. - М: РАО МОРФ, 2003. - С. 113-116.

99. Лебединский И.Л., Ноздренков B.C. Построение модели обучаемого с учетом психофизиологических особенностей личности /.' Вестник Херсон, государственного технического университета. 2004. - № 1(19). - С. 465-468.

100. Левк1вський М.В., Микитюк О.М. 1стор1я иедагопки: Навч. noci6.- X.: ОВС, 2002. - 240 с.

101. Левченко В.Л. Дистанщйне навчання як сфера самое пйно!' роботи студенев // Соц.-екон. досл1дж. в перех1д. перюд. Диитанц. навчання у XXI ст.: Щор1чник наук. пр. - 2001. - Вип. 27 - С. 200-203.

102. Левин Л. И. Справочник по математике для научных работников- М.: Наука, 1974. - 908 с.

103. Лидер Д.А., Хальдун Д. Портал для завершения высшего образования в области информационных технологий // Пробл. программирования. - 2004. - М-' 2-3. - С. 605-612.

104. Мараховський Л.Ф. Комп'ютерш шформащйш технологи в навчаль-ному процес1 як психолого-педагопчна проблема // Наук. зап. К1ТЕП. Псих.-пед. пробл. удоскон. проф. шдготов. фаххвпДв сфери туризму в умовах неперервн. OCBITII. - 2001. - № 2. С. 88-91.

П7

105. Масалтна О.С. Педагопчш умови застое ування ттспв для контролю навчально-шзнавальноУ д1яльност1 гтаршоклаеншив: Авто-реф. дис. канд. иед. наук: 13.00.01. - X.: Хпрк. держ. пед. ун-т iM. Г.С. Сковороди, 1999. - 19 с.

106. Матвеев В.В., Ячменев Е.Ф., Зенин И.А. Автоматизированная система подготовки тестов, проведения и анализа результатов тестирования // Вестник Херсон, государственного технического университета. - 1999. - № 1(5). - С. 254.

107. Месюра В.И., Хошаба A.M., Юхимчук СВ. Эффективные решения построения модели управления информационными ресурсами для дистанционного образования // Управляющие системы и машины. - 2004. - № 4. - С. 45-49.

108. Mixeee В.В., Mixeeea Г.М. Внкористання багатопроф1льно1 коми'-ютерно! системи л1н1йного тестування в процес1 навчання / ' BICH. Житомир, держ. пед. ушверситету. • Житомир: Житомир, держ. пед. ушверситет, 1999. - С. 31-33.

109. Морзе Н.В. Методична система шдготовки майбутшх вчител1в шформатики в педагопчних ушверситетах: Дис... д. пед. н.: 13.00.02 / Нацюнальний педагопчний ушверситет 1мен1 М.П. Дра-гоманова. - К., 2003. - 408 с.

110. Наука и социальные проблемы общества: человек, техника, технология, окружающая среда: Материалы междунар. науч.-практ. конф. 14-16 мая 2001 г. - X.: Нац. техн. ушверситет «Харьк. политехи, ин-т», 2001. - 220 с.

111. Науковий в1сник 1зма1льського державного гумаштарного ушвер-ситету. Сер. Пед. науки: Вип. 16 (спец.) - 1змя'1л, 2004. - 195 с.

112. Hoei шформащйш технологи навчання в навчальних закладах Ук-раши: Наук, метод, зб. - Одеса: Друк, 2002. - Вип. 9; ч. 1. - 246 с.

113. Hoei шформащйш технологи навчання в навчальних закладах Украши: Наук.-метод, зб. - Одеса: Друк, 2003. - № 9, ч. 2. - 246 с.

114. Hoei жформащйш технологи у самостжнж робот1 студент1в: Ма-тер1али навч.-метод, конф. Льв1в. комерц. акад. - Льв1в: Льв1вська комерц. акад., 2003. - 278 с.

115. Hoei технологи навчання: Наук.-метод, зб. - К.: Наук.-метод, центр вищ. oceiTH, 2004. - Вип. 38. - 212 с.

116. Образование и виртуальность - 2000: Сб. науч. тр. по материалам 4-й Междунар. конф. Укр. ассоц. дистанц. образования. - X.; Севастополь, 2000. - 262 с.

117. Образование и виртуальность- 2001: Сб. науч. тр. по материалам 5-й Междунар. конф. Укр. ассоц. дистанц. образования. - X.; Ялта, 2001. - 362 с.

