Число учебных часов - Основные образовательные программы

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Филиал в г.Ишиме
УТВЕРЖДАЮ
Директор филиала
______________ /Шилов С.П./
20.11.2014
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов специальности
050501.65-13 Профессиональное обучение
(Производство товаров широкого потребления)
очной формы обучения
1
ЛИСТ СОГЛАСОВАНИЯ
от 20.11.2014
Содержание: УМК по дисциплине Информационные технологии
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для специалистов направления подготовки
050201.65-13 Профессиональное обучение (Производство товаров широкого потребления) очной
формы обучения
Автор(-ы): Гоферберг А.В.
Должность
ФИО
Дата
согласования
Результат
согласования
Рекомендовано к
электронному
изданию
Заведующий кафедрой
Мамонтова
Т.С.
16.10.2014
Председатель УМС
филиала ТюмГУ в
г.Ишиме
Поливаев А.Г.
11.11.2014
Согласовано
Начальник ОИБО
Гудилова Л.Б.
20.11.2014
Согласовано
2
Примечание
Протокол заседания
кафедры от 16.10.2015
№2
Протокол заседания УМС
от 11.11.2015
№3
РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Филиал в г. Ишиме
Кафедра физико-математических дисциплин и профессионально-технологического
образования
Гоферберг Александр Викторович
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа
для студентов специальности
050501.65-13 Профессиональное обучение
(Производство товаров широкого потребления)
очной формы обучения
Тюменский государственный университет
2014
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Гоферберг А.В. УМК по дисциплине Информационные технологии
Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для специалистов направления
подготовки 050501.65-13 Профессиональное обучение (Производство товаров широкого
потребления)
очной формы обучения. Тюмень, 2014.
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями ГОС ВПО с учетом
рекомендаций и ПрОП ВО по направлению подготовки.
Рабочая программа дисциплины (модуля) опубликована на сайте ТюмГУ: Информационные
технологии
[электронный ресурс] / Режим доступа: http://www.utmn.ru, раздел
«Образовательная деятельность», свободный.
Рекомендовано к изданию кафедрой физико-математических дисциплин и
профессионально-технологического образования.
Утверждено директором филиала ТюмГУ в г. Ишиме.
ОТВЕТСТВЕННЫЙ РЕДАКТОР Мамонтова Т.С., к.п.н., доцент
Ф.И.О., ученая степень, звание заведующего кафедрой
© Тюменский государственный университет, филиал в г. Ишиме, 2014.
© Гоферберг А.В., 2014.
стр. 4 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«Ишимский государственный педагогический институт им. П.П.Ершова»
УТВЕРЖДАЮ
Ректор ФГБОУ ВПО
«ИГПИ им. П.П. Ершова»
____________________С.П.Шилов
«_____»_________________20___г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
ЕН.В.01
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
СПЕЦИАЛЬНОСТЬ: 050501.65-13
ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБУЧЕНИЕ
(ПРОИЗВОДСТВО ТОВАРОВ ШИРОКОГО ПОТРЕБЛЕНИЯ)
ИШИМ 2011
стр. 5 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
ЛИСТ
согласования рабочей программы
Направление подготовки, профиль
050500.62 технологическое образование
Дисциплина:
ЕН.В.01 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
Форма обучения: очная / заочная
Учебный год: 2011-2012
РЕКОМЕНДОВАНА на заседании кафедры теории и методики преподавания физики,
технологии и предпринимательства
протокол N _______ от "__" __________ 2011г.
Ответственный исполнитель, заведующий кафедрой теории и методики преподавания
физики, технологии и предпринимательства
_______________ Сидоров О.В. «___»____________2011 г.
Исполнитель (разработчик):
Ст. преподаватель кафедры теории и методики преподавания физики, технологии и
предпринимательства
________________ Гоферберг А.В. «___»____________2011 г.
Рецензент к.п.н. доцент каф. Математики, информатики и методики их преподавания
___________________/ Алексеев В.Н.
«___» ____________ 2011 г.
СОГЛАСОВАНО:
Декан факультета технологии и предпринимательства
____________ Гоферберг А.В. . «___»____________2011 г.
Начальник отдела информационно- библиотечного обслуживания
_________________ Гудилова Л.Б. «___»____________2011 г.
________________________________________________________________________________
Рабочая программа зарегистрирована в УМО под номером _______________________
Начальник УМО ___________ Коробейникова И.А. «____» ____________ 2011г
стр. 6 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Содержание
1.
2.
3.
4.
5
Программа дисциплины
1.1. Введение
1.2. Цели и задачи преподавания и изучения дисциплины
1.3. Требования к уровню изучения дисциплины
1.4. Требования к организации дисциплины
Содержание дисциплины
2.1. Разделы дисциплины, виды и объем занятий
2.2. Содержание разделов дисциплины
2.3. Материально-техническое обеспечение дисциплины
Организация аудиторной и самостоятельной работы студентов
3.1. Организация аудиторной работы студентов
3.1.1. Конспекты отдельных лекций
3.1.2. Планы лабораторных работ и методические рекомендации к ним
3.2. Организация самостоятельной работы студентов
3.2.1. Содержание, формы и сроки выполнения заданий, виды контроля
3.3 Учебно-методическое обеспечение дисциплины
Материалы входного, текущего и итогового контроля
4.1. Материалы входного контроля
4.2. Материалы текущего контроля
4.3. Материалы итогового контроля
Терминологический минимум
стр. 7 из 81
4
4
4
4
5
5
5
6
7
7
7
7
57
61
61
62
63
63
63
74
75
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
1.
ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
1.1. ВВЕДЕНИЕ
Интенсивное внедрение быстро развивающихся информационных технологий во
все сферы социально-культурной деятельности человека, в том числе и в образование,
приводит к возникновению ряда специальных требований, предъявляемых к будущим
преподавателям. В частности, они должны быть готовы использовать эти технологии в своей
повседневной практике.
Современный преподаватель должен владеть программными средствами,
позволяющими использовать информационные технологии в учебном процессе. К числу
таких средств относятся программы для редактирования текстовой и графической
информации, автоматизированных вычислений, подготовки презентаций и электронных
учебных ресурсов, управления учебным процессом.
