Автоматизированный лабораторный комплекс интегрированная информационно-образовательная среда для подготовки химиков-технологов

УДК 378.14:004

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ КОМПЛЕКС -ИНТЕГРИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ СРЕДА ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ХИМИКОВ-ТЕХНОЛОГОВ

А.Ф. Егоров, Т.В. Савицкая, Ю.И. Капустин,

С.П. Дударов, А.В. Горанский

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, г. Москва

Представлена членом редколлегии профессором В.И. Коноваловым

Ключевые слова и фразы: автоматизированные системы обучения; автоматизированный лабораторный комплекс; интернет-технологии; информационно-образовательные ресурсы; информационно-методические ресурсы; контроль знаний; учебно-исследовательские ресурсы; электронные учебники; электронные учебные пособия.

Аннотация: Рассматривается методология построения автоматизированных лабораторных комплексов. Представлена классификация существующих автоматизированных систем обучения. Определены требования к разработке информационно-образовательных, учебно-исследовательских и информационнометодических ресурсов, перечислены основные функции автоматизированного лабораторного комплекса. Приведен пример разработанного авторами автоматизированного лабораторного комплекса для подготовки химиков-технологов.

Интеграция средств новых информационных технологий в учебный процесс, начавшаяся в конце прошлого века, привела к тому, что в настоящее время учебные заведения любого уровня образования в различных областях знаний не могут вести учебный процесс без той или иной формы использования автоматизированных систем обучения (АСО).

На рис. 1, 2 представлена классификация АСО [1].

По формам представления учебного материала различают: электронные учебники (ЭУ), электронные учебные пособия (ЭУП), компьютерные учебники (КУ), мультимедийные учебники, образовательные компьютерные игры, компьютерные средства обеспечения учебных занятий (мультимедийные лекции, презентации), компьютерные задачники (КЗ) и другие.

По решаемым учебным задачам (см. рис. 1) АСО классифицируют на средства:

- для теоретической подготовки (ЭУ, ЭУП, КУ);

- для контроля знаний - автоматизированные системы контроля знаний (АСКЗ);

- для практической подготовки (компьютерные задачники, компьютерные тренажеры, автоматизированные лабораторные работы (АЛР), автоматизированные практикумы (АП), автоматизированные системы компьютерного моделирования (АСКМ), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), автоматизированные системы проектирования (АСПр));

ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2006. Том 12. № 1Б. Transactions TSTU. 175

КЛАССИФИКАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ОБУЧЕНИЯ

і г 1 г

По назначению По режимам обучения

Узкоспециализированные

Универсальные

междисциплинарные,

многофункциональные,

интегрированные

Без

взаимодействия

обучаемых

Для

теоретической

подготовки

Для

практической

подготовки

Для

контроля

знаний

Комплексные

М ате матиче ские модели

Физические

модели

Сопряженные с реальными объектами

По характеру модели изучаемого объекта

Компьютерные справочники

Рис. 1 Схема классификации АСО

- комплексные - для подготовки обучаемых по различным формам: теоретическая, практическая, контроль знаний (учебно-методические комплексы (УМК), автоматизированные лабораторные комплексы (АЛК));

- вспомогательные - мультимедийные учебные занятия, компьютерные справочники и т. п.

По назначению АСО классифицируются на (см. рис. 1): узкоспециализированные дисциплинарные (электронные учебники и учебные пособия, компьютерные задачники, автоматизированные лабораторные работы, автоматизированные практикумы, автоматизированные системы контроля знаний, учебно-методические комплексы, компьютерные тренажеры), предназначенные для обучения или контроля знаний по какому-либо одному предмету (курсу, разделу дисциплины и т.п.), и универсальные междисциплинарные, многофункциональные, интегрированные, - обеспечивающие возможность изучения нескольких связанных предметов (курсов, дисциплин и т. п.).

Дисциплинарные АСО могут включать как одну из форм представления учебного материала (предназначены для решения одной из задач), так и несколько. Например, в состав учебно-методических комплексов включаются электронные учебники, электронные учебные пособия, компьютерные учебники, автоматизированные системы контроля знаний. Кроме того, в состав учебно-методических комплексов включается информационно-методическое обеспечение образовательного процесса.

