Текст в формате PDF
Текст в формате PDF
Текст в формате PDF
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Е<strong>в</strong>докимо<strong>в</strong>а А.С., Силкина Н.С., Соколинский Л.Б., Цымблер М.Л.<br />
ЭЛЕКТРОННЫЕ УЧЕБНЫЕ ЭНЦИКЛОПЕДИИ КАК ОСНОВА САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ<br />
СТУДЕНТОВ ПО ИЗУЧЕНИЮ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ *<br />
eas88@list.ru, zhnadya@rambler.ru, sokolinsky@acm.org, mzym@susu.ru<br />
Южно-Уральский государст<strong>в</strong>енный уни<strong>в</strong>ерситет<br />
Челябинск<br />
В<strong>в</strong>едение<br />
В настоящее <strong>в</strong>ремя актуальной я<strong>в</strong>ляется проблема несоот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ия <strong>в</strong>ысоких темпо<strong>в</strong> раз<strong>в</strong>ития аппаратнотехнологической<br />
базы <strong>в</strong> сфере <strong>в</strong>ысокопроиз<strong>в</strong>одительных ИТ и <strong>в</strong>узо<strong>в</strong>ских образо<strong>в</strong>ательных программ<br />
подгото<strong>в</strong>ки специалисто<strong>в</strong>, бакала<strong>в</strong>ро<strong>в</strong> и магистро<strong>в</strong>, <strong>в</strong>ладеющих со<strong>в</strong>ременными параллельными<br />
<strong>в</strong>ычислительными и суперкомпьютерными технологиями [1, 2].<br />
Одним из подходо<strong>в</strong> к решению данной проблемы я<strong>в</strong>ляется модернизация рабочих программ базо<strong>в</strong>ых<br />
учебных дисциплин, напра<strong>в</strong>ленная на <strong>в</strong>недрение <strong>в</strong> учебный процесс изучения параллельных <strong>в</strong>ычислительных<br />
технологий и <strong>в</strong>ыполняемая <strong>в</strong> рамках дейст<strong>в</strong>ующего ФГОС ВПО [2].<br />
Другим <strong>в</strong>озможным средст<strong>в</strong>ом решения данной проблемы может <strong>в</strong>ыступать использо<strong>в</strong>ание для изучения<br />
со<strong>в</strong>ременных параллельных <strong>в</strong>ычислительных технологий самостоятельной работы студенто<strong>в</strong> (СРС). В с<strong>в</strong>язи с<br />
планируемым <strong>в</strong> ближайшем обозримом будущем переходом к ФГОС 3 поколения актуальной я<strong>в</strong>ляется<br />
разработка но<strong>в</strong>ых форм, методо<strong>в</strong> и средст<strong>в</strong> организации СРС, способст<strong>в</strong>ующих по<strong>в</strong>ышению качест<strong>в</strong>а<br />
подгото<strong>в</strong>ки <strong>в</strong>ыпускнико<strong>в</strong>.<br />
Имеющиеся <strong>в</strong> настоящее <strong>в</strong>ремя электронные учебные ресурсы по параллельным <strong>в</strong>ычислениям нуждаются <strong>в</strong><br />
определенной адаптации для применения <strong>в</strong> СРС по изучению со<strong>в</strong>ременных параллельных <strong>в</strong>ычислительных<br />
технологий. Разработанная под руко<strong>в</strong>одст<strong>в</strong>ом акад. РАН В.В. Вое<strong>в</strong>одина электронная учебная энциклопедия<br />
"Параллель" [http://parallel.guru.ru] состоит из иерархически структуриро<strong>в</strong>анных модулей (семантических<br />
понятий). Однако модуль данной энциклопедии предста<strong>в</strong>лен только теоретическим описанием понятия и не<br />
содержит следующих элементо<strong>в</strong>, желательных для самостоятельного ос<strong>в</strong>оения материала: упражнения для<br />
самостоятельного <strong>в</strong>ыполнения, <strong>в</strong>опросы для самопро<strong>в</strong>ерки, <strong>в</strong>опросы для контроля ус<strong>в</strong>оения учебного материала<br />
и др.<br />
Предлагаемые Интернет-уни<strong>в</strong>ерситетом информационных технологий [http://www.intuit.ru] электронные<br />
учебные курсы по параллельным <strong>в</strong>ычислениям (например, "Теория и практика параллельных <strong>в</strong>ычислений",<br />
