Информационные технологии обучения на кафедре «Топографии и артиллерийской разведки»

Educational Technology & Society 5(4) 2002 ISSN 1436-4522

Информационные технологии обучения на кафедре «топографии и артиллерийской разведки»

Меркутов В.И.,

Михайловский военный артиллерийский университет (филиал г. Казань),

Казань Россия

АННОТАЦИЯ

В работе кратко изложен опыт применения компьютеров в процессе обучения курсантов. Применение приложений Microsoft Office для разработки дидактических материалов, демонстрационных программ и программ-тренажеров. Приведены краткие описания программы для расчета дирекционных углов Солнца и программы-теста «Умеете ли Вы работать с Excel».

Ключевые слова

документы, демонстрационные программы, Corel Bryce 5, текущий контроль знаний, таблицы дирекционных углов Солнца, тренажерные программы, программы моделирования и автоматизации проектирования, тест «Умеете ли Вы работать с Excel».

Введение

Персональный компьютер - универсальный инструмент. Программное и аппаратное обеспечение современных компьютеров позволяет быстро производить сложные расчеты, извлекать необходимые данные из большого объема информации, получать на экране монитора и распечатывать с высоким качеством графические изображения (тексты, графики, схемы, чертежи и т.п.). Кроме того, разработка методов быстрого и эффективного сжатия / развертки данных и прогресс в развитии аппаратных составляющих ПЭВМ: резко возросшие объем памяти, быстродействие, графические возможности, характеристики внешней памяти, и достижения в области видеотехники, лазерных дисков, а также их массовое внедрение привели к тому, что современный компьютер представляет собой мощную мультимедийную систему.

Все это обуславливает широкое применение персональных компьютеров в сфере образования и в первую очередь в обучении. Еще никогда преподаватель не получал столь мощного средства обучения [Машбиц Е.И., 1988].

К сожалению, о компьютерном обучении в полном смысле этого слова в военном учебном заведении говорить пока не приходится.

Во-первых, это связано с недостаточным финансированием системы военного образования. Вследствие этого, отсутствие достаточного количества современных компьютеров, невозможность заказа нестандартного или закупки готового лицензионного программного обеспечения.

Во-вторых, учебные дисциплины, преподаваемые на кафедре «Топографии и артиллерийской разведки», на которой работает автор, направлены в основном на приобретение практических навыков в эксплуатации различных приборов (углоизмерительных, дальномерных, радиолокационных и т. п.) и навыков решения задач вычислительного плана. Большая часть учебных занятий проводится в полевых условиях на реальной местности.

Преподаватели кафедры не являются специалистами в области программирования, однако имеется некоторый опыт применения компьютеров в учебном процессе и разработки прикладного программного обеспечения с использованием средств пакета Microsoft Office.

1. Разработка учебных и наглядных пособий, демонстрационных программ с использованием Microsoft Word и Microsoft Power Point

К сожалению, большая часть заводских инструкции по эксплуатации приборов имеют множество недостатков, а именно: описание какой либо операции с прибором изобилует ссылками на другую страницу этого документа или даже на другой документ; прилагаемые рисунки и схемы имеют низкое качество; встречаются технические термины, применяемые только в узкой технической области. В таких условиях преподаватель вынужден выступать в роли переводчика. Традиционный выход из такой ситуации написание учебных пособий, изготовление новых плакатов, рисунков, схем.

Издание подобных материалов типографским способом связано с финансовыми и временными затратами (от нескольких месяцев до нескольких лет). В связи с этим в последние годы распространилась следующая технология. Преподаватель разрабатывает документ на персональном компьютере, а затем распространяет его среди обучаемых на дискетах или печатает несколько экземпляров на принтере и выдает командиру учебной группы.

Большим спросом не только курсантов, но и войсковых офицеров пользуются документы карманного формата (с толстым учебником или инструкцией, имеющей формат А4, в полях не побегаешь). Разработка документов ведется в основном в среде популярного текстового редактора Microsoft Word. При этом широко используется не только текстовые возможности редактора, но работа с рисунками. Панель «Рисование» позволяет выполнять довольно сложные графические изображения (рис. 1).