Междисциплинарные АСО обязательно включают несколько форм предоставления учебного материала по широкому кругу решаемых в них задач. Эти системы организуются в виде автоматизированных систем дистанционного обучения (АСДО) и автоматизированных лабораторных комплексов. Их состав не является жестким, он может постоянно обновляться и расширяться по мере разработки новых информационно-образовательных ресурсов. Так, в состав АСДО могут включаться автоматизированные лабораторные комплексы и виртуальные лаборатории (ВЛ). В состав АЛК могут входить ЭУ, ЭУП, КУ, АСКЗ (по отдельным дисциплинам) и системы тестирования знаний по курсам и блокам дисциплин, компьютерные конспекты лекций, АСКМ, АСНИ, АСПр и другие. Кроме того, АЛК и виртуальные лаборатории должны включать соответствующее информационно-методическое обеспечение.

По техническим средствам предоставления учебной информации (технологиям хранения и доставки информации) АСО классифицируются на традиционные, использующие компакт-диски (СВ), устанавливаемые на персональных компьютерах (ПК) и функционирующие в составе локальных вычислительных сетей, и сетевые, использующие глобальную сеть Интернет для хранения и передачи информации в процессе обучения.

В свою очередь, различают АСО на традиционных носителях информации, функционирующие автономно (локально) и функционирующие в составе автоматизированных информационных систем (АИС) (например, электронные учебники и учебные пособия, содержание которых хранится и доводится до обучаемых с использованием АИС, являются автоматизированными учебниками). В составе АИС функционируют также учебно-методические комплексы, автоматизированные лабораторные работы и автоматизированные практикумы и ряд других (см. рис. 2).

Использование сетевых технологий создания, хранения и предоставления информационно-образовательных ресурсов обучаемым позволяет существенно расширить функциональные возможности разрабатываемых на их основе АСО и наряду с дисциплинарными разрабатывать междисциплинарные многофункциональные комплексы и системы: АСДО, АЛК.

ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2006. Том 12. № 1Б. Transactions TSTU. 177

х а ю п

?

X

Н

ТРАДИЦИОННЫЕ на CD, ПК, с использованием локальных вычислительных сетей

Автономные

(локальные):

- электронные учебники (ЭУ);

- электронные учебные пособия

(ЭУП);

- компьютерные учебники (КУ);

- компьютерные средства обеспечения лекционных занятий

Как часть автоматизированных информационных систем (АИС):

- автоматизированные учебники (АУ),

- автоматизированные учебные курсы;

- автоматизированные системы контроля знаний

(АСЕЗ);

-учебно-методические комплексы (УМК);

- автоматизированные практикумы (АЛ);

- автоматизированные лабораторные работы (АЛР),

- автоматизированные системы компьютерного моделирования (АСКМ);

- автоматизированные системы научных исследований (АСНИ);

-автоматизированные системы курсового и дипломного проектирования

СЕТЕВЫЕ

Дисциплинар ны е: ЭУ, ЭУП, АУ, КУ, сетевой курс

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССОМ ОБУЧЕНИЯ

По организации управляющих воздействий

Т

УПРАВЛЕНИЕ ПОЗНАВАТЕЛЬНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ

СЕЛЕКТИВНЫЕ

Вопросно-ответные Анимационные:

системы контроля знании: -мультимедийные средства в

информационные ACO;

"образы"; обучающие - мультимедийные учебники;

" образы"; - образовательные

контролирующие "образы" компьютерные игры

АДАПТИВНЫЕ

- адаптивные обучающие системы;

- адаптированные сетевые курсы

ГЕНЕРИРУЮЩИЕ

- экспертные обучающие системы;

- интеллектуальные обучающие системы;

- интеллектуальные компьютерные средства обучения;

- компьютерные тренажеры

Рис. 2 Классификация ACO

При использовании сетевых технологий хранения и предоставления информации наряду с традиционными формами используются новые, такие, как интернет-учебники, сетевые курсы, виртуальные лаборатории.

По режимам обучения (см. рис. 1) АСО предназначаются для индивидуального обучения (традиционные компьютерные средства обучения на ОБ и ПК) и для группового обучения - АСО, использующие локальные сети и сеть Интернет (сетевые курсы, интернет-учебники, АЛК). Вместе с тем, при групповом обучении с использованием АСО некоторые из систем наряду с человекомашинным взаимодействием преподавателя и студентов предусматривают взаимодействие обучаемых между собой в учебном процессе.

По характеру модели изучаемого объекта или процесса (см. рис. 1) АСО классифицируют на:

- использующие математические (программно-реализуемые) модели (АСКЗ, АСКМ, УМК, АЛК, компьютерные тренажеры, АСНИ, АСПр);

- использующие физические модели (АСНИ, АСПр);

- модели, сопряженные с реальными объектами (ВЛ, АСНИ, АСПр).