В курсе «Информационные технологии» рассматриваются общие проблемы,
связанные с использованием компьютера в повседневной деятельности преподавателя,
возможности компьютера как дидактического инструмента. В качестве практического
материала рассматриваются типичные задачи, связанные с подготовкой учебных материалов,
и их решение на основе использования информационных технологий.
В результате изучения курса студенты получают навыки подготовки учебных
материалов, достаточные для их широкого использования в профессиональной деятельности
1.2. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целью курса является подготовка специалиста, владеющего современными
информационными технологиями в объеме, требуемом для эффективного выполнения
профессиональных функций. Курс «Информационные технологии» предназначен для
студентов 2 курса студентов специальности 050501.13 "Профессиональное обучение
(производство товаров широкого потребления)" .
Рабочая программа рассчитана на изучение дисциплины в течение одного семестра.
Лабораторные работы способствуют закреплению теоретических знаний и
приобретению навыков решения конкретных задач. В результате изучения курса студент
должен иметь представление:
 об информационных потоках, порождаемых современным учебным процессом,
 об основных видах информационных материалов, используемых в учебном
процессе, предъявляемых к ним требованиям;
 о программных средствах, используемых для подготовки учебных материалов
и сопровождения учебного процесса.
1.3. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ





В результате завершения изучения курса студент должен:
ЗНАТЬ:
возможности современных информационных и коммуникационных технологий;
возможность
существования
единого
информационного
пространства
образовательных учреждений, назначение и функционирование ПК;
системы обработки и визуализации экспериментальных данных;
технологии и ресурсы дистанционной поддержки образовательного процесса и
возможности их включения в педагогическую деятельность;
системы аналитических преобразований.
- УМЕТЬ:
стр. 8 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»

подготовить дидактический материал и рабочие документы средствами офисных
технологий (раздаточных материалов, презентаций и др.):
 Использовать в своей деятельности базовые сервисы и технологии Интернета в
контексте их использования в научной и образовательной деятельности:
 интегрировать инновационные способы представления научной и учебной информации
в традиционные методы представления;
 оформлять результаты педагогического исследования в виде магистерской
диссертации, используя ИКТ.
 создавать электронные тесты


ВЛАДЕТЬ:
навыками использования информационных технологий в учебной деятельности;
навыками поиска, обработки и хранения информации.
1.4. ТРЕБОВАНИЯ К ОРГАНИЗАЦИИ ДИСЦИПЛИНЫ
Дисциплина «Информационные технологии» читается на очном отделении в 4
семестре (2 курс); Количество часов, отводимое на курс, приведено в таблице 1.
Таблица 1 - Объем дисциплины и виды учебной работы
Вид учебной работы
80
40
20
Распределение по семестрам в
часах
Семестры
4
80
40
20
20
40
20
40
зачет
зачет
Всего часов
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Самостоятельная работа (СРС)
Курсовые работы, рефераты
Вид итогового контроля: зачет/ экзамен
2.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
2.1. РАЗДЕЛЫ ДИСЦИПЛИНЫ, ВИДЫ И ОБЪЕМ ЗАНЯТИЙ
Таблица 2 – Разделы дисциплины, виды и объем занятий (очная форма обучения)
Разделы дисциплины, виды и объем занятий
Число учебных часов
Номер и наименование раздела
программы
Всего
Аудиторные занятия
Л
Введение
Новые информационные и коммуникационные
технологии
Понятие и классификация сред конечного
пользователя.
Концепция интеллектуального интерфейса
Системы аналитических преобразований
Системы обработки и визуализации
экспериментальных данных
Всего
стр. 9 из 81
6
2
28
4
16
4
16
10
2
2
24
4
100
18
ПР
СРС
ЛР
-
4
2
18
10
10
-
10
-
10
6
14
10
18
54
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Очное отделение
Номер Наименование разделов и тем
Объем в часах по видам
темы
занятий
Всего
Л
ЛР ПР СРС
Введение
2
2
Новые информационные и коммуникационные
технологии
Понятие и классификация сред конечного
пользователя.
Концепция интеллектуального интерфейса
Системы аналитических преобразований
Системы обработки и визуализации
экспериментальных данных
34
4
14
4
10
2
8
4
8
4
4
10
12
8
80
20
20
20
10
40
Заочное отделение (3 года обучения)
Номер Наименование разделов и тем
Объем в часах по видам
темы
занятий
Всего
Л
ЛР ПР СРС
Введение
2
6
Новые информационные и коммуникационные
технологии
Понятие и классификация сред конечного
пользователя.
Концепция интеллектуального интерфейса
Системы аналитических преобразований
Системы обработки и визуализации
экспериментальных данных
34
2
14
2
12
2
12
2
12
10
12
8
80
6
12
12
8
6
66
2.2. СОДЕРЖАНИЕ РАЗДЕЛОВ ДИСЦИПЛИНЫ
ВЕДЕНИЕ
ИКТ в структуре педагогической и научной деятельности. Знакомство со структурой
курса, основными целями и задачами. Знакомство с организацией обучения. Общая
постановка задач курса, ознакомление с требованиями к зачету. Современные ИКТ:
возможности, доступность, дидактические функции в учебном процессе. ИКТ-компетенция
учителя.
НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ И КОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ.
Новые проекты на основе ИКТ, Развитие и внедрение информационно-коммуникационных
технологий в сфере образования и науки. Цифровые образовательные ресурсы. Учебные
материалы нового поколения. Новые информационные технологии и дистанционное
обучении.
ПОНЯТИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ СРЕД КОНЕЧНОГО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ.
Понятие
и
классификация
сред
конечного
пользователя.
Концепция
интеллектуального интерфейса. Понятие об автоматизированном рабочем месте.
стр. 10 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Возможности создания конечными пользователями профессиональных прикладных
программ. Обзор сред конечного пользователя, используемых в образовании и науке:
MathCad, Mathematica, Maple, MatLab
КОНЦЕПЦИЯ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ИНТЕРФЕЙСА
Функции
интеллектуального
интерфейса
(функция
общения,
функция
автоматического синтеза программы, функция обоснования, функция обучения). Проблема
понимания. Система общения. База знаний. Решатель. Система обоснования. Система
обучения.
СИСТЕМЫ АНАЛИТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ
Системы аналитических преобразований. История возникновения и развития.