Рис. 1. Примеры учебных и наглядных пособий с использованием текстового

редактора Microsoft Word

В процессе преподавания технических дисциплин, преподаватель часто сталкивается с проблемой — дать представление о физических процессах происходящих в том или ином устройстве (о перемещении и механическом взаимодействии деталей механизма, о порядке прохождения электрических сигналов

в блоках аппаратуры, о ходе световых лучей внутри оптического прибора при различных режимах его использования и т.п.).

Известно, что восприятие связано с формированием у обучаемых субъективного образа предмета (процесса) [Зинченко В.П., 1996]. Формирование этого образа неразрывно связано с процессом восприятия органами чувств. В первую очередь со зрительным и слуховым анализаторами. Традиционные плакаты, даже те, что изображают состояние устройства на различных этапах, как правило, не являются достаточно информативными. Практика показывает, что часть курсантов не могут представить «объемный» вид того или иного прибора, рассматривая изображение его видов на плоскости.

Так, например, при пояснении работы артиллерийского гирокомпаса существует проблема пояснить, как происходят колебания оси чувствительного элемента относительно плоскости истинного меридиана, как следящая система отслеживает эти колебания, в чем сущность движения шкал на экране отсчетной системы и самих отсчетов, снимаемых оператором в процессе работы с прибором.

Многолетняя практика объяснения по плакатам большого успеха не имела. Только единицы курсантов, имеющих хорошо развитое пространственное воображение, хорошо понимали данный материал. Используемая на кафедре методика съемки и демонстрации видеофильмов имела успех при изучении вопросов практической работы с приборами, демонстрации приборного состава и его размещения в боевой машине. Применительно к рассматриваемому вопросу, классическая съемка видеофильма технологически не возможна.

Разработка и применение демонстрационных программ, позволяющих показать работу различных схем, устройств, механизмов, существенно повышают эффективность учебных занятий.

Современный персональный компьютер с соответствующим программным обеспечением открывает широкий спектр решения указанных проблем. Была разработана и опробована на занятиях программа, позволяющая на экране монитора демонстрировать процессы движения деталей и узлов при работе гирокомпаса. На рисунке 2 представлены копии экрана монитора на различных этапах работы этой программы.

Рис.2. Копии экрана монитора на различных этапах работы программы

«Гирокомпас 1Г25»

Программа разработана в среде Microsoft Power Point, среда создания и демонстрации различных презентаций, входящая в стандартный пакет программного обеспечения Windows. Для получения некоторых нестандартных эффектов анимации добавлены подпрограммы (макросы), разработанные с использованием редактора Visual Basic.

Для создания подобных «демонстрационных» программ значительные возможности открывают программные пакеты работы с трехмерной графикой, такие как Corel Bryce 5, 3Ds MAX, Light Wave и др., а также программы работы с анимацией (CTP, Ulead GIF Animator и т.п.).

Из выше перечисленных пакетов большой интерес, для учебных предметов кафедры, вызывает программа Corel Bryce 5 (рис. 3).

Рис.3 Копия экрана при работе с программой Corel Bryce 5

Достоинства этой программы:

- программа имеет достаточно простой, интуитивно понятный интерфейс;

- позволяет формировать трехмерное изображение местности и находящихся на ней объектов (размещать и редактировать различную растительность, водные поверхности, камни и искусственные объекты);

- имеется возможность редактировать рельеф, небо, облака, туман, дымку;

- изменять естественное освещение (имеется в виду задавать время суток и положение солнца или луны);

- добавлять искусственные источники света;

- внедрять на местность изображения объектов из файлов формата BMP, с возможностью удаления части изображения, например ненужного фона.