Как видно из рис. 1, некоторые системы могут использовать различные виды моделей изучаемого объекта (процесса).

По характеру учебных занятий различают АСО:

- обучающие в последовательности, определяемой структурой программы и результатами работы обучаемых (программно-управляемое, структурно-управляемое, адаптивное обучение);

- репетирующие - направленные на закрепление определенных знаний или навыков (тренажеры, автоматизированные системы тестирования, автоматизированные системы контроля знаний).

По организации управляющих воздействий на обучаемых (см. рис. 2) различают АСО управления познавательной деятельностью обучаемых и АСО управления процессом обучения. В АСО управления познавательной деятельностью управляющие воздействия на обучаемых реализуются системой посредством механизмов, заложенных при проектировании системы разработчиками (в том числе, преподавателями, методистами и т. п.), или генерируются системой на основе реализованных в ней методов искусственного интеллекта. В этом случае не предусмотрены управляющие воздействия преподавателя в процессе непосредственного человекомашинного взаимодействия обучаемого с АСО.

К АСО управления процессом обучения относятся большинство сетевых АСО. В этих системах управляющие воздействия на обучаемых реализуются не системой, а преподавателем в процессе интерактивного обучения при человекомашинном взаимодействии преподавателя с системой и студентов с системой на различных стадиях обучения.

По степени управления познавательной деятельностью (см. рис. 2) АСО классифицируют на селективные, адаптивные и генерирующие (интеллектуальные).

В селективных АСО функция управления познавательной деятельностью (т.е. формирование обучающих воздействий и определение условий их выдачи) осуществляется автором автоматизированного учебного курса. По форме представления информации среди селективных АСО различают вопросно-ответные и анимационные.

Вопросно-ответные АСО используют для организации самоконтроля и тестового контроля знаний. Действие анимационных АСО построено на игровом принципе, где вопросы возникают, исходя из сложившейся ситуации. Анимационные АСО вырабатывают определенные навыки, развивают наблюдательность, внимание, реакцию, учат практическим действиям, вызывают заинтересованность, так как направлены на достижение конкретной цели. Благодаря наглядности обучения и другим достоинствам, анимационные АСО получили широкое распространение в различных сферах научной деятельности.

Адаптивные АСО включают, в свою очередь, адаптивные обучающие системы и адаптированные сетевые курсы (см. рис. 2).

В адаптивных обучающих системах реализуются обратные связи между обучаемым и системой, которые используются для управления учебным процессом. По результатам работы обучаемого (входного тестирования, рубежного контроля) осуществляется корректировка сценария его взаимодействия с АСО (последовательности, глубины и формы представления учебного материала, условий учебных заданий и др.).

Адаптированные сетевые курсы для системы открытого образования проектируются так, что порядок и содержание изучаемого материала в них определяются в зависимости от уровня знаний обучаемого (или группы обучаемых) по результатам предварительного тестирования.

В отличие от селективных, генерирующие (интеллектуальные) АСО динамически формируют программу в соответствии с текущей ситуацией в процессе обучения. Реализация указанного свойства интеллектуальных АСО обеспечивается наличием в них знаний о предметной области обучения, о процессе обучения, об обучаемом. Формализация перечисленных знаний осуществляется построением соответствующих моделей. В генерирующих (интеллектуальных) АСО (см. рис. 2) выделяют интеллектуальные обучающие системы, интеллектуальные компьютерные средства обучения, экспертные обучающие системы (ЭОС), компьютерные тренажеры.

ЭОС основываются на интеграции технологий компьютерных средств обучения и экспертных систем и предназначены для освоения методов решения слабоструктурированных задач. Поскольку такие методы носят эвристический характер и плохо формализуются, они представляются в базе знаний, отражающей схемы действий (правила, приемы, рассуждения, аргументация и т.д.) наиболее опытных и квалифицированных экспертов. Обучение ведется на примерах решения задач за счет применения экспертных знаний. ЭОС способны приобретать новые знания, обеспечивать ответ на запрос обучаемого и решение задач из определенной предметной области.

Интеллектуальные обучающие системы (ИОС) относятся к системам наиболее высокого уровня. Они реализуются на базе методов и средств искусственного интеллекта, могут осуществлять управление на всех этапах решения учебной задачи, начиная от ее постановки и поиска принципа решения и кончая оценкой оптимальности решения, с учетом особенности деятельности обучаемых. ИОС обеспечивают диалоговое взаимодействие и могут совершенствовать стратегию обучения по мере накопления данных.