118. Образование и виртуальность - 2002: Сб. науч. тр. 6-й Междунар. конф. Укр. ассоц. дистанц. образования. - X.; Ялта: УАДО, 2002. - 385 с.

328

119. Образование и виртуальность - 200.4: Сб. науч. тр. по материалам 7-й Междунар. конф. Укр. ассоц. дистанц. образования. -■ X.; Ялта: УЛДО, 2003. 344 с.

120. Образование и виртуальность - 2004: Сб. науч. тр. по материалам 8-й Междунар. конф. Укр. ассоц. дистанц. образования. - X.; Ялта: УЛДО, 2004. - 375 г.

121. Оконь В. Введение в общую дидактику. М.: Высшая школа, 1990. - 382 с.122. Олшннк В.В. Орган1зацшно-иедагопчн1 осноип дпсташийноУ OCBJ-ти i

навчання. - К.: Ц1ППО, 2001. - 36 с.123. 0;пйник В.В. Организация диетанщиного нанчання в тслядип-ломшй

педагопчшй оевт. - К.: Ц1ПГТО, 2001. 51 с.124. Олшник М.М., Романонко Ю.Л. Тест як шетрумент мльюсно1

д1агностики р1вня знань в сучасних технолопях навчання. - До-нецьк: Донец, нац. ун-т, 2001. - 83 с.

125. Орлов О.В., Татарець О.Л., Гривко I.B. Сервер дистанцшного тес-тування, що створений на OCHOBI Web-тexнoлoгiй /' Соц.-екон. досл1дж. в перех1д. пертд. Дистанц. навчання у XXI ст.: Щор1ч-ник наук. пр. - 2001. - Вип. 27. - С. 183 189.

126. Открытое образование. - 2000. - № 5; 2001. - № 2, 3.127. Панкратова Н.Д., Хохлов В.Ю. Рациональный компромисс целей

субъектов дистанционного образования // Систем. досл1дж. та шформ. технологи. - 2003. № 4. - С. 44-59.

128. Педагогша та психолопя: 36. наук. пр. Харк. держ. пед. ушвер-ситета iM. Г.С. Сковороди. - X., 2001. - Вин. 17. - 203 с.

129. Педиско О.Г., Максимов М.Ф., Левченкова О.В., Литвинов О.М. Культуролопя: Навч.-метод. noci6. для слухач1в ф-ту заоч. та дистанц. навчання. -- Луганськ: РВВ ЛАВС, 2004. - П7 с.

130. Петращук О.П. Тестовин контроль у навчанш 1ноземно'1 мови в середн1й загальноосв1тн1й школь - К.: КДЛУ.1999. - 261 с.

131. Петренко АЛ. В1ртуальш лабораторп для дистанц1йно1 осв1ти i сп1впрац1 // Электроника и связь. - 2001. - № 11. - С. 3-5.

132. Подчасова Т.П., Веренич Е.В. К вопросу об оценке использования мультимедийных средств в дистанционном обучении // Управляющие системы и машины. - 2004. - № 4. - С. 39-44.

133. Полат Е.С. Педагогические технологии дистанционного обучения // Управляющие системы и машины. - 2004. - № 4. - С. 62-69.

134. Проблеми шженерно-педагопчно1 осв1ти: 36. наук. пр. - X.: Укр. шж.-пед. акад., 2004. - № 7. - 256 с.

135. Проблеми наскр1зно1 комп'ютерно] шдготовки у вишдй школк MaTepia.iH Всеукр. наук.-метод, конф., 14-15 жовтня 2003 р. Микола1в: Укр. держ. морс. техн. ушверситет iM. адм1рала Макарова, 2003. - 216 с.

329

136. Проблеми шдручника для ншцо! школ и: ^б. матер1ал1в наук.-метол. конф., м. Вшниця, 29 30 гравия 2001 р. Вшниця: Ушвер-сум Вшниця, 2001. Т. 1. 224 с.

137. Прозор1сть i корупшя в систем! вищо1 OCBITH Украши: Зб. матер. конф., 21-22 лиетопала 2002 р., м. Льшв. - К.: Таксон, 2003. 308 с.

138. Професюна.пзм педагога: Матершли Всеукр. наук.-практ. конф., присвяч. 60-р1ччю Крим. держ. гу.машт. in-ту, 23 25 всрссня, 2003 р. - К.: Пед. преса, 2003. 201 с.