Система Maple. Основные правила работы. Графический интерфейс пользователя. Типы
переменных и виды команд. Встроенные функции и преобразования. Работа со справочной
системой.
Типы переменных в системе Maple. Список, множество, массив. Типы выражений и
их преобразование. Основные приемы аналитических преобразований в Maple. Дерево
выражений. Оценивание символьных идентификаторов. Точные и приближенные
вычисления
СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ И ВИЗУАЛИЗАЦИИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ
Системы обработки и визуализации экспериментальных данных. Понятие о корреляционной
функции, быстрых преобразованиях Фурье. Понятие фазового портрета. Метод
восстановления фазового портрета по экспериментальным данным.
Обзор графических пакетов для визуализации данных
2.3. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Компьютерный класс:
14 компьютеров с системными требованиями:
Тип компьютера, процессор, частота: Pentium 2.5 GHz
ОЗУ 2ГБ
Локальную сеть
Доступ в интернет
3. ОРГАНИЗАЦИЯ АУДИТОРНОЙ И САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
3.1. ОРГАНИЗАЦИЯ АУДИТОРНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
3.1.1. КОНСПЕКТЫ ОТДЕЛЬНЫХ ЛЕКЦИЙ
ЛЕКЦИЯ 1.
Тема: Новые информационные и коммуникационные технологии
Информационные и коммуникационные технологии могут быть с успехом применены
для повышения эффективности внеучебной и внеклассной деятельности школьников, в
организации досуга учеников.
Внеучебная работа в любой школе является существенным элементом образа жизни
школьников, профессиональной деятельности учителей и руководства учебного заведения. В
связи с этим, такая деятельность, как правило, состоит из трёх основных компонентов:
 внеучебной деятельности школьников,
 внеучебной работы учителей со школьниками,
 системы управления внеучебной деятельностью.
Не следует забывать, что для образовательного учреждения системы общего среднего
образования внеучебная деятельность - неотъемлемая часть выполняемых им функций. Ее
специфика связана с тем, что такая деятельность осуществляется в свободное от учебного
процесса время и чаще всего зависит от собственного выбора школьника.
стр. 11 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
В школах существует специальный персонал, ответственный за внеучебную сферу
деятельности, имеет место определенная структура института воспитания - заместители
директора по внеучебной или воспитательной работе, классные руководители и т.п.
Неслучайно особое внимание должно быть уделено информатизации деятельности
школьников после уроков. Процесс информатизации включает в себя создание методических
систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого,
на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять
информационно-учебную,
экспериментально-исследовательскую
деятельность,
разнообразные виды самостоятельной деятельности по обработке информации.
Актуальность информатизации внеурочной деятельности школьников связана с тем, что
умение вести поиск и отбор информации являются одними из важнейших составляющих
стандарта общего среднего образования.
Информационные и коммуникационные технологии по-разному могут использоваться
в разных видах внеучебной деятельности, классифицируемой по:
 месту проведения (классная и внеклассная (внешкольная) деятельность);
 времени проведения (урочная и внеурочная деятельность);
 отношению к решению учебных задач (учебная и внеучебная деятельность).
В классе могут проводиться как урочные, так и внеурочные занятия. Многие урочные
занятия проводятся вне класса (урок природоведения в парке, физкультура на спортивном
стадионе). Экскурсии, турпоходы проводятся вне класса и во внеурочное время.
В связи с вышесказанным допустимо отождествлять понятия классной и урочной
деятельности, а так же внеклассной и внеурочной деятельности.
Невозможно провести взаимосвязь между урочной и внеучебной деятельностью, т.к.
на уроках непосредственно решаются поставленные учебные задачи. Многие внеурочные
занятия, такие как кружки и факультативы призваны решать учебные задачи.
Художественные, театральные студии, спортивные секции проводятся во внеурочное время,
но могут быть не связанными или опосредованно связанными с решением учебных задач,
что относит их либо к внеучебной, либо к внеурочной деятельности школьников
соответственно.
Внеурочная работа - составная часть учебно-воспитательного процесса школы, одна
из форм организации свободного времени учащихся. Направления, формы, методы
внеурочной (внеклассной) работы, а также приемы использования информационных и
коммуникационных технологий в этом виде деятельности школьников практически
совпадают с направлениями, формами и методами дополнительного образования детей, а
также методами его информатизации.
Внеурочная работа ориентирована на создание условий для неформального общения
школьников одного класса или учебной параллели, имеет выраженную воспитательную и
социально-педагогическую направленность (дискуссионные клубы, вечера встреч с
интересными людьми, экскурсии, посещение театров и музеев с последующим обсуждением,
социально значимая деятельность, трудовые акции). Внеурочная работа - это хорошая
возможность для организации межличностных отношений в классе, между школьниками и
классным руководителем с целью создания ученического коллектива и органов ученического
самоуправления. В процессе многоплановой внеурочной работы можно обеспечить развитие
общекультурных интересов школьников, способствовать решению задач нравственного
воспитания.
Внеурочная работа тесно связана с дополнительным образованием детей, когда дело
касается создания условий для развития творческих интересов детей и включения их в
художественную, техническую, эколого-биологическую, спортивную и другую деятельность.
Дополнительное образование школьников - составная часть системы образования и
воспитания детей и подростков, ориентированная на свободный выбор и освоение
учащимися дополнительных образовательных программ.
Само дополнительное образование школьников органически связано с учебностр. 12 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
воспитательным процессом в школе, внеурочной работой.
Цель дополнительного образования школьников, а значит и внеурочной деятельности
- развитие мотивации детей к познанию и творчеству, содействие личностному и
профессиональному самоопределению учащихся, их адаптации к жизни в обществе,
приобщение к здоровому образу жизни.
Связующим звеном между внеурочной работой и дополнительным образованием
детей выступают различные факультативы, школьные научные общества, объединения
профессиональной направленности, учебные курсы по выбору. В зависимости от целей и
задач, решаемых ими, содержания и методов работы их можно отнести и к той и к другой
сфере образовательного процесса. Однако следует помнить о том, что дополнительное
образование школьников предполагает, прежде всего, реализацию образовательной
дополнительной программы по конкретному направлению деятельности или области знаний.