В генерирующих (интеллектуальных) АСО, в зависимости от правильности ответов при самоконтроле или задаваемых обучаемым системе вопросов, АСО организует те или иные сценарии обучения, выбирая стратегию обучения и адаптируясь к уровню знаний обучаемого.

Генерирующие АСО выполняют следующие функции:

- формирование учебных задач;

- решение задач в предметной области;

- диагностика и анализ ошибок обучаемого;

- управление процессом обучения.

Работа генерирующих АСО основана на модели предметной области, формируемой в машинной памяти специалистом в этой области знаний. Организация таких АСО предполагает непосредственное обращение к различным объектам информации: порциям учебного материала, понятиям, словосочетаниям, отдельным словам.

Отдельно следует отметить компьютерные тренажеры - программноаппаратные комплексы, предназначенные для отработки и закрепления различных навыков, обычно включающие средства для оценки достигнутого уровня навыков и соответствующего изменения интенсивности (сложности, скорости и т.д.) тренирующих воздействий, для реализации которых при проектировании АСО также используются методы искусственного интеллекта.

В настоящей статье авторами рассмотрен опыт создания одной из форм АСО -автоматизированного лабораторного комплекса для подготовки химиков-технологов.

Необходимость объединения имеющихся у высококвалифицированных коллективов специалистов вузов информационно-образовательных, учебно-

исследовательских и информационно-методических ресурсов для подготовки хи-миков-технологов в рамках интегрированного автоматизированного лабораторного комплекса обоснована тем, что специфика подготовки химиков-технологов заключается не только в обучении студентов теоретическим знаниям и навыкам, но и в приобретении ими опыта практических (лабораторных) исследований. Прогрессирующая в последние годы в вузах России тенденция старения материальнотехнической базы для проведения лабораторных практикумов существенно ограничивает возможности натурного эксперимента. Кроме того, особенности преподавания общепрофессиональных и специальных дисциплин требуют выбора доступных форм представления сложной научно-технической информации.

В связи с этим при подготовке химиков-технологов различных форм обучения основные усилия по организации лабораторных, учебно-исследовательских, курсовых и дипломных работ, а также самостоятельной подготовки студентов должны быть направлены на:

- создание общедоступных учебно-методических комплексов, автоматизированных лабораторных комплексов и систем удаленного доступа;

- создание баз данных и баз знаний учебного назначения и автоматизированного моделирующего программного обеспечения.

Автоматизированный лабораторный комплекс - это интегрированная информационная образовательная среда, включающая информационно-образовательные, учебно-исследовательские и информационно-методические ресурсы для реализации образовательного процесса с использованием систем удаленного доступа и сетевых технологий обучения [1].

Автоматизированный лабораторный комплекс организуется по группам дисциплин направлений и специальностей подготовки. Структура АЛК представлена на рис. 3.

Информационно-образовательные ресурсы составляют электронные учебники, электронные учебные пособия, компьютерные конспекты лекций, семинаров, базы данных и базы знаний предметной области, внешние информационные ресурсы, организуемые в виде гиперссылок на ресурсы сети Интернет, и электронные библиотеки, необходимые для организации лабораторных практикумов, курсового и дипломного проектирования.

Учебно-исследовательские ресурсы комплекса составляют автоматизированные системы компьютерного моделирования, пакеты прикладных программ, учебно-исследовательские автоматизированные системы научных исследований и курсового и дипломного проектирования.

Информационно-методические ресурсы составляют методические и учебнометодические материалы, необходимые для организации процесса обучения и контроля знаний с использованием сетевых технологий и систем удаленного доступа, включающие:

ISSN 0136-5835. Вестник ТГТУ. 2006. Том 12. № 1Б. Transactions TSTU. 181

I Серверы университетов и выпускающих кафедр Минобрнауки РФ

Компьютерные интерактивные тексты и конспекты лекций, семинаров,...

Базы данных н базы знаний предметной области

Внешние инф ормационные ресурсы

Программа курса: Ж Л

•рабочий план курса; К R

•лекции, семинары, —

лабораторные работы; н 2

•курсовое/дипломное проектир.

Подсистема обучения и к онтроля знаний

Рис. 3 Структура автоматизированного лабораторного комплекса

- учебные планы Государственного образовательного стандарта с перечнем групп технических дисциплин блоков общепрофессиональных и специальных дисциплин по направлениям подготовки;

- учебные планы вузов, ведущих подготовку по специальностям и специализациям данного направления, с перечнями дисциплин;

- учебно-методические рекомендации по выполнению лабораторных практикумов, курсовому и дипломному проектированию с использованием информационно-образовательных и учебно-исследовательских ресурсов комплекса;

- подсистему обучения и контроля знаний.

