Основы конструирования систем проведения дистанционных научных соревнований

туального центра позволяет экономить время обучения. Виртуальный центр должен обеспечивать решение двух задач: практической реализации потенциальных преимуществ технологий электронного обучения и задачи распространения идей, связанных с контролем и повышением качества усвоения учебного материала.

В практической реализации потенциальных преимуществ электронного обучения можно выделить следующие задачи:

• создание надежных информационных ресурсов и авторитетных сообществ, ориентированных на повышение образовательного уровня населения;

• распространение информации о знаниях, способах взаимодействия с педагогами и ориентирование в системе образования;

• повышение уровня грамотности населения;

• внедрение целенаправленных стратегий обучения и повышения активности обучающихся.

Веб-ресурс типа «Виртуальный обучающий центр» связан с одним или несколькими образовательными учреждениями.

Идеальный виртуальный центр информирует об образовательных услугах, позволяет будущим пользователям ознакомиться с работой центра и получить ответы на вопросы, возникающие во время обучения, оказывает услуги на дому, сочетая телефон, компьютер, интерактивное телевидение.

Интернет-консультант может задавать пациенту уточняющие вопросы, вступать с ним в диалог или рекомендовать ему дополнительные образовательные материалы или источники.

Дистанционное интернет-консультирование не заменяет личного общения обучающего и обу-

чаемого. Как и в каком объеме проводить заочное консультирование, по-видимому, следует решать индивидуально.

Итак, сформулированы основные определения области - интернет-технологии и дистанционное образование. Основной задачей, требующей исследования, является построение оптимальной инфраструктуры этой важнейшей области совершенствования современной системы образования, не только среднего и высшего, но и профессионального, включая тренажерно-обучающие системы в различных проблемно-ориентированных областях (в том числе и космической).

Литература

1. Решетников В.Н., Торгашев М.А., Хураськин И.А Технологии подготовки мультимедийных инструкций в компьютерных тренажерных системах: сб. тр. ЦВиСИТ. М.: НИИСИ РАН, 2007. 108 с.

2. Михайлюк М.В., Решетников В.Н. Имитационно-тренажерные и обучающие распределенные системы: там же.

3. Мамросенко К.А Имитационно-тренажерные и обучающие распределенные системы // Программные продукты и системы. 2008. № 3. С. 32-35.

4. Mamrosenko K.A., Reshetnikov V.N. Algorithms and methods in allocated training systems // Proceedings International conference on scientific research in open and distance education. Hanoi, Vietnam: The Gioi, 2008, pp. 31-36.

5. Михайлюк М.В., Решетников В.Н. Системы визуализации в тренажерных комплексах: сб. тр. 52-й науч.-технич. конф. М.: МГИРЭА, 2003. С. 10-15.

6. Мамросенко КА, Решетников В.Н., Торгашев М.А Архитектура программно-методического обеспечения на основе мультимедийных технологий // Пилотируемые полеты в космос. Звездный городок: РИО РГНИИЦПК им. ЮА Гагарина, 2007. С. 135-138.

7. Mamrosenko K.A., Reshetnikov V.N., Torgashev M.A Technologies of multimedia instructions preparation in computer training systems // Proceedings International conference on scientific research in open and distance education. Hanoi, Vietnam: HOU, 2007, pp. 157-163.

УДК 004.942

ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ СИСТЕМ ПРОВЕДЕНИЯ ДИСТАНЦИОННЫХ НАУЧНЫХ СОРЕВНОВАНИЙ

С. Е. Рукшин, к.ф.-м. н.

Статья посвящена влиянию классификационных признаков различных типов дистанционных научных соревнований на требования, предъявляемые к архитектуре автоматизированных систем проведения соревнований соответствующего типа. Сформулированы основные принципы конструирования таких систем: поддержка большого количества различных методов ввода и различных методов проверки решений, возможность расширения количества соответствующих модулей и поддержка различных регламентов проведения соревнований.

Ключевые слова: дистанционное обучение, автоматизация научных соревнований, архитектура автоматизированных систем.