В системе общего среднего образования предпочтение отдается учебному
направлению внеурочной работы - учебной деятельности школьников.
Учебная деятельность - один из основных видов деятельности школьников,
направленный на усвоение теоретических знаний и способов деятельности в процессе
решения учебных задач.
В свою очередь, внеучебная деятельность - это один из видов деятельности
школьников, направленный на социализацию обучаемых, развитие творческих способностей
школьников во внеучебное время.
Все перечисленные выше виды деятельности школьников, несмотря на наличие
индивидуальных специфических характеристик, тесно связаны между собой, что должно
быть отражено в развитии процессов информатизации соответствующих направлений
образовательной деятельности и объединении информационных средств и ресурсов,
используемых при информатизации разных видов деятельности школьников.
Учитывая перечисленные особенности перед учителями ставится задача организации
внеурочной деятельности школьников, основанной на использовании преимущество
информационных и коммуникационных технологий и обеспечивающей:
 повышение эффективности и качества внеучебной и внеурочной деятельности;
 активизацию познавательной и творческой деятельности школьников за счет
компьютерной визуализации учебной информации, включения игровых
ситуаций, возможности управления, выбора режима внеучебной деятельности
школьников;
 углубление межпредметных связей за счет использования современных
средств обработки, хранения, передачи информации, в том числе и
аудиовизуальной, при решении задач различных предметных областей
(например, автоматизированные, интеллектуальные обучающие системы,
электронные учебники, используемые при организации внеучебных
мероприятий и досуга школьников);
 усиление практической направленности знаний, полученных в рамках
внеучебных мероприятий;
 закрепление знаний, умений и навыков в области информатики и
информационных технологий;
 формирование устойчивого познавательного интереса школьников к
интеллектуально-творческой деятельности, реализуемой с помощью средств
ИКТ;
 повышение воспитательного воздействия всех форм внеурочной деятельности;
 осуществление индивидуализации и дифференциации в работе со
школьниками;
 развитие способности свободного культурного общения школьников с
помощью современных коммуникационных средств.
Основными целями информатизации внеучебной и внеурочной деятельности
стр. 13 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
школьников являются:
 вовлечение школы в построение единого информационного пространства;
 формирование у школьников мировоззрения открытого информационного
общества, подготовка членов информационного общества;
 формирование отношения к компьютеру как к инструменту для общения,
обучения, самовыражения, творчества;
 развитие
творческого,
самостоятельного
мышления
школьников,
формирование умений и навыков самостоятельного поиска, анализа и оценки
информации, овладение навыками
использования информационных
технологий;
 развитие познавательной и творческой активности учащихся;
 формирование устойчивого познавательного интереса школьников к
интеллектуально-творческой деятельности;
 развитие внимания, памяти, воображения, восприятия, мышления,
сообразительности;
 повышение воспитательного воздействия всех форм внеурочной деятельности;
 развитие материально-технической базы системы общего среднего
образования;
 организация эффективного информационного взаимодействия учителей,
школьников и родителей;
 развитие информационных ресурсов образовательного учреждения (ведение
внутришкольных сайтов, газет, стендов, летописи, медиатеки и т.п.);
 внедрение средств ИКТ в социально-воспитательную работу;
 осуществление индивидуализации и дифференциации в работе со
школьниками;
 развитие способности свободного культурного общения;
 обучение методам конструктивного взаимодействия и взаимопонимания;
 всестороннее развитие личности ребенка;
 организации содержательно досуга детей и молодежи.
Для достижения целей информатизации внеучебной и внеурочной деятельности
школьников необходимо организовать:
 проведение и консультирование проектной деятельности;
 доступ к средствам ИКТ, другим ресурсам и оказание помощи в их
применении школьникам, учителям и сотрудникам школ (познавательная и
развивающая деятельность учащихся);
 внеурочную деятельность с применением средств ИКТ (кружки, предметные
лаборатории, организация конкурсов и олимпиад, другие формы
воспитательной работы и деятельности по социализации личности школьников
и т.д.);
 работу школьных средств массовой информации с применением средств ИКТ
(обновляемая школьная страница в сети Интернет, газеты, журналы, видео,
оформление кабинетов);
 досуг детей в школьном компьютерном клубе (например, клуб программистов,
Интернет-клуб, "компьютер для младших школьников", клуб компьютерных
презентаций, компьютерный шахматный клуб и пр.).
Во внеучебной и внеурочной деятельности школьников должны использоваться
специализированные средства ИКТ, отвечающие требованиям, предъявляемым к средствам
информатизации дополнительного образования для детей.
1. Средства ИКТ должны строиться по принципу непрерывного и относительно
простого способа обновления материалов и форм их организации. Материал
содержательного наполнения средств ИКТ должен быть направлен на развитие собственной
стр. 14 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
деятельности школьников.
2. По содержанию и форме средства ИКТ должны быть разработаны с учетом
дифференциации потребностей школьников в системе дополнительного образования,
внеучебной и внеурочной деятельности.
3. Функционирование таких средств ИКТ должно строиться с учетом опыта и
практических знаний обучаемых.
4. Средства ИКТ должны предоставлять возможность индивидуально выбирать темп
и траекторию деятельности.
5. По завершению работы со средствами ИКТ должны быть получены значимые
практические результаты и, по возможности, реализованы личные целей школьников.
Средства ИКТ должны позволять получение максимальных результатов при минимальных
затратах времени.
6. Средства ИКТ должны создавать возможность приобретения дополнительных
связей и межличностных контактов школьников.
В средствах ИКТ для информатизации внеучебной деятельности должны быть
предусмотрены повышенные коммуникационные возможности. Такие средства должны
обладать простыми и активными средствами выхода в различные коммуникационные
пространства, основываясь на системе коммуникаций между всеми субъектами
образовательной системы. Благодаря таким возможностям средства ИКТ смогут допускать и
развивать разнообразные формы общения, поощеряемые в рамках внеучебной и внеурочной
деятельности школьников, быть приспособленными к работе в широком географическом
пространстве, мотивировать к общению за пределами учебной деятельности.
При проектировании средств ИКТ для информатизации досуга внеучебной работы
школьников особое внимание следует уделить индивидуализации деятельности обучаемого,
предусмотрев в средстве ИКТ разнообразие в техническом, содержательном и методическом
воплощении возможностей для удовлетворения разнообразных индивидуальных
потребностей школьников.