В качестве выходных файлов программа позволяет получать как плоское изображение местности под различными ракурсами в различных форматах, так и компьютерную анимацию в формате AVI или последовательности картинок в формате BMP. Представляется, что данная программа может быть использована для разработки обучающих программ по дисциплинам кафедры, а также тренажерных программ.

Еще большими возможностями обладают пакеты по работе с трехмерной графикой 3dc max и Light Wave. Однако эти программы имеют мощный интерфейс, который изобилует специальными терминами, и для усвоения работы с этими программами преподавателю требуется длительное время.

2. Применение Microsoft Excel при разработке задач для текущего контроля знаний. Программа «Солнце»

Профессиональная подготовка будущих офицеров требует умения решать различные вычислительные задачи.

Традиционно, на кафедре каждое групповое занятие начинается с короткого опроса обучаемых по пройденному материалу. Обычно проводится так называемая «летучка». При этом курсанты решают короткую вычислительную задачу или письменно отвечают на вопросы преподавателя. Для объективной оценки знания каждого обучаемого целесообразна выдача каждому индивидуального задания (своего варианта исходных данных).

Естественно, что ручной разработки и оформления даже одного варианта задач требуются затраты рабочего времени преподавателя. Случались ошибки в контрольных данных.

На протяжении нескольких последних лет для подготовки исходных данных используется ПЭВМ. Небольшие программы, разработанные в среде электронных таблиц Excel, с использованием функции генерации случайного числа позволяет получать практически бесконечное множество различных вариантов исходных данных и готовых ответов для преподавателя. На рисунке 4 представлена копия экрана при работе с такой программой.

*] £«йп Qr«we Встдвм Ч'адлвт С$рвw. Qkmo

1 Аше* » 10 . Ж К tr te • 5-4-. D с* В Э L& Г * Ъ Є <Т ~ - 4 г Л ftl И «1 4*, ню » ©j л .

05 «ґ"'' «I •Ч^ОЕССЛ^П’ЯГО!

А В | С D Е F G н Mil м n о р от

1 2 Задание № 1 05 (202 72 20 І Задания Ns 4

3 4 5 Грм оривн’мрпв-амии машины 1613-1 с поиаидью млгмитчой стрвши буссоли получены Ica&nvioiiJiie энл'-кыия магнитны* азимутов с точна стояния буссоли на е-«оир машины Прм приентирсеании маьинны 1813-1 с помощью магнитной г. I "чачаииз магнитны» ааимутпв с точки стояния буссоли на в и-иг i 1

1 Аы,=|20-0& 1 Аы,= 24-29

5 7 а э 10 11 1? 13 14 15 1Е 17 1В 19 30 21 20-39 Ам,- 20-07 Ггпэавг.а буссоли ДАи~ 01-71 Отсчвт no осносным опалам визира ПБ1 гри а*м«т» в по буссоли J*S9 90 jv Гс даимым формуляра машины Дбср" 00Я7 Рвссчитшть эиачемгг дирскциоииого угла динамическом осп ы-ашииы Кари;овать ней/ эривитирсеания машины применительно * да**юму случаю Aм** 24-33 Amj- 24 29 Пссрав*:а буссоли &Ам= СП 73 Отсчет по основным шкалам визира ПБ 1 гри о-мотке по буссол ! fs- 00-37 Гс данным формуляра маши1ч.1 А$ср- 00 14 Рассчитать значение длре»циоиного угла дииивмической оси м; i Ьзри;ива*ь огму эриеи-ирсеаиля малины применительно • дак |

Зада*** №2 05 1502 22 23 При ориентировании машины 1В13 1 с помощью магнлтнэй с трети буссоли пелуаеиы с.*сдуннцие зна«ния магнитны* азимутов с точ>м стояния буссслч на визир машины Аи,= 34-77 Задание Ns б При ориентировании матими 1013 1 с помехцыо магнитной с значения магнитны» аммутов с *очки стодиия буссоля на визир і Au** 29-34