После введения обязательного ЕГЭ в ведущих вузах страны усилилась тенденция к проведению интернет-олимпиад, вытесняющих традиционные

предметные олимпиады. В данной работе сформулированы важнейшие классификационные признаки дистанционных олимпиад и вытекающие из

них требования к архитектуре автоматизированных систем проведения научных соревнований.

По сравнению с обычными олимпиадами дистанционные имеют ряд недостатков [1]:

• невозможность вносить коррективы в условия, если задача оказалась некорректной;

• невозможность следить за ходом мысли участников, обусловленная применением тестов multiple choice с выбором ответа из числа предложенных;

• невозможность апелляции или проведения собеседования в сомнительных случаях;

• невозможность исправления данного ответа или обнаруженной неточности;

• жесткость фиксации последовательности выдаваемых задач;

• зависимость проведения олимпиады от технических проблем, которые могут возникнуть из-за перегруженности сервера;

• вероятность ошибок участников, связанных с технической стороной дела, - от недостаточного знания компьютерных технологий до случайных сбоев в работе техники;

• возникновение необходимости проведения тура с заранее не известным количеством участников при некоторых технологиях проведения соревнований;

• опасность утечки материалов в случае, когда условия задач находятся в Интернете, хотя и в защищенном до начала соревнований виде;

• невозможность верификации личного участия и вероятность фальсификации результатов;

• трудность выбора подходящего времени для одновременного проведения олимпиады во всех регионах России и вероятность появления неравноценных вариантов заданий.

Для сохранения достоинств и максимального устранения недостатков требуется создать адекватные информационные среды, обеспечивающие участие в дистанционных соревнованиях - от ЕГЭ и олимпиад вузов до исследовательских конкурсов и чемпионатов мира Association for Computing Machinery (ACM) по программированию. Корректная постановка задач по созданию таких информационных сред требует четкой классификации типов научных соревнований с автоматизированной обработкой решений [2]. Классификационные признаки могут относиться к различным сторонам проведения научных соревнований и иметь социально-педагогический, предметный, технический и организационный аспекты.

На архитектуру информационных сред существенно влияют следующие факторы.

1. Демократизм доступа, определяемый наличием или отсутствием предварительного отбора или ценза для участников соревнований.

2. Синхронизация ключевых моментов (начало соревнований, доступ к полному варианту зада-

ний, окончание тура и окончание соревнования, доступ к своим текущим и итоговым результатам, а также к результатам других участников, оглашение итогов).

3. Наличие равнозачитываемых вариантов с априорной декларацией унификации их трудности и количества получаемых за них баллов.

4. Возможность повторного прохождения отдельного тура (или соревнования полностью). Естественно возникающий при многократных попытках вопрос - возможное снижение баллов в зависимости от числа подходов.

5. Возможность исправления ответов и решений в рамках одной и той же соревновательной попытки.

6. Последовательность выдачи заданий (жесткая, цензовая или свободная - по выбору участника).

7. Форма ввода ответов и решений - от выбора ответа из числа предложенных, ввода числа, выражения или рисунка до эссе в свободной форме. Автоматическая проверка ограничивает тип возможных ответов и, в частности, исключает форму эссе, применяемую в ЕГЭ (часть C).

8. Обученность участников специальным формам ввода ответов и решений.

9. Способы проверки правильности решения. Это может быть сверка с правильным ответом, сравнение по признакам, тестирование на достаточном наборе тестов или проверка по формальному описанию. Проверка вручную не только включает человеческий фактор, но и накладывает ограничение на формат проведения соревнований: в этом случае проверка, подведение итогов и оглашение результатов откладываются на значительный срок.

Факторы 7-9, связанные с вводом и проверкой решений, позволяют сделать следующий вывод: для полноценного проведения соревнований и тестирований разных типов требуется система, поддерживающая максимально разнообразное количество способов ввода решений и последующих методов проверки, способная расширяться путем добавления новых модулей ввода и проверки.

10. Интеллектуальная обработка решений, предполагающая реакцию на неверные и неполные решения.

11. Организация диалога и имитация устного собеседования с участником.

12. On-line диагностика ответов и решений. При ограниченности технических ресурсов предоставление такой диагностики участникам соревнований может носить цензовый характер, то есть касаться узкого круга участников соревнований, прошедших, выражаясь спортивным языком, квалификацию.