В состав таких средств ИКТ рекомендуется включать задания, побуждающие к
основным этапам практического обучения, задания, требующие деятельностного ответа,
задания, основанные на развивающейся практике. Сценарий работы средства ИКТ должен
предусматривать возможность индивидуального выбора темпа и траектории деятельности
школьников.
Средства ИКТ для информатизации досуга и внеучебной работы школьников
рекомендуется снабжать набором инструментов настройки, позволяющим относительно
просто и непрерывно изменять внешний вид и характер работы со средством ИКТ.
Методы информатизации исследований
Одной из неотъемлемых для системы общего среднего образования видов
деятельности были и остаются научные и методические исследования, в которые, как
правило, вовлечены учителя и сотрудники учреждений образования. Как правило, такие
исследования направлены на создание новых методов и средств обучения школьников, поиск
новых путей организации воспитательной работы с молодежью.
Максимально приблизить педагогический процесс к достижениям современной
науки учителя смогут только тогда, когда будут систематически расширять свои познания,
приводить в систему разрозненные факты, знакомиться со специальной литературой по
своей специальности, принимать активное участие в научно-исследовательской и научнометодической работе. Общеизвестно, что современный педагог, не ведущий на необходимом
уровне исследовательской работы, не может готовить специалистов, способных заниматься
наукой или научно-обоснованной практической деятельностью.
Говоря об информационных составляющих научно-исследовательской деятельности
учителей, нельзя не остановиться на регулярных докладах, рефератах и отчетах,
составляемых ими, контроле и систематизации результатов их научной и методической
деятельности. При выполнении подобных проектов происходит активный процесс
стр. 15 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
закрепления научных достижений, систематизируются знания, полученные в ходе изучения
научной литературы и справочных пособий, делаются выводы о необходимости
корректировки направлений профессиональной деятельности, направленной на обучение и
воспитание школьников.
Отмеченные аспекты функционирования научно-исследовательской сферы
деятельности учебных заведений порождают целое направление внедрений средств
информационных и телекоммуникационных технологий в общую информационную
инфраструктуру общего среднего образования.
Вместе с тем, специфика информатизации научных и методических исследований не
позволяет применять к построению и эксплуатации информационных ресурсов,
задействованных в автоматизации информационной обработки научных исследований, те же
методы и подходы, которые применяются в информатизации учебной деятельности школ.
Рассмотрим основные составляющие научно-исследовательской и научнометодической деятельности педагогов, значимые с точки зрения информатизации.
Поведение научных и методических исследований должно сыграть ключевую роль в
формировании у педагогов умений подбирать рукописные, печатные и электронные
информационные материалы, обрабатывать их, составлять аннотации с критической
оценкой, следить за текущей литературой, относящейся к проблемам исследований и
методических разработок, быть в курсе отечественных и зарубежных открытий в области
науки. Кроме того, педагогам следует пользоваться различными библиографическими
изданиями, в которых приведены ссылки на источники, имеющие отношение к проблеме их
исследований. В результате такой работы, как правило, печатаются собственные научные
труды, публикуются методические разработки и учебные материалы для школьников,
защищаются диссертации.
В связи с этим, используемые средства ИКТ должны не только предоставлять
средства доступа к мировым информационным ресурсам, значимым с точки зрения научной
или
методической деятельности, но и
предоставлять инструментарий для
библиографирования, обработки, хранения и учета информационных фрагментов, важных с
точки зрения проводимых исследований. Кроме того, такие информационные ресурсы и
системы должны обладать возможностью каталогизированного хранения всех документов,
содержащих промежуточные и окончательные результаты научных и методических
исследований.
Большинство научных и методических исследований не может обходиться без
использования специализированных средств обработки и представления информации. В
первую очередь, к подобным средствам следует отнести компьютерные системы удаленного
и имитационного моделирования, которые позволяют провести многие экспериментальные
исследования и подтвердить выдвигаемые теоретические гипотезы.
В сфере проведения научных и методических исследований в рамках системы общего
среднего образования стоит еще одна немаловажная проблема, заключающаяся в огромном
количестве постоянно обновляющейся информации, которая за последнее время появляется
у человечества и необходимости знакомства с ней как преподавателей, так и школьников.
Благодаря появлению новейших средств распространения и обмена информацией, таких как
сеть Интернет, информации с каждым днем становится все больше. Вместе с тем, качество и
содержание информации является одним из определяющих факторов, влияющих на ход
исследовательской и методической деятельности в системе общего среднего образования.
Телекоммуникационные средства и системы могут оказаться полезными при
организации удаленных дистанционных взаимодействий педагогов в сфере технологий и
результатов научных и методических исследований. Электронная почта, научные теле- и
видеоконференции, тематические чаты, научные форумы, новостные ленты и доски
объявлений должны стать неотъемлемыми инструментами научно-исследовательской
деятельности педагогов.
Однако, использование соответствующих средств ИКТ должно проводиться с учетом
стр. 16 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
того, что на пути к восприятию научной и методической информации могут встречаться
довольно серьезные барьеры:
 в научно-методических работах и публикациях может встречаться сложный
математический аппарат;
 терминология, используемая в работах, может быть ложно-значительной;
 содержание научной работы или публикации не всегда достоверно
раскрывается в ее названии;
 понятия, приводимые в информационном источнике, могут иметь
противоречивые определения.
Увеличение доли использования средств информационных и коммуникационных
технологий в научно-исследовательской, методической и педагогической деятельности
способствует формированию у преподавателей принципов системности, что на практике
способствует:
 вербальному вычленению предмета объяснения;
 максимальному раскрытию сущности предмета объяснения через причинноследственные, функциональные, структурные и генетические закономерности;
 упрощению объясняемого отношения путем его моделирования, изоляции и
абстрагирования;
 установлению различия и соответствия с прежними знаниями и способами
деятельности, а также возможности перехода к ним;
 выделению изменяющихся и сохраняющихся параметров, установлению связи
между ними;
 обеспечению наблюдаемости объясняемой связи.