а<strong>в</strong>тор В.П. Гергель и "Параллельное программиро<strong>в</strong>ание с использо<strong>в</strong>анием технологии MPI", а<strong>в</strong>тор<br />
А.С. Антоно<strong>в</strong>) содержат <strong>в</strong>ышеупомянутые элементы, однако не <strong>в</strong>полне приспособлены для самообучения<br />
студенто<strong>в</strong> с различным профилем и уро<strong>в</strong>нем подгото<strong>в</strong>ки.<br />
В данной работе описан подход к организации самостоятельной работы студенто<strong>в</strong> по изучению<br />
параллельных <strong>в</strong>ычислительных технологий на осно<strong>в</strong>е концепций электронной учебной энциклопедии (ЭУЭ) и<br />
электронного учебного комплекса (ЭУК). ЭУЭ отражают со<strong>в</strong>ременное состояние научных исследо<strong>в</strong>аний и<br />
практических разработок, про<strong>в</strong>одимых <strong>в</strong> данной предметной области <strong>в</strong> России и за рубежом. ЭУЭ предста<strong>в</strong>ляет<br />
собой набор модулей с одинако<strong>в</strong>ой структурой (теоретические с<strong>в</strong>едения, слайды презентаций, тест, список<br />
литературы и др.). ЭУК строится на осно<strong>в</strong>е одного или нескольких ЭУЭ.<br />
Данные концепции разработаны <strong>в</strong> ходе <strong>в</strong>ыполнения мероприятий Инно<strong>в</strong>ационной образо<strong>в</strong>ательной<br />
программы ЮУрГУ <strong>в</strong> рамках Приоритетного национального проекта "Образо<strong>в</strong>ание". Одной из подзадач этих<br />
мероприятий я<strong>в</strong>ляется разработка ЭУЭ "Параллельные <strong>в</strong>ычислительные технологии" и ЭУЭ "Параллельные<br />
системы баз данных", которые используются <strong>в</strong> СРС при изучении параллельных <strong>в</strong>ычислительных технологий.<br />
Организация самостоятельной работы студенто<strong>в</strong> на осно<strong>в</strong>е электронных учебных<br />
энциклопедий<br />
Предлагаемый <strong>в</strong> данной работе подход к организации самостоятельной образо<strong>в</strong>ательной работы студенто<strong>в</strong><br />
осно<strong>в</strong>ан на использо<strong>в</strong>ании структурно-иерархической модели дидактического содержания ЭУК [2], которая<br />
предста<strong>в</strong>лена на Рис. 1.<br />
Модель предусматри<strong>в</strong>ает д<strong>в</strong>ухуро<strong>в</strong>не<strong>в</strong>ую методическую базу знаний. Пер<strong>в</strong>ый уро<strong>в</strong>ень предполагает<br />
создание единого комплекса ЭУЭ по различным областям знаний. Второй уро<strong>в</strong>ень предполагает создание ЭУК<br />
на осно<strong>в</strong>е сущест<strong>в</strong>ующих энциклопедий путем экспорта учебных блоко<strong>в</strong> и организации их <strong>в</strong> иерархическую<br />
структуру, адек<strong>в</strong>атно реализующих рабочие учебные программы <strong>в</strong> соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ии с дейст<strong>в</strong>ующими<br />
образо<strong>в</strong>ательными стандартами напра<strong>в</strong>лений или специальностей.<br />
В рамках модели энциклопедия описы<strong>в</strong>ает определенную предметную область, и учебный материал<br />
предста<strong>в</strong>ляется <strong>в</strong> <strong>в</strong>иде отдельных модулей. Каждый модуль принадлежит какой-либо энциклопедии и я<strong>в</strong>ляется<br />
дидактически законченным описанием некоторого термина (понятия). Например, ЭУЭ "Параллельные<br />
<strong>в</strong>ычислительные технологии" содержит модули по технологиям параллельного программиро<strong>в</strong>ания OpenMP и<br />
* Работа <strong>в</strong>ыполнена при поддержке Рособразо<strong>в</strong>ания (Приоритетный национальный проект "Образо<strong>в</strong>ание").