139. Пушкарь Л.И., Федько В.В., Барков Л.Н. и др. Современные ком-пьютерные технологии в дистанционном обучении. - X.: ХНЭУ, 2004. - 396 с.

140. Радванская Л.Н., Соколова Н.А., Григорова Л.Л. Схема работы подсистемы контроля знаний в компьютеризированной системе обучения ' Вестник Херсон, государственного технического университета. 2004. - № 1. -- С. 442-448.

141. Ракитов Л.И. Философия компьютерной революции. - М.: Политиздат, 1991. - 287 с.

142. Рамський Ю.С., Клочко О.В. Тестове оцшювання знань студент1в // BicH. BiHHiiu. подвохи, ш-ту. - 2001. - № 5. - С. 97-102.

143. Рейтинг систем ЗО-моделирования в машиностроении // CAD/ САМ/САЕ observer. - 2000. - № 1. - Р. 15-22.

144. Рзаева С.Л. Прогнозування пойнту на навчальш иослуги (шеля-динломна осв1та) та впровалження HOBITHIX жформацшних тех-нолопй для шдвищення ефективност1 ix реал1зацп: Автореф. дне. канд. техн. наук: 05.13.06. - К.: Наук.-вироб. корпор. «KHIB. Ш-Т автоматики», 2005. - 21 с.

145. Рижкова С.А. 1нновацп в оевт: теор1я та практика розбудови дистанщйних технолопй навчання // Наука та наукознавство. -2000. -№ 1, 2. - С. 93-99.

146. Рогальський Ф.Б., Миколайчук Н.С., Тарзюк О.О. Дисташийне навчання в реал1зацп стратеги Херсонського державного техшч-ного ушверситету // Соц.-ркон. дослйдж. в nepexifl. перюд. Дис-танц. навчання у XXI ст.: Щор1чннк наук. пр. - 2001. - Вип. 27. -С. 136-138.

147. Романенко Ю.А. Формування системи тест1в з xiMii' для загально-ocBiTHboi школи: Дис... канд. пед. н.: 13.00.02. - К.: 1нститут педагопки АПН Украши, 2000. - 150 с.

148. Романов А.В. Методика подготовки и проведения тестового контроля в учебном процессе. - Чебоксары: Клио, 1998. - 45 с.

149. Рябоконь Д.И. Использование вращающихся камер для построения панорамных снимков и многокадровой стереореконструкцин // Управляющие системы и машины. - 2004. - № 1. - С. 25-30.

330

150. Рябоконь Д.И. Построение трехмерной модели заднего полюс» человеческого глаза по стереопаре снимков // Управляющие системы и машины. - 2005. - № 3. - С. 29-38.

151. Рябоконь Д.И. Пространственная реконструкция поверхностей но стереопаре изображений с помощью алгоритма поиска минимального сечения на графе // Управляющие системы и машины. 2001.

№ 3. - С. 47-51.152. Смирнов С.К. Система оценок качества дистанционных курсов. -М:

ВНКП, 1998 - 38 с.153. Озих Н.В. Модсп та коми'ютерж технологи адеквятних npoiiecie

тестування. - К.: Феншс, 2002. - 290 с.154. Смолий В.В. Средства подготовки курсов дистанционного образования //

Вестн. Херсон, государственного технического университета. - 2004. - № 1. - С. 298-302.

155. Собаева Е.В. Активизация познавательной деятельности студентов в условиях дистанционного обучения: Дне... канд. пед. н. 13.00.09. - X.: Харьковский государственный педагогический университет им. Г.С. Сковороды, 2001. - 171 с.

156. Современные образовательные технологии: Учеб. пособ. / Под ред. М.А. Хайруддинова. - Симферополь: Тарпан, 2003. - 127 с.

157. Сокол В.В., Маковецкий С.Д., Сафонов И.М. и др. Расширение функциональности курса дистанционного обучения на примере применения пакета прикладных программ LaserCAD III: Труды междунар. конф. «Единое информационное пространство». - Днеп-ропетровск: УГХТУ, 2003. - С. 51-54.

158. Сокуренко В.И., Огданский И.Ф., Папирнык Р.В., Солод Л.В. Особенности дистанционного образования // BICH. Приднтр. держ. акад. буд-ва та apxiT. - 2002. - № 11. - С. 4-13.