2; М»2= 34-80 Аы,= 29-34

23 24 25 2с 27 := Ащ* 34-79 Гсправ»л буссоли ДАм- 01-66 Отсчет по иснсеиым шкалам визира ПБ1 при етмепса по буссоля j9- 12-07 Г*, данным формуляра машины ДВс р— 0015 A»«j* 29-36 Гспр>ав»-а буссоля ДАм* -01-03 Отсчет по оснсеным лгалам елир * ПБ 1 грі о*мвт»:в по буссол ^ ОМ1 Г с двнчмм формуляра ммиигм ;р- акю

» Р*С0чиТ4»ь ММЧСНя^ Диреи_рі0ми0гс <ffЛЬ динамическим ми машины НфиС0М*Ь СКбМу Ори*иТирС*іиия мяшины применительно «датОМу СЛуч#к> РдССчигаГь іиач^мя^ ДирЄ»і|ЯСіинОГО уГПй Динн-імичвСкОЙ 0<я w-: Н^ряСОвв’Ь С**Му ОриЄн*ирСЄ-іииЯ мялины Применительно » ii f

31 32 и1 f ' і

И\Л-t» 1 A "w»3 1 -3 / у 1 f ти-

Рис.4 Копия экрана при работе с программой подготовки данных для «летучки»

Для проведения ряда занятий по дисциплинам кафедры, для проведения тактических учений, полевых работ по подготовке учебных полей требуются таблица дирекционных углов Солнца.

До недавних пор для составления подобных таблиц преподаватели пользовались традиционным способом, связанным с достаточно утомительным выбором данных из «Сборника астрономических таблиц»; большим объемом вычислений с использованием «Таблиц вычислений азимута» или, в лучшем случае, с помощью программируемого микрокалькулятора; ручным составлением таблицы. Применение специализированных ЭВМ позволяет решать задачу быстро, но форма представления выходной информации не удобна для занятий. Разработка специальной программы для ПЭВМ позволила значительно упростить эту задачу.

Рис.5 Копия экрана при работе с программой «Солнце»

Программа «Солнце» (рис. 5) разработана в среде электронных таблиц Excel [Петрусинский В.В., 1987, Николь Н., Альбрехт Р., 1996]. Для составления новой таблицы дирекционных углов Солнца_достаточно внести необходимые изменения в ячейки таблицы выделенные зеленым цветом (остальные ячейки защищены от изменений). Входными параметрами являются: дата наблюдения (число, месяц, год), время начала и конца наблюдений (вводится в часах), шаг таблицы по времени (вводится в минутах), географические координаты места наблюдения - широта и долгота (вводятся в градусах, минутах и секундах). Рассчитанная таблица показывает зависимость дирекционного угла на Солнце (в градусах, минутах и секундах или в делениях угломера) от времени. Таблица выводится на печать с использованием стандартной функции Excel. Программа на протяжении нескольких лет успешно используется на кафедре, и пользуется спросом у выпускников.

3. Разработка тренажерных программ

Одной из наиболее сложных задач обучения и подготовки специалистов является задача передачи эмпирических знаний. Традиционно она решается за счет применения различных тренажерных средств.

Тренажер является как бы буфером между плохо обученным специалистом и дорогостоящей, энергоемкой или потенциально опасной техникой.

Тренажеры помогают обучаемому осмыслить теоретические знания и сформировать личные эвристики для их применения. С этих позиций тренажер становится не столько средством обучения, сколько инструментом извлечения знаний, формирования личного опыта.

Компоновка реальных боевых машин не рассчитана на обучение номеров расчета. Преподаватель физически не может находиться рядом с обучаемым. В некоторых случаях нет возможности не то что поправить или подсказать курсанту, но даже заглянуть, чем он там занимается.

Кроме того, эксплуатация некоторых образцов военной техники в мирное время не желательна из-за вредного воздействия на здоровье людей и окружающую среду. Например, из-за мощного электромагнитного излучения.

Тренажер, в идеальном случае, должен наиболее полно моделировать работу с реальным образцом техники и условия ее применения.