Использование средств ИКТ в рамках информатизации научно-исследовательской и
научно-методической деятельности работников системы общего среднего образования
позволит:
 развить систему электронных публикаций и электронных периодических
изданий научного профиля по тематике научных работ педагогов;
 создать Интернет-сервера научных школ, характерных для учреждений
системы общего среднего образования;
 создать виртуальные выставки научных достижений, провести семинары и
конференции по отдельным отраслям знаний;
 создать и вести сетевые каталоги научных библиотек системы общего среднего
образования и отдельных учебных заведений, организовать сетевой доступ к
фондам библиотек;
 организовать научные и методические телекоммуникационные конференции с
использованием средств передачи аудио- и видеоинформации в рамках
ресурсов и сервисов сети Интернет;
 обеспечить всех участников научных и методических исследований
средствами оперативного научного общения как между собой, так и с
коллегами из других учебных заведений и организаций;
 создать телекоммуникационные лаборатории, обеспечивающие участникам
научных и методических исследований доступ к оборудованию, необходимому
для осуществления исследовательской деятельности.
Важно понимать, что современный учитель сможет знакомить школьников с
новейшими средствами ИКТ только тогда, когда изучение, обработка и анализ информации
является постоянной и неотъемлемой частью научной и методической деятельности
педагога-ученого.
6.3. Информатизация организационно-управленческой деятельности в школе
Виды и классификация средств информатизации организационно-управленческой
стр. 17 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
деятельности. Информационные и коммуникационные технологии в школьной библиотеке
Развитие средств ИКТ и все более широкое их внедрение в различные сферы
образования создают основу для широкого внедрения компьютерных комплексов
автоматизации управления учебными заведениями системы общего среднего образования.
В настоящее время известно несколько программных систем, предназначенных для
автоматизации процессов управления учебным заведением общего среднего образования.
Большая часть таких систем поддерживает достаточно ограниченный круг функций,
связанных с управлением учебным заведением, имеет собственную структуру данных,
которая не позволяет обеспечить горизонтальный (от одного учреждения другому) и
вертикальный (информация для органов управления образованием на уровне города или
района) обмен данными. До сих пор не выработано единых подходов для обеспечения
взаимодействия с родителями и общественностью.
В то же время использование средств ИКТ в организации и планировании
деятельности учебных заведений системы общего среднего образования позволяет достичь
многих преимуществ, в числе которых:
 повышение эффективности учебного процесса,
 возможность управления с оперативным учетом результатов уже
осуществленной деятельности,
 принятие более эффективных управленческих решений,
 повышение объективности в оценке деятельности учителей и школьников,
 более эффективное управление познавательной деятельностью школьников,
 возможность принятия обоснованных и целесообразных мер, нацеленных на
повышение результативности образования,
 оперативный адресный доступ к организационной информации учебного
заведения,
 экономия материальных и человеческих ресурсов,
 высвобождение свободного времени,
 сокращение объемов рутинной работы.
До последнего времени накоплен большой практический опыт использования
автоматизированных систем управления различными технологическими процессами. В
настоящее время системы управления учебным процессом появляются и в образовательных
учреждениях.
Изначально средства ИКТ и автоматизированные системы управления в сфере
общего среднего образования разрабатывались как базы данных по контингенту школьников,
кадрам, учебным планам и другой информации. Средства ИКТ, задействованные в
управлении средним образовательным учреждением должны состоять из подсистем:
 информационного обеспечения,
 технического обеспечения,
 математического и программного обеспечения,
 методического обеспечения,
 организационного обеспечения.
 ровне образовательных учреждений (школ), территориальных отделов и
управлений образования.
В процессе информатизации организационно-управленческой деятельности учебных
заведений существенную роль должна сыграть информация "управленческого характера",
содержание которой должно включать несколько основных структурных составляющих. В
их числе нужно выделить:
сведения, отражающие материальные и социальные параметры деятельности школы;
данные о нормах, нормативах, стимулах, регулирующих учебную, социальную,
культурную и иную деятельность школы;
информационные материалы и документы, определяющие все сферы деятельности
стр. 18 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
учебного заведения, в частности, законодательные и иные нормативные правовые акты и
договорные обязательства, указания вышестоящих органов, данные контрольных актов и
т.д.;
сведения о количественном и качественном составе, уровне подготовки и
квалификационном росте педагогического коллектива, совокупность всех данных,
характеризующих имеющийся кадровый потенциал;
сведения об учебном плане и распределении нагрузки;
информацию о событиях в жизни школы (расписание, разовые мероприятия);
данные об успеваемости школьников;
данные о внешних связях учебного заведения;
сведения об учебно-методическом, техническом и финансовом обеспечении учебного
заведения;
сведения о научно-исследовательской, методической и инновационной деятельности
учебного заведения.
Разработки, проводимые в государственном масштабе в области информатизации
системы образования, позволяют сгруппировать основные виды средств ИКТ, используемых
при
информатизации
организационно-управленческой
деятельности
учреждений
образования. В числе таких средств можно выделить:
"Дошкольное воспитание и обучение" - систему данных о развитии детских
дошкольных организаций;
"Школьное образование" - систему данных о дневных общеобразовательных школах и
школах-интернатах, внешкольных организациях, детских домах, школах-интернатах для
детей-сирот;
"Профессиональное образование" - систему данных об учебно-материальной базе
учебных заведений начального профессионального образования и итогах работы, численном
составе и движении руководящих и инженерно-педагогических работников;
"Обеспечение кадрами" - систему данных об анализе качественного состава
педагогических кадров, о потребностях в педагогических кадрах с высшим и специальным
образованием;
"Контроль исполнения документов" - систему анализа документов от вышестоящих
организаций,
анализ
документов
от
нижестоящих
и
других
организаций,
автоматизированный контроль исполнения документов;
"Лицензирование и аттестация" - мониторинг лицензирования учреждений среднего
образования и аттестация педагогических кадров;
"Отчетность" - автоматизированную систему для формирования основных
показателей системы общего среднего образования, ежегодных отчетов в вышестоящие
организации;
"Финансы" - информацию о финансово-хозяйственной деятельности учреждений
образования;
"Информатизация" - информацию об обеспечении компьютерной техникой
учреждений образования;
"Обеспечение учебниками" - информацию об обеспечении учебниками.
Современное состояние информатизации общего среднего образования в области
создания и использования автоматизированных систем управления характеризуется в
основном наличием отдельных разрозненных локальных автоматизированных рабочих мест
по управлению учебным процессом в отдельных школах.