Таким образом, АЛК представляет собой информационно-образовательную среду, состоящую из предметно и информационно связанных между собой дисциплин по направлению и специальности подготовки. АЛК может использоваться для различных форм обучения (очного, очно-заочного, заочного). В нем реализуются основные функции виртуальной среды обучения как открытой системы, представляющей комплекс специальных взаимосвязанных и постоянно обновляемых средств обучения, обеспечивающей возможность интерактивного взаимодействия со всеми участниками образовательного процесса.

Основными функциями, реализуемыми с использованием АЛК, являются:

- информационная и организационная (учебно-методическая) поддержка процесса очного, очно-заочного, заочного обучения;

- организация и контроль доступа к информационным ресурсам в процессе обучения с разграничением прав пользователей;

- возможность организации проведения лабораторных практикумов, курсового и дипломного проектирования;

- обеспечение текущего контроля успеваемости и проведение итогового контроля;

- мониторинг состояния учебного процесса и управление движением контингента обучаемых.

Структура интегрированного АЛК является открытой, гибкой, модульной. Она допускает расширение как функциональных возможностей, так и информационного наполнения.

При разработке и использовании в учебном процессе информационнообразовательных и учебно-исследовательских ресурсов необходимо соблюдать следующие требования:

- адекватность содержания Государственному образовательному стандарту;

- приоритет учебных целей, то есть выбор таких форм представления учебной информации, которые направлены на эффективное изучение материала, даже в ущерб дизайну и легким техническим решениям;

- экономическая эффективность, определяемая себестоимостью разработки и разумной конфигурацией технических средств, необходимых для реализации, установки и функционирования АСО.

Современные электронные обучающие ресурсы (автоматизированные учебники, учебные пособия) в обязательном порядке включают текст и статическую графику (иллюстрации). Кроме того, они могут включать элементы, расширяющие мультимедийные возможности обучающих ресурсов: анимация, звуковые фрагменты, видеофрагменты, моделирующие (тренажерные) интерактивные элементы.

Требования к тексту электронных учебных изданий являются очень важными ввиду существующих ограничений передачи графики, звука и видео по отечественным каналам сети Интернет. В результате текст должен быть легко читаемым, хорошо структурированным, содержать ключевые блоки вначале текста, по возможности исключать малозначимую информацию, иметь развитую систему

гиперссылок. Это позволяет существенно повысить учебную емкость текста и минимизировать время обучаемого для поиска необходимой информации.

При подготовке текстовой и графической информации в сетевых АСО должен быть учтен ряд требований. Для размещения информации в сети Интернет текстовые блоки готовятся в любом доступном редакторе и сохраняются в формате HTML (HyperText Markup Language). Использование языка разметки гипертекста HTML позволяет организовать удобную навигацию по учебному материалу на основе гипертекстовых и гипермедиассылок.

Для подготовки графических материалов могут быть также использованы различные программные средства, однако окончательные файлы рисунков должны сохраняться в форматах, использующих сжатие JPG (JPEG - Joint Photographic Experts Group), GIF (Graphic Interchange Format), PNG (Portable Network Graphics). Для рисунков с большим количеством межцветовых переходов целесообразно использовать формат JPG. Для рисунков, где превалируют большие однотонные участки, - формат GIF или более новый и обладающий большими возможностями формат PNG. Фактическое разрешение рисунка не должно быть больше, чем это необходимо для демонстрации на экране монитора. Анимационные фрагменты готовятся в формате Animated GIF. Также может быть использована технология flash-анимации, обеспечивающая уникальные изобразительные возможности при изначальной адаптированности к интернет-технологиям.

Вследствие необходимости высокой степени сжатия исходной информации для разработки аудиофрагментов следует использовать формат MP3 (MPEG 1.0 Layer 3; MPEG - Moving Pictures Experts Group). Поскольку основная их часть -это записи человеческой речи, достаточно использовать сжатие с шириной потока до 32 кбит/с. В этом случае аудиофрагмент длительностью 10 мин будет использовать менее 2,5 Мб дискового пространства.

Видеофрагменты, в том числе и озвученные, собираются в файлы формата AVI (Audio Video Interleaved). Для сжатия видеоинформации целесообразно использовать кодеки, встроенные в операционную систему Windows’98, подразумевая, что большинство пользователей автоматизированного обучающего комплекса будут работать в этой операционной системе или более поздних операционных системах Microsoft.