159. Справочник по производственному контролю в машиностроении / Под ред. А.К. Кутая. - Л.: Машиностроение, 1974. - 976 с.

160. Старое М.И., Чванова М.С., Вислобокова М.В. Психолого-педагогические проблемы общения при дистанционном обучении // Дистанционное обучение. - 1998. - № 2. - С. 26-31.

161. Степанова Я.М. Математичш модел1 процесу шформацшного об-мшу в системах дистанщйного навчання: Автореф. дис... канд. техн. наук: 05.13.06. - К.: Наук.-вироб. кориор. «Кшв. ш-т автоматики», 2004. - 16 с.

162. Стефаненко П.В. Дистанционное обучение в высшей школе. -Донецк: ДонНТУ, 2002. - 398 с.

163. Стефаненко П.В. Теоретичн] i методичш засади дистанщйного навчання у вищш школк Дис... д. пед. н.: 13.00.04. - Кшв: 1нсти-тут педагопки i психологи професшно! осв1ти АПН Украши, 2003. - 470 с.

331

164. Стопакевнч А.А. Проблемы дистанционного образования , Вести. Херсон, государственного технического университета. 1999. № 1(5). - С. 86-87.

165. Стуненева гпдготовка фах1видв в ун1верситет1 та HOLM технологи навчання, наукове забезпечення рпиення регюнальних проблем, економ!чн1 проблеми: 36. наук. пр. Сх1дноукр. держ. утверсите-ту. - Луганськ: СУДУ, 2000. - 174 с.

166. Сучасш технологе навчання: проблеми та иерспективи // BicH. Укр. держ. ушверситету вод. госп-ва та природокоригтування. Сер. Иедагопка. - Р1вне, 2003. - Вин. 5(24); ч. 1. - 253 с.

167. Тимошенко О.В. Гнучке навчання як поступовий перех1д до дис-танцшного навчання // Соц.-екон. дослщж. в перехи. перюд. Дистанц. навчання у XXI ст.: Щор1чник наук. пр. 2001. - Вин. 27.- С. 196 199.

168. Управление качеством: Учебник / С.Д. Ильенкова, Н.Д. Ильенкова, СЮ. Ягудин и др.; Под ред. С.Д. Ильенковой - М.: ЮНИТИ, 1998. - 198 с.

169. Философия техники в ФРГ. - М.: Прогресс, 1989. - 528 с.170. ф1лшова Л.Я. Оргашзащя дистанцшного навчання на баз! 1нтер-нет-

технологш (заруб1жний досв1д). - К.: HTI, 2002. - С. 42 -44.171. Ф1лшова Л.Я. Оргашзащя дистанцшного навчання у вищш школ1

б1блютечних та шформацшних наук Гллшойського университету // BicH. Кн. палати. - 2002. - № 7. - С. 45-47.

172. Фоли Дж., вэн Дэм А. Основы интерактивной машинной графики: В 2 кн. - М: Мир, 1985. - 734 с.

173. Хартман К., Лечкий Э, Шефер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов. - М.: Мир, 1977. - 552 с.

174. Человек в системе соцкультурных отношений: Сб. науч. ст. - 2000. -№ 3.175. Ченисов СВ. Приемочный контроль в машиностроении - М.:

Машиностроение, 1971. - 328 с.176. Черепахин В.М., Черепахина Е.В. О применении интерактивных

визуальных моделей для демонстрации методов и алгоритмов в курсе «Графическое и геометрическое моделирование» /,/ Вестник Херсонского ГТУ. - 2002. - № 1 (14). - С 436.

177. Чорна Н.В. Загальш вимоги до ефективного тестування ycnim-ност1 у педагопщ США // BicH. Житомир, державного педагопч-ного университету. - 2003. - № 12. - С. 163-165.

178. Чорна Н.В. Ощнювання навчальних досягнень учшв методом тестування в neflaroriui США: Автореф. дис... канд. пед. наук: 13.00.01.- Житомир: Житомир, держ. ун-т IM. I. Франка, 2005. - 20 с.

179. Шевчук Т.О. Тести на заняттях з украшсько'1 мови у ВНЗ / BICH.Житомир, державного педагопчного ушаерслтету. - 2003. - № 11.-С. 140-145.

332

180. Шишкин Е.В., Боресков Л.В. Компьютерная трафика. Динамика. реалистические изображения. - М.: Диалог-МИФИ, 1995. - 288 .-.