Кроме того, на архитектуру могут влиять средства стимулирования активности участников и способы подсчета баллов и оглашения итогов.

13. Оперативная информация о результатах участника.

14. Оперативная информация об индивидуальных результатах других участников.

15. Результаты по отдельным задачам (то есть количество участников или команд, решивших это задание).

16. Различные способы подсчета баллов: от априорной оценки трудности заданий до связи цены задачи с количеством не решивших ее участников.

17. Штрафы за количество попыток решения задачи и количество прохождений тура.

18. Оглашение итогов текущей деятельности участника. Степень подробности может варьироваться от простого сообщения, решена задача или нет, до развернутого анализа (в обучающих системах) навыков, сильных и слабых мест, выдачи рекомендаций и т.д.

Использование опций, формирующих тип соревнования и соответствующей ему информационной среды, должно соответствовать цели проведения конкретных научных соревнований (от учебно-тренировочных до рейтинговых). Заметим, что не любое сочетание классификационных признаков порождает реализуемый тип соревнования, так как выбор опций не является независимым.

Естественно, система проведения соревнований должна удовлетворять современным требованиям, предъявляемым к информационно-коммуникационным системам: быть платформонезави-симой, иметь мей-интерфейс и пр. Кроме того, архитектура автоматизированной системы проведения научных соревнований должна обеспечить выполнение таких требований, как

- поддержка продуктивной деятельности участников, решение творческих задач;

- обеспечение преемственности с традиционной системой соревнований;

- использование наработанных задач и форм проведения научных соревнований;

- разделение предметной сферы деятельности ученика (взаимодействие со средой задачи) и дидактической составляющей, связанной с организацией проведения соревнований [3, 4];

- автоматизация процессов регистрации, диалога, проверки, обеспечения регламента соревнований.

Это означает, что требуются блоки:

• для поддержки необходимой операционной среды задачи и ведения диалога с участником (или обучаемым), который входит в состав клиентской части системы и поддерживает взаимодействие ученика с задачей, предоставляя интерфейс, специфичный для данного типа задач;

• для верификации решения задачи, который входит в состав серверной части системы и отвечает за обработку решения, полученного в процессе взаимодействия ученика со средой задачи;

• для поддержки регламента соревнования и всех процессов, относящихся к проведению научного соревнования.

Выделение первых двух блоков в отдельную подсистему позволяет сделать систему открытой, постепенно наращивая количество разнообразных модулей, соответствующих различным типам задач, используемых в дистанционных конкурсах. Эта подсистема позволяет соединять в одном соревновании всевозможные задания, от тестовых вопросов с простой формой ответа до задач со сложной структурой ответа.

Третий блок, блок управления соревнованием, формирует регламент участника, исполнение которого поддерживается системой автоматически; в этом блоке осуществляются администрирование банков задач и соревнований, управление правами на участие в соревнованиях, выдача участникам условий задач и модулей для поддержки решения задач, хронометраж, передача решений участников модулям проверки решений, составление таблицы результатов, сохранение истории отосланных решений, публикация результатов соревнования в соответствии с правами на просмотр.

Взаимодействие блоков должно предусматривать минимальный набор возможностей системы:

- управление правами на участие в соревновании;

- выдача участникам условий задач и модулей для ввода ответов и решений задач в соответствии с регламентом участника;

- хронометраж и синхронизация ключевых моментов соревнования;

- перенаправление решений участников соответствующим модулям проверки решений и составление итоговых таблиц результатов соревнований по принятой системе оценок;

- сохранение истории отосланных решений;

- выдача результатов соревнования в соответствии с правами на просмотр;

- администрирование банков задач и видов соревнований;

- дополнительный выбор классификационных опций.

Отдельно можно предусмотреть общение участников соревнований с жюри и рассылку информации о соревнованиях, проведение ознакомительных и тренировочных туров, обучение и подготовку участников соревнований и т.д.