К сожалению, большинство поставляемых промышленностью тренажерных средств имеют крупные недостатки. Это, прежде всего большие габаритно-весовые характеристики, что значительно затрудняет их размещение и монтаж, и немалое энергопотребление. Ограниченность по моделируемым функциям реального образца вооружения и значительное отличие динамики работы во времени.

Созданию и развитию тренажерной базы на кафедре уделяется очень большое внимание. В основной своей массе это макеты реальных машин с реальными блоками и приборами. Им присущи недостатки заводских тренажеров. Кроме того, физические принципы заложенные в работу многих реальных приборов не позволяют применять их в условиях класса.

Представляется, что создание тренажеров на базе современного компьютера позволило бы решить многие из вышеуказанных проблем. В первую очередь относительно небольшие габариты, энергопотребление компьютера и возможность смены программного обеспечения позволяет создавать на небольших учебных площадях целые тренажерные классы. Мощные мультимедийные возможности компьютера позволяют более качественно воссоздать визуальные и звуковые эффекты присущие работе с реальным образцом техники.

Программы «BINO» и «BDAL» позволяют тренироваться в измерении углов и расстояний с помощью бинокля. Программа «DAL» для тренировки в засечке разрыва по времени. Программа «ДАК2» позволяет в условиях помещения имитировать работу с квантовым дальномером.

Есть опыт имитации работы с квантовым дальномером в условиях класса. При этом обучаемый работает с макетом дальномера сопряженным с компьютером. Органы управления и индикации макета полностью аналогичны органам управления реального прибора. Измерения производятся по объектам находящимся на макете местности. Компьютер, используя информацию от датчиков углов, связанных с макетом дальномера, вычисляет дальность и передает информацию на устройство индикации дальномера.

В настоящее время ведется разработка небольших программ - тренажеров на основе Microsoft Power Point с использованием подпрограмм Visual Basic и внедрением графики анимации, звука созданными с помощью других программных приложений.

4. Применение программ моделирования и автоматизирования проектирования

При выполнении выпускных квалификационных работ некоторые дипломники кафедры используют программы моделирования и автоматизации проектирования. Так, например, при проектировании электронных устройств для проверки работоспособности схемы используется программа Electronic Workbench.

Рис.6. Копия экрана при работе с программой Electronic Workbench

Electronic Workbench - это мощная, интуитивно понятная и простая в использовании среда разработки электронных схем. Быстрая и аккуратная симуляция позволяет увидеть проектируемую схему в действии. Программа позволяет добавлять в схемы как аналоговые, так и цифровые устройства. На рисунке 6 представлена копия экрана монитора при работе с программой.

Electronic Design Studio 1.2 - это интегрированная студия электронного дизайна для создания схем и печатных плат. Она предоставляет новый полностью настраиваемый интерфейс со встраиваемыми панелями инструментов и возможностью открытия нескольких документов одновременно.

Поддерживает OLE-2, что дает возможность переносить разработки в офисные программы для создания отчетов и документации. Поддерживает возможность вставки в схемы документов и изображений. Программа позволяет создавать библиотеку условных графических обозначений (УГО) элементов схемы, а также библиотеку монтажных мест. В ходе работы над дипломом один из курсантов пополнил стандартные библиотеки условными графическими изображениями деталей по стандарту ЕСКД.

В начале работы с программой создается пакет файлов, так называемый проект. Проект содержит в себе: листы для изображения принципиальной схемы и изображение печатной платы (рис. 7).

Программа имеет режим автоматического переноса компонентов принципиальной схемы на плату (в ее центр). Распределение элементов по плате производится в ручную с помощью манипулятора типа "мышь". Возможна трассировка как односторонних, так и многослойных печатных плат. Трассировка дорожек производится или вручную или автоматически.