Моделирующие и тренажерные интерактивные элементы могут создаваться с использованием таких технологий, как Java-applets, клиентские (Java-Script, VB-Script) и серверные (Java-Servlets, Personal Home Page tools (PHP), Perl и т.п.) скрипты (последовательности выполнения команд).

При использовании этих технологий может возникнуть необходимость установки дополнительного программного обеспечения. Например, для просмотра Flash-анимации необходимо программное средство Macromedia Flash Player. В этих случаях следует размещать гипертекстовые ссылки на соответствующие ресурсы в сети Интернет. Как правило, такие ссылки могут устаревать из-за периодического обновления программных средств или выхода их новых версий, поэтому в обязанности учебного заведения входит постоянное отслеживание работоспособности ссылок на внешние ресурсы и, при необходимости, их исправление.

Важными этапами создания информационно-образовательных ресурсов АСО являются разработка графического интерфейса пользователя и организация автоматизированного контроля и самоконтроля знаний.

Графический интерфейс пользователя - это совокупность графических символов (пиктограмм), опций, систем меню и других элементов управления программным приложением, предназначенная для организации максимально понятного, удобного и быстрого взаимодействия пользователя с программным приложением (комплексом) в целом и доступа к его отдельным функциям.

Общими требованиями к пользовательским интерфейсам являются:

- универсальность;

- дружественность;

- лаконичность, обеспечиваемая приемом определения параметров по умолчанию, реализацией пиктограмм вместо текстовых выражений, поддержкой способов оперативного ввода команд и т. п.;

- гибкость, достигаемая с помощью средств настройки;

- структурированность диалога, то есть разделение компонентов пользовательского интерфейса по уровням сложности;

- способность к диагностике и обработке ошибок пользователей.

Дружественный интерфейс должен обеспечивать эффективное взаимодействие обучаемого с компьютером и преподавателем. Реализация этого требует наличия быстрой загрузки страниц электронных учебных пособий, легкость навигации по тексту, единство стиля представления учебных материалов, использование возможностей мультимедийных технологий, отсутствие технических ошибок.

Возможность настройки интерфейса делает его гибким и позволяет пользователям самостоятельно модифицировать интерфейс.

Удовлетворение вышеперечисленным требованиям информационно-образовательных и учебно-методических ресурсов автоматизированных обучающих средств позволяет повысить эффективность образовательного процесса и дает возможность оперативно и просто подключать к АСО новые ресурсы: электронные лекции, семинары, лабораторные занятия.

В состав АЛК, разработанного авторским коллективом кафедры компьютерно-интегрированных систем в химической технологии Российского химикотехнологического университета им. Д.И. Менделеева, включены дисциплина «Системы управления химико-технологическими процессами» блока общепрофессиональных дисциплин и две дисциплины специализации 251804 - «Гибкие автоматизированные производственные химико-технологические системы» -«Математическое моделирование и методы синтеза гибких химических производств» и «Автоматизированное проектирование систем многосвязного и прямого цифрового управления гибкими химико-технологическими системами». Каждая дисциплина представлена одинаковыми интерфейсами пользователя.

В правой части рабочего окна главной страницы каждого курса (рис. 4) представлено его краткое описание. В левой части представлены следующие разделы: программа курса, рабочий план дисциплины с распределением почасовой понедельной нагрузки и указанием сроков и форм контроля знаний по данной дисциплине, теоретический материал, необходимый для подготовки к проведению лабораторных работ, автоматизированный лабораторный практикум с перечнем лабораторных работ и учебно-методических рекомендаций по их выполнению, контакты, самоконтроль знаний.

В состав информационно-образовательных и учебно-исследовательских ресурсов, реализованных в комплексе, включены:

- автоматизированные лабораторные практикумы по трем перечисленным выше курсам;

- автоматизированные системы самоконтроля знаний;

- учебные базы данных и программное обеспечение для выполнения лабораторных работ.

Организация выполнения лабораторного практикума по каждому курсу представлена перечнем лабораторных работ (рис. 5) и включает доступ к теоретическому материалу в виде ссылок на необходимые информационно-образовательные ресурсы, пример практического решения, варианты заданий (выбираемые из банка заданий на лабораторные работы), требования к подготовке отчета, краткое описание моделирующих программ, ссылки на моделирующие программы.

