Разработка экспертной системы проверки знаний по курсу "Инженерная графика"

УДК 007:681.518:2:681.327.22

В.П. Вареца

РАЗРАБОТКА ЭКСПЕРТНОЙ СИСТЕМЫ ПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ ПО КУРСУ "ИНЖЕНЕРНАЯ ГРАФИКА

В настоящее время автоматизированные обучающие системы не нашли широкого применения в учебном процессе многих учебных заведений из-за методических трудностей, имеющих место при их разработке, и технических сложностей при их реализации (особенно это относится к созданию контролирующей части таких систем), а также недостаточности парка современных персональных ЭВМ (ПЭВМ) в вузах. Тем не менее интенсивное их применение в учебном процессе остается вопросом времени. Особое значение данная проблема имеет для учебной дисциплины "Инженерная графика", поскольку преподавателю этой дисциплины приходится постоянно контролировать знание студентами первого курса большого количества государственных стандартов по оформлению разнообразной конструкторской документации, весьма насыщенных различной графической информацией. С поступлением на учебный процесс таких современных средств вычислительной техники как ПЭВМ типов АТ/486 или АТ/386 появляется реальная возможность создать для графических дисциплин простую и удобную в эксплуатации автоматизированную экспертную систему, позволяющую использовать мощные ресурсы ПЭВМ для визуализации учебного материала на стадии обучения, как в текстовом, так и в графическом режиме, а также обеспечить автоматизированное тестирование знаний обучаемых.

Какие же трудности возникают при разработке экспертной системы, ориентированной на максимальное применение графической информации? Основные трудности связаны с созданием необходимой базы данных для контролирующей части такой экспертной системы, поскольку приходится одновременно совмещать текстовую и графическую информацию на одном видовом экране и при этом иметь возможность перемешивать фрагменты видового экрана случайным образом для организации выбора нужной информации при ответах на задаваемые вопросы. Указанные трудности связаны прежде всего с низким уровнем графических возможностей для указанных целей распространенных графических пакетов деловой графики (типа РЬгцбЬ и т.п.), сложностями использования библиотек работы с форматами РСХ, а также неудобством использования мощных, но громоздких пакетов типа АЩоСАБ, РСАБ и пр. Кроме того, не обеспечивают необходимого качества графической информации для этой цели и использование функций элементарной базовой графики основных языков программирования. Исходя из изложенного для решения поставленной задачи желательна разработка относительно простой экспертной системы, которая позволила бы каждому преподавателю графической дисциплины без значительных трудностей создавать необходимую базу данных как для стадии изучения нового учебного материала, так и для стадии тестирования его усвоения. Кроме того требования простоты эксплуатации такой системы должны относиться и к реализации интерфейса разрабатываемой системы в части создания управляющей программы конкретного автоматизированного

Секция учебно-методической работы

курса. По результатам тестирования необходимо обеспечивать вывод на печать результатов тестирования.

В связи с указанным, на кафедре инженерной графики в рамках ее студенческого научного общества (в основном это студенты первого курса) разрабатывается экспертная система по курсу "Инженерная графика", которая позволяет реализовать поставленную задачу, используя и большие графические возможности мощных графических пакетов типа AutoCAD, и гибкие функции библиотеки работы с файлами формата PCX и стандартные возможности языков программирования высокого уровня. Основной пакет программ экспертной системы реализован в C++. База данных с вопросами теста и возможными ответами на них создается специальной программой, которая определяет не только формирование самой базы, но и разбиение видового экрана на необходимое количество окон, з которые помещаются варианты предлагаемых ответов, определение положения окна с правильным ответом на заданный вопрос, а также количество вопросов задаваемых опрашиваемому. Помимо указанного, данная программа обеспечивает в случае необходимости изменение всех перечисленных выше параметров в режиме редактирования уже созданного файла базы данных. Вопросы и файлы с ответами на них хранятся либо в памяти, как связанный список, либо на диске. По результату работы программы создается файл с расширением .AUK, который воздействует на работу управляющей программы CNT.EXE.