Средства ИКТ, используемые в управлении образовательным учреждением должны
количественно и качественно обрабатывать следующие данные:
списочный состав контингента школьников с данными о ходе их обучения: сведения о
результатах обучения каждого школьника по каждому преподаваемому предмету (итоговые
и текущие отметки, данные о переводе на следующую ступень), данные по диагностике
стр. 19 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
качества обучения (тестовый контроль знаний, умений, навыков),
данные, которые можно рассматривать как основные параметры процесса обучения:
организация учебного процесса (часы, специфика преподавания предметов, численность
классов и т.п.), кадровый состав и квалификация педагогов, материальное, дидактическое и
методическое обеспечение учебного процесса и т.д.
Использование средств ИКТ в организационно-управленческой деятельности
учреждений общего среднего образования может привести к появлению многих
преимуществ, а именно:
для администрации школы:
оперативное получение и обобщение информации об учебном процессе для принятия
управленческих решений;
ведение алфавитных книг, личных дел сотрудников, учеников, родителей для
создания оперативных отчетов;
мониторинг движения учащихся;
создание системы школьного документооборота;
автоматизированное составление отчетности для управления образования;
для завуча, учителей, учеников и родителей:
получение итоговых и текущих отчетов об успеваемости и посещаемости, в т.ч.
конструирование собственных отчетов;
доступ к дневнику, в который автоматически выставляются оценки и отмечаются
задолженности по предметам;
для учителей-предметников:
ведение классного журнала, календарно-тематических планов, просмотр отчетов;
ведение индивидуальных портфолио учителей и учащихся, а также портфолио
проектов, с гибкой настройкой прав доступа;
для всех участников учебно-воспитательного процесса:
формирование единой среды обмена информацией в рамках школы, что улучшает
взаимопонимание и сотрудничество между всеми участниками образовательного процесса.
Средства ИКТ, применяемые в управлении образовательным учреждением, должны в
совокупности представлять собой систему, основанную на использовании современных
методов руководства объектом сферы образования, применении математических моделей и
методов в процессе принятия решений и создании необходимой информационной базы на
основе средств компьютерной техники и связи, обеспечивающую достижение нового
качества в повышении эффективности системы общего среднего образования.
Существенной
областью
применения
современных
информационных
и
коммуникационных технологий в деятельности учреждений общего среднего образования
являются школьные и другие библиотеки, используемые учителями и школьниками.
От качества информационного и телекоммуникационного обеспечения библиотечных
ресурсов и степени их информационной интеграции с другими сферами деятельности
учебного заведения зависит как качество осуществляемого учебного процесса, так и, в
конечном итоге, качество выпускаемых специалистов.
Библиотека, входящая в состав любого учебного заведения, всегда представляет
собой каталогизированное хранилище информации и знаний и призвана решать следующие
основные задачи:
накопление знаний - сбор и обработка информации на различных материальных
носителях;
архивирование знаний - долговременное хранение информации;
библиографирование знаний - описание источников информации и обеспечение
быстрого и многоаспектного поиска необходимых сведений;
перенос знаний в пространстве - распространение информации;
трансляция знаний во времени - и передача знаний через поколения за счет хранения
источников информации.
стр. 20 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
До последнего времени в основе работы большинства школьных библиотек лежали
технологии, базирующиеся на операциях с бумажными носителями: книгами, брошюрами,
научной периодикой. В современных условиях новейшие средства ИКТ способны поднять
качество работы библиотеки учебного заведения на принципиально более высокий уровень.
Разработка соответствующих информационных ресурсов должна удовлетворять
нескольким методологическим принципам, таким как:
принцип комплексности, предполагающий исследование информационного
пространства школы в социально-культурном контексте и в рамках различных научных
дисциплин: социологии, педагогики, библиотековедения, информатики, культурологии,
теории документальных и информационных потоков;
гуманитарный принцип, позволяющий решать проблемы социального партнерства
библиотека - общество, библиотека - школа, библиотекарь - читатель;
принцип оптимального соотношения ценностных ориентаций человека и конкретной
национальной, культурной и образовательной среды территории, оказывающей важнейшее
влияние на развитие интеллектуального потенциала как общества и школы, так и отдельной
личности.
Можно выделить два основных технологических этапа, выполнение которых
обеспечит информатизацию деятельности библиотеки.
Первый этап, теоретический, подразумевает системный анализ, концептуальное
осмысление структуры, направлений развития внешних и внутренних информационных
связей библиотеки и конкретного учебного заведения.
Второй этап, технический, заключается в построении информационно-библиотечной
системы, обеспечивающей хранение информации, поиск и связь отдельных подсистем в
соответствии с выработанными теоретическими положениями.
Очевидно, что развитие библиотечного обеспечения деятельности системы общего
среднего образования и, тем более, построение соответствующих средств ИКТ должно
происходить с учетом всей специфики образовательного процесса школы.
Средства ИКТ позволяют существенно расширить информационный фонд любой
библиотеки. Под электронным информационным фондом библиотеки понимается
совокупность текстов на электронных носителях. Это могут быть полнотекстовые базы
данных, генерируемые самой библиотекой, или информационные материалы и ресурсы,
покупаемые учебным заведением и хранящиеся в библиотеке на CD-ROM, сервере, в форме
фонда дискет или в иной форме. Кроме того, современная библиотека может и должна
использовать для целей обслуживания своих читателей те полнотекстовые ресурсы и их
фрагменты, которые имеются в других вузах, библиотеках, других организациях или в
открытом доступе локальных и глобальных информационных компьютерных сетей.
Технология разработки и постоянного совершенствования средств информатизации
должна разрабатываться одновременно с созданием электронного информационного
библиотечного фонда и обеспечивать создание эквивалентного электронного справочнопоискового аппарата такого фонда.
Электронный справочно-поисковый аппарат библиотеки учебного заведения должен:
отражать различные части и тематические срезы хранимого библиотечного фонда,
предоставлять всем читателям возможность ориентироваться в мировых
информационно-библиографических ресурсах,
обеспечивать читателям быстрый, комфортный и исчерпывающий поиск в
информационных ресурсах библиотеки в режиме удаленного доступа.