В данной работе рассмотрены возможности, которые в общем случае должна иметь система проведения удаленных соревнований. Основными требованиями к такой системе являются поддержка большого количества методов ввода и проверки решений [5] с возможностью расширения количества соответствующих модулей и поддержка различных регламентов проведения соревнования. Широкие возможности системы, конечно, делают полноценную работу с ней доступной только для

технических специалистов. Например, модули ввода решений в принципе могут быть созданы только программистами. Но если система уже создана и настроена, программисты реализовали модули ввода и проверки, создана среда автоматической генерации задач, то пользоваться результатом сможет уже широкий круг преподавателей вузов, учителей и методистов.

Литература

1. Максимов Д.В., Рукшин С.Е. Достоинства и недостатки интернет-олимпиад / В сб.: Некоторые актуальные проблемы

современной математики и математического образования. СПб: БАН, 2010. С. 140-142.

2. Рукшин С.Е. Классификация типов научных соревнований с автоматической обработкой решений // Науч.-технич. вест. СПбГУ ИТМО. 2010. № 3. С. 121-125.

3. Башмаков М.И., Поздняков С.Н., Резник Н.А Информационная среда обучения. СПб: «Свет», 1997.

4. Ivanov S., Pozdnyakov S. Computers in productive teaching of mathematics or how information technologies can support intellectual freedom of the learner. The 10-th International Congress on Mathematical Education, National presentation: Russia, Selected materials, Copenhagen, Denmark, July 4-11, 2004, pp. 115-124.

5. Рукшин С.Е. О технологиях автоматической проверки решений математических задач / В сб.: Некоторые актуальные проблемы современной математики и математического образования. СПб: БАН, 2010. С. 142-147.

УДК 004.942

ПОСТРОЕНИЕ СХЕМНОГО РЕШЕНИЯ ПО АЛГОРИТМИЧЕСКОМУ ПРЕДСТАВЛЕНИЮ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА

В.А. Тихомиров, д.т.н.; Т.И. Козырев; С.Г. Тимофеев

В статье предложен подход к построению вычислительной системы с параллельной архитектурой по программному коду на структурированном языке программирования для исполнителя с последовательной архитектурой. Кроме того, проведена оценка временных затрат на выполнение программы при работе последовательного и параллельного вычислителей.

Ключевые слова: система моделирования, сложные информационные системы, ПЛИС.

Создание высокопроизводительных вычислительных систем всегда являлось стратегическим приоритетом лидирующих мировых держав и входит в первую десятку жизненно важных научно-технических программ. Без суперкомпьютеров невозможно обеспечить конкурентоспособность страны на мировом рынке, нельзя поддерживать обороноспособность государства на должном уровне. Неоценима роль высокопроизводительных вычислителей для бортовых систем, область применения которых обширна.

Успешное развитие многопроцессорных вычислительных систем обеспечивается в основном за счет роста технологических возможностей, в частности, за счет уменьшения топологических размеров при изготовлении кремниевых микросхем, вследствие чего повышается плотность компоновки вентилей на одном кристалле и возрастает скорость работы процессоров. Помимо технологических путей повышения производительности вычислительных систем, существуют алгоритмические, программные и архитектурные методы. Алгоритмические методы сводятся к построению более эффективных математических методов решения задач, программные состоят в разработке программ, обеспечивающих эффективное исполь-

зование вычислительных систем. Важнейшим направлением повышения производительности вычислительных систем являются архитектурные методы.

Специалистами ведущих фирм мира за последние полвека были реализованы конвейерные, векторные, векторно-конвейерные, матричные, тороидальные, гиперкубовые, иерархические, кластерные и множество иных архитектур вычислительных систем. Лидирующие позиции в области высокопроизводительных систем занимают системы с кластерной архитектурой, представляющей собой объединение множества традиционных коммерчески доступных процессорных узлов с помощью стандартных сетевых решений. Однако данная архитектура имеет существенные недостатки, обусловленные относительно низкой скоростью процедур межпроцессорного обмена, недостаточной пропускной способностью сети передачи данных и необходимостью синхронизации множества взаимосвязанных последовательных процессов, каждый из которых выполняется на отдельном процессоре.

Все это приводит к тому, что высокую реальную производительность кластерная архитектура демонстрирует в основном только при решении