MPI, а модули ЭУЭ "Параллельные системы баз данных" покры<strong>в</strong>ают тематику с<strong>в</strong>ерхбольших баз данных,<br />
архитектур параллельных систем баз данных и <strong>в</strong>идо<strong>в</strong> параллельной обработки данных.<br />
ФГОС<br />
ВПО<br />
Программа<br />
дисциплины<br />
ЭУК<br />
ЭУЭ<br />
230100.68 "Информатика и <strong>в</strong>ычислительная техника"<br />
(магистерская программа "Базы данных")<br />
Параллельные<br />
системы<br />
баз данных<br />
Параллельные<br />
системы<br />
баз данных<br />
Параллельные<br />
системы баз данных<br />
Многопроцессорные <strong>в</strong>ычислительные<br />
системы и параллельное<br />
программиро<strong>в</strong>ание<br />
Многопроцессорные <strong>в</strong>ычислительные<br />
системы и параллельное<br />
программиро<strong>в</strong>ание<br />
Параллельные<br />
<strong>в</strong>ычислительные технологии<br />
Рис. 1. Структурно-иерархическая модель ЭУК<br />
Каждый модуль ЭУЭ содержит набор имено<strong>в</strong>анных дидактических компонент, благодаря чему модель<br />
поддержи<strong>в</strong>ает структуриро<strong>в</strong>ание модуля по способам предста<strong>в</strong>ления содержания обучения. Таким образом,<br />
один и тот же материал предста<strong>в</strong>ляется несколькими способами, назы<strong>в</strong>аемыми компонентными типами,<br />
каждый из которых обладает с<strong>в</strong>оими дидактическими <strong>в</strong>озможностями. Каждый компонентный тип<br />
определяется путем задания его интерфейса: набора атрибуто<strong>в</strong> и набора операций над атрибутами.<br />
Каждый атрибут компонентного типа имеет структурный (объектный) тип. Допустимое множест<strong>в</strong>о<br />
объектных типо<strong>в</strong> модели расширяет стандарт SCORM [4]. В качест<strong>в</strong>е атрибута может фигуриро<strong>в</strong>ать файл с<br />
изображением <strong>в</strong> форматах JPEG, GIF и др., файл MS Word, файл MS PowerPoint, XML-документ, простой текст<br />
или целое число. Для любого атрибута определены д<strong>в</strong>е стандартные операции: "прис<strong>в</strong>оить значение" и "<strong>в</strong>ыдать<br />
значение".<br />
Архитектурный принцип построения ЭУЭ предполагает наличие схемы энциклопедии, которая задает<br />
одинако<strong>в</strong>ую <strong>в</strong>нутреннюю структуру для <strong>в</strong>сех модулей энциклопедии. При использо<strong>в</strong>ании соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующего<br />
ЭУК <strong>в</strong> учебном процессе такой подход поз<strong>в</strong>оляет <strong>в</strong>ыделять способ предста<strong>в</strong>ления материала <strong>в</strong> отдельные<br />
самостоятельные методические объекты. Например, список литературы, конспект лекций, упражнения,<br />
экзаменационный тест по <strong>в</strong>сему курсу и др.<br />
На осно<strong>в</strong>е предложенной модели на кафедре системного программиро<strong>в</strong>ания ЮУрГУ разработана система<br />
электронного обучения UniCST (Universal Computer System for Tutoring) [5]. На базе системы UniCST а<strong>в</strong>торами<br />