Разработанный фрагмент контролирующей части данной экспертной системы оперирует с графическими объектами, хранящимися в стандартных файлах с расширением .PCX в упакованном формате, которые импортируются из любой системы (AutoCAD, PCAD и др.) при помощи резидентного копировщика экрана. Как уже отмечено выше, из созданных слайдов изображений с необходимой графической информацией и текстовых файлов, содержащих вопросы по теме опроса, в интерактивном режиме создается управляющая программа, обеспечивающая процесс линейного тестирования. Данная программа обеспечивает проведение контроля знаний по конкретной теме курса "Инженерная графика" по принципу "Выбери правильный ответ из предложенных к заданному вопросу". Выбор правильного ответа осуществляется курсором, который представляет собой прямоугольную рамку, изменяющую свой размер в зависимости от разбиения видового экрана от количества предлагаемых ответов (2,3,4 или 6 ответов). Количество вопросов в базе данных по теме опроса ограничивается лишь объемом свободной памяти. Сравнительно малый объем картинок-слайдов с ответами к вопросам позволяет создавать значительную базу вопросов к теме опроса, что обеспечивает достаточное разнообразие в вопросах для опрашиваемой группы студентов. Результаты проведенного опроса фиксируются в журнальном файле тестируемой группы, в который заносится вся необходимая преподавателю информация.

С целью устранения возможности запоминания положения правильного ответа на видовом экране программа CNT.EXE псевдослучайным образом (в зависимости от текущего времени) меняет положения всех предлагаемых ответов на экране. Аналогичным образом реализована выборка задаваемых вопросов, которые после каждого ответа последовательно выводятся в зарезервированное место на экране дисплея. Исключается повторный вопрос в одном цикле тестирования, и до мини-

мума сведена их возможность появления в соседних циклах опроса. По завершении цикла вопросов на экране высвечивается результат тестирования, который одновременно записывается в журнал тестируемой группы для получения соответствующего листинга.

Режим обучения экспертной системы, который реализует ознакомление обучаемого с новым учебным материалом, вполне обеспечивается в рамках возможностей текстового процессора ^УО!Ш2 и других более современных его версий: вывод как текстовой, так и графической информации, их совмещение на одном видовом экране, организация связанных файлов, запуск из среды процессора микрофильмов, иллюстрирующих различные процессы в динамике в графическом виде.

Основные минимальные требования системы к аппаратным средствам при ее эксплуатации: 286 процессор, УСА монитор, 200 КЬ свободной оперативной памяти.

Фрагмент экспертной системы, обеспечивающий тестирование обучаемых, в настоящее время внедрен на кафедре ИГ для обеспечения линейного контроля усвоения студентами положений ГОСТов Единой системы конструкторской документации в курсе "Инженерная графика".

УДК 514.182

В.Г. Ли

ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ В НАЧЕРТАТЕЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИИ КАК

МЕТОДИЧЕСКОЕ СРЕДСТВО ПОВЫШЕНИЯ КАЧЕСТВА УСВОЕНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА

Репродуктивное усвоение теоретического материала — существенный недостаток, ограничивающий побудительные мотивы проявления самостоятельности и творчества студентов. Одним из методических приемов нивелирования этого недостатка является индивидуализация заданий в форме введения вариантности позиционных характеристик исходных данных. Однако более эффективным является использование обратных и комбинированных задач, соответствующих изучаемой прямой задаче.

Рассмотрим эту методику на примере одной из типовых частных задач курса начертательной геометрии - построение точки-основания перпендикуляра, проведенного из внешней точки к плоскости общего положения. В конечном виде эпюр решенной задачи содержит (при условии задания плоскости треугольником общего положения) - 10 геометрических элементов: две точки и восемь прямых (отрезков), то есть 20 проекций-параметров.

Например, если поставить условие, что неизвестными могут быть любые четыре из перечисленных параметров, то теоретически возможно конструирование более 4000 различных задач, как сочетаний по четыре из двадцати. Однако с учетом анализа на корректность и зеркальной симметричности полей проекций эпюра получаем более 50 задач, существенно отличных как по компоновке и формулировке, так и по способам решения.

В качестве примера приведем следующую комбинированную задачу. На эпюре заданы: отрезок общего положения ТК, фронтальная про-