•ЦСДО - Математическое моделирование и методы синтеза гибких химических производств - Microsoft Internet Explorer Н- Мх

J Файл Правко Дна Избранное Сервис Справка Е9

. + . ü Ей 3 её ' Назад Вперед  становить Обновить Вовесьэкр... Кодировка Si Избранное а Печать $ ICQ Pro й~ Размер

J йЦрЭС |<Э] http: //cisserver. much, edu.ru/alk/mathmod. php?location=intrci

Автоматизированный лабораторный комплекс к апк | карта сайта |

Q0

Программа курса Рабочий план

Лабораторные работы

Учебные пособия

Контроль знаний

Математическое моделирование и методы синтеза гибких химических производств.

Спецкурс "Математическое моделирование и методы синтеза гибких химических производств" (2-2-4) читается специализации 25 1В 04-"Гибкие автоматизированные производственные химико-технологические системы (ХТС)" в 8 семестре и завершается выполнением учебной научно-исследовательской работой (УНИР) в 10 семестре после изложения цикла технологических специальных дисциплин; связанных с проектированием типовых модулей для гибких химических производств (ГХП) и созданием компьютерных систем проектирования (КСП) ГХП, В процессе чтения лекций и проведения семинарских занятий студенты приобретают теоретические и практические навыки построения математических описаний индивидуальных, совмещенных и гибких химических производств для решения задач моделирования и оптимизации структуры и размеров аппаратов, Практическое закрепление знаний, приобретенных по этому предмету, осуществляется в процессе выполнения лабораторного практикума, посвященного вопросам разработки реальных оптимальных гибких технологических производств получения лекарственных препаратов, реактивов и др. При изучении курса и практическом закреплении теоретических знаний активно используются персональные ЭВМ (ПЭВМ), особенно при выполнении лабораторного практикума и УНИР, Курс рассчитан на 36 часов аудиторных занятий, 36 часов лабораторного практикума и 72 часов самостоятельной работы в 8 семестре и 94 часов на выполнение учебной научноисследовательской работы (УНИР) в ю семестре.

Студенты, выполнившие и сдавшие задания для самостоятельной работы , получают от 10 до 20 баллов в зависимости от задания. Если задание было невыполнено по неуважительной причине, то после его выполнения студент получает только 5-10 баллов, Сроки сдачи лабораторных работ устанавливаются ведущим преподавателем. Несоблюдение сроков сдачи ведет к снижению количества зачетных баллов за выполненную работу, а несдача их к экзаменационной сессии оценивается 0 баллов.

© 2000-2003 Кафедра компьютерно-интегрир „иных систем в хим веской технологии

0] Готово .J0 Интернет

Рис. 4 Интерфейс пользователя главной страницы курса

\'Ш С ДО - Математическое моделирование и методы синтеза гибких химических производ... ттв

Файл Правка ,Вид Избранное Сервис Справка

Назад т [*] .. ГЩ,1 'Избранное 1 г* ап %

Адрес jHÙ http://cisserver.muctr.edu.ru/alkymathmod.php?location=intro "I П^рвход Ссылки у> j

Автоматизированный лабораторный комплекс

I на сайт РХТУ

Программа курса

Рабочий план

Лекции

Семинары

Лабораторные

работы

Учебные пособия

Словарь

) 2000-2006 Кафед[

Лабораторная работа №1:

Синтез однопродуктовой ХТС периодического действия

Теоретические положения

Пример типового решения

Получение задания на работу

Варианты заданий на лабораторную работу

Требование к отчету о проделанной работе

Дополнительная справочная информация

Программа для моделирования (заархивировано в zip): svnt 03.zip Инструкции по работе с программой 03

Новая версия программы для моделирования (заархивировано в zip): svnt 05,zio Лабораторная работа №2:

Синтез совмещенной ХТС периодического действия

Теоретические положения

Пример типового решения

Получение задания на работу

Варианты заданий на лабораторную работу

Требование к отчету о проделанной работе

[Л ПППП11ИТПП1 I I -, Л ГПП -|Г|Г|| II I -, Г1 1^1, If+ifiK-iU —> 1.1 \АП

Zi

/Il ITÜ4i:.Cr

Рис. 5 Интерфейс пользователя для выполнения лабораторного практикума

В автоматизированном лабораторном комплексе представлены следующие моделирующие программы:

- для моделирования и синтеза индивидуальных, совмещенных и гибких химических производств;

- для анализа систем управления химико-технологическими процессами;

- для автоматизированного проектирования многосвязных систем управления химико-технологическими процессами.

Каждая программа имеет руководство по ее установке и использованию.