разработаны ЭУЭ "Параллельные <strong>в</strong>ычислительные технологии" и "Параллельные системы баз данных".<br />
Схемы данных энциклопедий содержат одинако<strong>в</strong>ый набор компонентных типо<strong>в</strong>:<br />
– раз<strong>в</strong>ернутое теоретическое описание понятия (<strong>в</strong> <strong>формате</strong> MS Word);<br />
– слайды презентаций (<strong>в</strong> <strong>формате</strong> MS PowerPoint);<br />
– примеры, иллюстрирующие те или иные отличительные черты понятия (<strong>в</strong> <strong>формате</strong> MS Word);<br />
– список упражнений для самостоятельного <strong>в</strong>ыполнения (<strong>в</strong> <strong>формате</strong> MS Word);<br />
– тест для самопро<strong>в</strong>ерки – открытый для студента список <strong>в</strong>опросо<strong>в</strong> для самопро<strong>в</strong>ерки (<strong>в</strong> <strong>формате</strong> MS Word);<br />
– контрольный тест – закрытый для студента список <strong>в</strong>опросо<strong>в</strong> для контроля ус<strong>в</strong>оения учебного материала (<strong>в</strong><br />
<strong>формате</strong> MS Word);<br />
– библиография по заданной теме (<strong>в</strong> <strong>формате</strong> MS Word).<br />
Пример компоненты с теоретическим описанием понятия из ЭУЭ "Параллельные системы баз данных"<br />
при<strong>в</strong>еден на Рис. 2.<br />
Компоненты "Тест для самопро<strong>в</strong>ерки" и "Контрольный тест" предоста<strong>в</strong>ляют <strong>в</strong>озможность создания<br />
<strong>в</strong>опросо<strong>в</strong> д<strong>в</strong>ух типо<strong>в</strong>:<br />
– закрытый <strong>в</strong>опрос, предполагающий <strong>в</strong>ыбор пользо<strong>в</strong>ателем одного или нескольких пра<strong>в</strong>ильных <strong>в</strong>арианто<strong>в</strong><br />
от<strong>в</strong>ета из списка, предложенного системой;<br />
– открытый <strong>в</strong>опрос, предполагающий <strong>в</strong><strong>в</strong>од пользо<strong>в</strong>ателем текста от<strong>в</strong>ета (от<strong>в</strong>ето<strong>в</strong>).<br />
На Рис. 3 при<strong>в</strong>еден пример <strong>в</strong>опросо<strong>в</strong> теста из ЭУЭ "Параллельные <strong>в</strong>ычислительные технологии".
Рис. 2. Пример раз<strong>в</strong>ернутого теоретического описания понятия <strong>в</strong> ЭУЭ<br />
Рис. 3. Пример <strong>в</strong>опросо<strong>в</strong> теста к понятию <strong>в</strong> ЭУЭ<br />
Модель также поддержи<strong>в</strong>ает структуриро<strong>в</strong>ание учебного материала по уро<strong>в</strong>ням детализации и глубине<br />
ос<strong>в</strong>оения материала. Структуриро<strong>в</strong>анное предста<strong>в</strong>ление рабочей программы учебной дисциплины <strong>в</strong> рамках<br />
модели назы<strong>в</strong>ается граф-планом. Граф-план – это упорядоченное дере<strong>в</strong>о, задающее иерархию раздело<strong>в</strong> данной<br />
программы, корень которого соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ует дисциплине <strong>в</strong> целом. Узел дере<strong>в</strong>а граф-плана назы<strong>в</strong>ается темой.<br />
Для учебных дисциплин "Параллельные системы баз данных" и "Многопроцессорные <strong>в</strong>ычислительные<br />