181. Шунович В.И. Дистанционное обучение на Украине: учебные про граммы, курсы, программное обеспечение /' Открытое образование. - 2003. - № 2. С. 41-48.

182. Ягупов В.В. Педагогика: Навч. noci6. для стул. пед. спец. вшц. навч. закл. - К.: Либ1дь, 2002. - 559 с.

183. Ясулайн В. Стереофотография. - М.: Мир. 1975. - 270 с.184. Alexeyev A.N., Volkov N.I., Koclievsky A.N. Creation of a library of E-

manuals for students of mechanical engineering with tests based on fuzzy logic // Bulletin of the Petroleum and Gas University of Ploiesti Ploiesti (Romania). - 2004. - No. 1. - P. 42 16.

185. Ben Jacob V., Levin D., Ben Jacob T. The learning environment of the 2Г century // International journal of educational communications.2000. -№6. -P. 201-211.

186. Blanshfield L., Patrik I., Simpson O. Computer Conferencing for guidance and support in the OU // British journal of educational technology. - 2000. - № 4. - P. 295-307.

187. Volkov N.I., Alexeyev A.N., Koclievsky A.N. Composing of test using the software tool SSUQuestionnaire // Symposium «Education Technologies on Electronic Platforms in Engineering Higher Education» (TEPE 2005). - Bucharest, 2005. - P. 297-305.

188. Volkov N.I., Alexeyev A.N., Kochevsky A.N. Methodical aspects of application of CFD tools in studyng fluid flows // Symposium ♦ Education Technologies on Electronic Platforms in Engineering Higher Education» (TEPE 2005). Bucharest, 2005. - P. 307-309.

189. Volkov N.I., Alexeyev A.N., Kochevsky A.N. Paper modern tools for computer simulation of fluid flows and their application in teaching process /,/ Symposium «Education Technologies on Electronic Platforms in Engineering Higher Education» (TEPE 2005). -Bucharest, 2005. - P. 305-307.

190. Zhang J., Cooley D., Yun Ni. NetTest: an integrated Web-basec test tool II International journal of educational telecommunications. -2001. - Vol. 7, № 1. - P. 33-55.

.Ш

Наукове видання

Алексеев Олександр Миколайович

Дистанцiйне навчання шженерним спещальностям

Монографiя (росiйською

мовою)

Директор видавництва Р.В. КочубейГоловиий редактор B.I. Кочубей

Техшчиий редактор Н.Ю. КурносоваДизайн обкладинки i макет В.Б. Гайдлбруг

Компютерна верстка В.Б. Гандабруг, Д.1. IOBCHKO

ТОВ «ВТД «Ушверситетська книга»40030, м. Суми, вул. Kipoea, 27, 5-й поверх

Тел.: (0542) 27-51-43E-mail: publishC" book.sumy.ua

Buuui реалхзациТел./факс: (0542) 21-26-12, 21-11-25

E-mail: info@book.sumy.ua

Шдпнсано до друку 29.10.04.Формат 60x84 '/ . Пanip офсетний. Гарштура Скулбук.Друк офсетний. Ум. друк. арк. 20,6. Обл.-вид. арк. 19,8.

Тираж 500 прим. Замовлення №

Свiдоцтво про внесения субекта видавничоi справидо Державного реестру видавцiдв, i розповсюджувачiв

видавиичоi продукцпi ДК № 489 ВiД 18.06.2001

Надруковано вiдповiдно до якостi наданих лiпнозитивiв у ГШ «Принт-Лидер» Украiна, 61070, м. Харiв, вул. Рудика. 8

Изложены основные принципыкомпьютеризированно!о контроля

знаний с применением тестовыхзаданий. Классифицируются и

подробно рассматриваютсяосновные типы тестовых вопросов

открытого и закрытою типов, наоснове которых нозможноформирование заданий для

контроля. Отмечаютсяпреимущества использования

нечеткой логики при тестовомконтроле знаний. Излагаются

способы определениянеобходимого количества

вопросов в тестовом задании постепени сложности и значимости

контролируемой" учебногоматериала. Приводится методика

анализа эффективности тестовогоконтроля по фактическому

времени, затраченному на ответы.

ИНФ0РМАТИКА

Тестовый контроль знанийУчебное пособиеВОЛКОВ ни., Алексеев А.Н., АлекеевН.А.2004.109 с. Переплет

Рекомендовано МОН УкраЛш ISBN 966-680-165-5