В комплекс включены два электронных учебных пособия по курсам «Системы управления химико-технологическими процессами» (рис. 6) и «Автоматизированное проектирование систем многосвязного и прямого цифрового управления гибкими химическими производствами». Электронные учебные пособия выполнены в виде windows-приложений с двухфреймовым представлением учебного материала в текстовой и графической формах, а также с использованием анимации, аудио- и видеофрагментов.

Для создания электронных учебных пособий нами разработаны авторские инструментальные системы на языках С++ Builder и Borland Delphi. В учебных пособиях предусмотрена система навигации, включающая систему гиперссылок и гипермедиассылок, систему перемещения по слайдам, разделам и главам, содержание учебного пособия и сценарии обучения. Доставка и хранение учебного материала реализуется в АЛК с использованием сетевых технологий. Таким образом, разработанные электронные учебные пособия, функционирующие в составе АЛК, являются автоматизированными учебниками. Также в комплексе реализованы компьютерные тексты лекций и семинарских занятий в гипертекстовом формате HTML.

Рис. 6 Интерфейс фрагмента электронного учебного пособия

Использование АЛК для подготовки химиков-технологов как интегрированного междисциплинарного средства обучения:

- способствует внедрению качественно новых форм информационных ресурсов в образовательный процесс;

- создает условия для организации самостоятельной подготовки студентов;

- обеспечивает инвариантность разрабатываемой системы (АЛК) к уровню подготовки студентов;

- обеспечивает управление образовательным процессом;

- создает условия для повышения творческой активности преподавателей, внедряющих новые формы обучения и учебно-методические разработки;

- способствует качественно новому уровню подготовки специалистов, свободно владеющих не только профессиональными знаниями и навыками, но и современными средствами информационных и сетевых технологий, системами удаленного доступа, электронного документооборота.

Таким образом, в работе предложен универсальный подход к созданию автоматизированных лабораторных комплексов на основе сетевых технологий и их использованию для подготовки специалистов различных форм обучения. Предложенный подход на базе информационно-образовательных ресурсов комплекса могут использоваться для подготовки дипломированных специалистов по различным направлениям и специальностям, группам дисциплин в системе очного и заочного обучения в информационно-образовательных средах университетов и региональных центров и Единой информационной образовательной среды Министерства образования и науки РФ.

Список литературы

1 Егоров, А.Ф. Разработка автоматизированных лабораторных комплексов : учеб. пособие / А.Ф. Егоров, Т.В. Савицкая, С.П. Дударов и др. // под ред. А.Ф. Егорова. - М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2006. - 176 с.

Automated Laboratory Complex - Integrated Information Educational Media for Training Chemical Lab Workers

A.F. Egorov, T.V. Savitskaya, Yu.I. Kapustin, S.P. Dudarov, A.V. Goransky

Russian Chemical Technology University after D.I. Mendeleev, Moskow

Key words and phrases: automated systems of education; automated laboratory complex; Internet technologies; information educational resources; information methodological resources; knowledge control; study research resources; electronic textbooks; electronic study guides.

Abstract: The paper deals with methodology of designing automated laboratory complexes. The classification of the existing automated systems of education is presented. The requirements for development of information study, research and information methodological resources are identified; basic functions of automated laboratory complex are enumerated. The example of automated laboratory complex for training chemical lab workers developed by the authors is given.

Automatisierter Laborkomplex - integrierte Informationsausbildungsumgebung für die Vorbereitung der Chemiker-Technologen

Zusammenfassung: Im Artikel wird die Methodologie der Konstruktion der automatisierten labormässigen Komplexe betrachtet. Es ist die Einordnung der existierenden automatisierten Systeme der Ausbildung vorgestellt. Es sind die Forderungen zur Erarbeitung der Informationsausbildungs-, Lehrforschungs- und Informationsmethodischressourcen bestimmt, es sind die grundlegenden Funktionen des automatisierten labormässigen Komplexes aufgezählt. Es ist das Beispiel des automatisierten labormässigen von den Autoren entwickelten Komplexes für die Vorbereitung der Chemiker - Technologen aufgeführt.

Complexe automatisé de laboratoire - milieu intégré de l’information et de l’ensegnement pour la formation des chimistes-technologues

Résumé: Dans l’article sont examinées les méthodes de la construction des complexes automatisés de laboratoire. Est présentée la classification des systèmes d’enseignement existants. Sont définies les exigences pour l’élaboration des ressources d’information et d’enseignement, d’études et de recherches, d’information et de méthodes; sont mentionnées les principales fonctions du complexe automatisé de laboratoire. Est cité l’exemple du complexe automatisé de laboratoire élaboré par les auteurs pour la formation des chimistes-technologues.