Рис.7 Копии экранов при работе с программой Electronic Design Studio

Имеется возможность вывода на печать принципиальной электрической схемы, а также общего вида печатной платы в различных вариантах

5. Программа-тест «Умеете ли Вы работать с Excel»

В соответствии с учебной программой по дисциплине «информатика», курсанты должны приобрести начальные практические навыки работы с этим популярным офисным приложением: хорошо представлять назначение элементов окна программы, порядок выделение ячеек рабочего листа, основные правила ввода формул и данных, порядок форматирования ячеек и чисел. Уметь создавать новые книги Excel, сохранять файлы, копировать и перемещать данные и формулы, внедрять объекты и работать с диаграммами.

Тест создан с помощью системы TestMaker, разработанной в КГТУ им. А.Н.Туполева (к.т.н., доцент Галеев И.Х., студент Храмов Д. Л.).

Тест «Умеете ли Вы работать с Excel» состоит из восьми окон - вопросов. (Рис. 8).

Рис.8 Копии экранов при работе с программой «Умеете ли Вы работать с Excel»

Первый вопрос теста направлен на выявление знаний обучаемых структуры окна программы Excel. На экране появляется изображение окна Excel с указателями (выносками) на элементы окна. Выноски имеют пустые поля ввода. Задача тестируемого ввести в поля правильные названия элементов окна. Большинство окон предусматривает только один правильный ответ. Однако некоторые элементы окна в разных литературных источниках могут называться по-разному, для этих элементов предусмотрены альтернативные варианты ответов. Например, активная ячейка может быть названа выделенной ячейкой, выделенной клеткой или активной клеткой.

Второй и третий вопросы теста посвящены порядку выделения (активизации) одной или нескольких ячеек рабочего листа Excel. Тестируемому из множества вариантов действий предлагается выбрать один или несколько вариантов которые приводят к нужному результату.

Четвертый вопрос направлен на выявление знаний тестируемого по назначению кнопок панели инструментов «Стандартная». Тестируемый должен правильно ввести название панели инструментов и найти каждой кнопке соответствующее ей назначение.

Следующий вопрос предназначен для проверки умения ввода элементарных формул в ячейку. Предлагается из шести представленных вариантов формул выбрать те, которые позволяют вычислить сумму содержимого нескольких ячеек.

Остальные вопросы теста предназначены для выявления знаний по правилам использования в формулах адресов ячеек и того как способ адресации влияет на копирование формул.

По окончании работы с тестом, созданным в системе TestMaker, на экране монитора появляется окно с результатом решения теста. Имеется возможность выводов результата тестирования на печать. Затем появляется диалоговое окно регистрации, в которое тестируемый вводит свои данные. После окончания работы с тестом система TestMaker автоматически добавляет результаты тестирования в накопительный текстовой файл Results.txt. Результаты, накопленные в файле Results.txt, могут быть распечатаны или подвергаются статистической обработке, например для оценки валидности теста.

Заключение

В условиях недостаточного финансирования системы военного образования, отсутствует возможность привлечения специалистов к разработке специфического прикладного программного обеспечения для обучения курсантов. Однако простой интерфейс и широкие возможности программ входящих в пакет Microsoft Office, позволяют пользователю, не имеющему специального образования, решать ряд задач, связанных с обучением в военном вузе.

Литература

[Машбиц Е.И., 1988] Машбиц Е.И. Психолого-педагогические проблемы

компьютеризации обучения - М., «Педагогика», 1988г.-191с.

[Николь Н., Альбрехт Р., 1996] Николь Н., Альбрехт Р. Excel 5.0 Электронные таблицы - М.,«ЭКОМ» ,1996г.- 352с.: ил.

[Петрусинский В.В., 1987] Петрусинский В.В. Автоматизированные системы

интенсивного обучения. - М., «Высшая школа», 1987г .-192с.: ил.

[Зинченко В.П., 1996] Психологический словарь /Под ред. В.П. Зинченко, П86 Б.Г.Мещерякова. - 2-е изд., перераб. И доп. - М.: Педагогика-Пресс, 1996. - 440с.: ил.