системы и параллельное программиро<strong>в</strong>ание" (см. Рис. 1) нами на осно<strong>в</strong>е рабочих программ этих дисциплин<br />
были разработаны соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующие граф-планы.<br />
На осно<strong>в</strong>е созданных ЭУЭ и граф-плано<strong>в</strong> <strong>в</strong> соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ии со структурно-иерархической моделью<br />
дидактического содержания могут быть созданы электронные учебные комплексы для изучения<br />
соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующих дисциплин, путем сопоста<strong>в</strong>ления каждой теме граф-плана одного из модулей сущест<strong>в</strong>ующих<br />
энциклопедий.<br />
ЭУК может использо<strong>в</strong>аться <strong>в</strong> учебном процессе, как целиком, так и частично, путем ограничения уро<strong>в</strong>ней<br />
детализации материала и <strong>в</strong>ыделения спецкурсо<strong>в</strong> (<strong>в</strong>ыделение поддере<strong>в</strong>а темы). Можно также <strong>в</strong>ыбрать<br />
использо<strong>в</strong>ание одного или нескольких компонент. Например, при про<strong>в</strong>едении экзамена удобно устано<strong>в</strong>ить<br />
уро<strong>в</strong>ень детализации тем и <strong>в</strong>ыделить только компонент "Контрольный тест".<br />
Модель допускает а<strong>в</strong>тономную модификацию и раз<strong>в</strong>итие ЭУК <strong>в</strong>не за<strong>в</strong>исимости от энциклопедий,<br />
послужи<strong>в</strong>ших базой при его создании. Модель поддержи<strong>в</strong>ает итерати<strong>в</strong>ный характер разработки ЭУК и ЭУЭ,<br />
т.е. <strong>в</strong>озможность <strong>в</strong>несения изменений <strong>в</strong> их структуру и содержание <strong>в</strong> ходе эксплуатации <strong>в</strong> учебном процессе.<br />
При этом модель поддержи<strong>в</strong>ает распространение обно<strong>в</strong>лений, <strong>в</strong>несенных <strong>в</strong> содержание и структуру ЭУЭ, на<br />
ЭУК. В рамках модели один и тот же блок учебного материала энциклопедии может быть использо<strong>в</strong>ан <strong>в</strong> разных<br />
учебных комплексах. При изменении блока учебного материала <strong>в</strong> ЭУЭ, эти изменения а<strong>в</strong>томатически<br />
отражаются <strong>в</strong> каждом ЭУК, использующем данный блок. Модель предусматри<strong>в</strong>ает <strong>в</strong>озможность применения<br />
этих изменений <strong>в</strong> соот<strong>в</strong>етст<strong>в</strong>ующих ЭУК или сохранения старой <strong>в</strong>ерсии учебного материала.<br />
В настоящее <strong>в</strong>ремя <strong>в</strong> рамках <strong>в</strong>ыполнения мероприятий Инно<strong>в</strong>ационной образо<strong>в</strong>ательной программы<br />
ЮУрГУ на базе системы UniCST и энциклопедий "Параллельные <strong>в</strong>ычислительные технологии" и<br />
"Параллельные системы баз данных" осущест<strong>в</strong>ляется разработка ЭУК "Многопроцессорные <strong>в</strong>ычислительные<br />
системы и параллельное программиро<strong>в</strong>ание" и "Параллельные системы баз данных".
Заключение<br />
В данной работе предста<strong>в</strong>лен подход к организации самостоятельной работы студенто<strong>в</strong> по изучению<br />
параллельных <strong>в</strong>ычислительных и суперкомпьютерных технологий на осно<strong>в</strong>е электронных учебных<br />
энциклопедий "Параллельные <strong>в</strong>ычислительные технологии" и "Параллельные системы баз данных".<br />
Данные энциклопедии предста<strong>в</strong>ляют собой набор модулей, каждый из которых пос<strong>в</strong>ящен описанию одного<br />
понятия (термина). Модули имеют одинако<strong>в</strong>ую структуру и <strong>в</strong>ключают <strong>в</strong> себя раз<strong>в</strong>ернутое теоретическое<br />
описание понятия, примеры, тесты, слайды презентаций и др. компоненты. Электронный учебный комплекс,<br />
применяемый для самостоятельной работы студенто<strong>в</strong>, строится на осно<strong>в</strong>е одной или нескольких энциклопедий.<br />
Полученные результаты <strong>в</strong>недряются <strong>в</strong> текущем учебном году <strong>в</strong> учебный процесс подгото<strong>в</strong>ки бакала<strong>в</strong>ро<strong>в</strong> по<br />
напра<strong>в</strong>лению "Информационные технологии" и магистро<strong>в</strong> по напра<strong>в</strong>лениям "Информатика и <strong>в</strong>ычислительная<br />
техника" и "Прикладная математика и информатика".<br />
Литература<br />
1. Вое<strong>в</strong>один В.В. Параллельные <strong>в</strong>ычисления и математическое образо<strong>в</strong>ание // Математика <strong>в</strong> <strong>в</strong>ысшем<br />
образо<strong>в</strong>ании. -№ 3. -2005.<br />
2. Домбро<strong>в</strong>ский К.А., Кафтаннико<strong>в</strong> И.Л., Лымарь Т.Ю., Панюко<strong>в</strong> А.В., Силкина Н.С., Соколинский Л.Б.,<br />
Цымблер М.Л., Цыто<strong>в</strong>ич П.Л. Параллельные <strong>в</strong>ычислительные технологии для бакала<strong>в</strong>ро<strong>в</strong> напра<strong>в</strong>лений<br />
"Прикладная математика информатика" и "Информационные технологии" // Со<strong>в</strong>ременные информационные<br />
технологии и ИТ-образо<strong>в</strong>ание: III Международная научно-практическая конференция, Моск<strong>в</strong>а, МГУ им.<br />
М.В. Ломоносо<strong>в</strong>а, 6-9 декабря 2008 г.: Сб. докладо<strong>в</strong>: Учебно-методическое пособие / Под ред. В.А.<br />
Сухомлина. -М.: МАКС Пресс, 2008. -С. 482-489.<br />
3. Жигальская Н.С., Соколинский Л.Б. Стандартизация содержания электронных учебных курсо<strong>в</strong> и<br />
энциклопедий на осно<strong>в</strong>е структурно-иерархического подхода // Но<strong>в</strong>ые информационные технологии <strong>в</strong><br />
образо<strong>в</strong>ании: Материалы междунар. науч.-практ. конф., Екатеринбург , 26-28 фе<strong>в</strong>раля 2008 г.: В 2 ч. -<br />
Екатеринбург: Изд-<strong>в</strong>о Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2008. -Ч. 1. -С. 84-89.<br />
4. Advanced Distributed Learning. Sharable Content Object Reference Model (SCORM) 2004. / Пере<strong>в</strong>од с англ.<br />
Е.В. Кузьминой. -М.: ФГУ ГНИИ ИТТ "Информика", 2005.<br />
5. Жигальская Н.С. Модель <strong>в</strong>арианто<strong>в</strong> использо<strong>в</strong>ания уни<strong>в</strong>ерсальной среды электронного обучения UniCST //<br />
Инно<strong>в</strong>ационные технологии обучения: проблемы и перспекти<strong>в</strong>ы: Материалы Всерос. науч.-метод. конф.,<br />
Липецк, 29-30 марта 2008 г. -Липецк: Изд-<strong>в</strong>о ЛГПУ, 2008. -С. 204-207.
![Bkihevah\Zgb_,QWHUQHWl_ogheh]bc \dhee_dlb\ghcjZajZ[hld_ [hevrboijh]jZffguokbkl_f](https://img.yumpu.com/53838306/1/190x135/bkihevahzgb-qwhuqhwl-oghehbc-dhee-dlbghcjzajzhld-hevrboijhjzffguokbkl-f.jpg?quality=85)
Change language