Информатизация труда учителя
Расчет, планирование и администрирование образовательной деятельности
С каждым годом труд учителя становится все сложнее. Изменяется содержание
учебных дисциплин, появляются новые средства и методы обучения. Во многих случаях
стр. 21 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
повышение сложности труда учителя связано с все возрастающим потоком информации,
которую должен учитывать учитель в своей работе.
Использование средств ИКТ во многих случаях может привести к автоматизации
такой деятельности и сокращению нагрузки, лежащей на учителе. Как следствие, подобное
использование средств информатизации в расчете, планировании и администрировании
педагогической деятельности может положительно отразиться на эффективности системы
обучения школьников.
Если говорить более точно, то использование средств ИКТ учителями позволяет
более эффективно управлять познавательной деятельностью школьников, оперативно
отслеживать результаты обучения и воспитания, принимать обоснованные и целесообразные
меры по повышению уровня обученности и эффективности системы качеств знаний
учеников, целенаправленно совершенствовать методическое мастерство, иметь оперативный
адресный доступ к организационной информации, собираемой в школе.
Как правило, достаточно эффективная автоматизация и администрирование труда
учителя могут быть осуществлены с использованием достаточно стандартного для школы
набора компьютерной техники. К нему в некоторых случаях может быть добавлен
карманный компьютер.
В числе программных средств, нацеленных на повышение эффективности труда
учителя, создаваемых в настоящее время и попадающих в систему общего среднего
образования, следует выделить:
средства доступа к информационным ресурсам и электронным изданиям,
необходимым учителю для осуществления своей профессиональной деятельности, при этом
эти ресурсы и издания могут находиться в локальной компьютерной сети школы, храниться
в электронном библиотечном фонде или быть опубликованы во всемирной компьютерной
сети;
средства планирования содержания и методов обучения;
средства краткого и расширенного описания учебных и методических материалов,
имеющихся в распоряжении учителя, включая подсистемы планирования использования
каждого учебного и методического ресурса;
средства планирования и диспетчеризации учебных занятий, внеучебных
мероприятий, самостоятельной деятельности школьников;
средства автоматизации контроля и измерения результативности обучения каждого
школьника;
системы и базы данных, позволяющие учитывать персональные сведения по каждому
ученику и каждому занятию;
системы учета успеваемости каждого ученика;
средства автоматизации ведения документации и составления отчетных документов;
телекоммуникационные средства, позволяющие наладить оперативное общение с
учащимися и родителями, средства информирования родителей о ходе и результатах
обучения каждого ученика.
Использование перечисленных средств ИКТ, составляющих основу информатизации
труда учителя позволяет автоматизировать и, как следствие, повысить эффективность
следующих видов деятельности педагога:
расчет учебной нагрузки за требуемый период времени;
составление расписания учебных занятий и внеучебных мероприятий с учетом
требований к нагрузке учеников;
поиск наиболее актуальных учебных материалов и средств обучения, востребованных
в рамках реализуемой методической системы подготовки школьников;
учет хода и результатов проведения каждого учебного занятия с заменой
традиционного классного журнала на его электронную версию, содержащую персональные
сведения по каждому школьнику, посещаемости занятий, результатах обучения, показанных
стр. 22 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
каждым учеником;
планирование тематики учебных занятий, использования на них методов и средств
обучения;
ориентация в учебном и методическом материале, накопленном учителем в ходе
педагогической деятельности;
контроль и измерение результативности обучения по каждому школьнику;
оперативное информирование родителей и администрации школ по всем вопросам,
возникающим в ходе обучения и воспитания школьников;
ведение документации и составление отчетных документов.
Все средства и технологии информатизации, применяемые в автоматизации труда
учителя, нацелены на достижение главной цели - максимального высвобождения педагога от
выполнения рутинных и трудоемких операций, не связанных с непосредственным общением
со школьниками. Благодаря использованию таких средств и технологий у учителя
высвобождается время и силы, которые он может посвятить собственному
профессиональному росту, разработке новых учебных и методических материалов и,
конечно же, дополнительному обучению и воспитанию школьников.
Информационные технологии в работе с родителями
Оперативное информирование родителей о ходе и результатах обучения.
Использование средств информатизации для привлечения родителей и общественности к
обучению школьников
С каждым годом все большее количество людей получает доступ к компьютерным
телекоммуникациям, сети Интернет, различным средствам ИКТ. Это связано с массовым
распространением компьютеров и программного обеспечения, увеличением числа
компьютеров, эксплуатируемых в домашних условиях, расширением областей
профессиональной деятельности человека, в рамках которых используются информационные
и телекоммуникационные технологии.
Если раньше человек не имел полноценного доступа к компьютерной технике и
ресурсам сети Интернет, то с годами он получает такой доступ при выполнении своих
профессиональных обязанностей, либо приобретая компьютер и программное обеспечение,
для работы дома. Этот факт можно рассматривать и как увеличение числа родителей
школьников, использующих информационные и коммуникационные технологии. Очевидно,
что, например, число школьников, один или оба родителей которых имеют доступ к
информационным ресурсам и сервисам сети Интернет, растет в геометрической прогрессии.
В то же время информационные и, особенно, телекоммуникационные технологии
способны повысить эффективность взаимодействия педагогического коллектива школы и
родителей при обучении и воспитании школьников.
В первую очередь, использование телекоммуникаций и, в частности, электронной
почты позволяет педагогам оперативно информировать родителей о ходе обучения и
воспитания каждого школьника, организуя при этом индивидуальный диалог. Родители
также приобретают возможность сообщать учителю сведения, необходимые для коррекции
обучения каждого школьника.
Более сложные средства ИКТ позволяют проводить виртуальные собрания
родителей. Использование для этих целей списков рассылки и телеконференций дает
возможность проведения массовых мероприятий и массового информирования родителей
без их очного собрания и визитов в школу.
Наличие у школы собственного сайта в сети Интернет предоставляет родителям
возможность оперативного получения информации о жизни школы, класса, параллели,
стр. 23 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
расписании занятий, о проводимых учебных и внеучебных мероприятиях.
Такой режим информационного взаимодействия не отрицает возможности получения
индивидуальной или конфиденциальной информации. На сайте школы может быть
реализована подсистема разделения прав и полномочий пользователей, а каждый родитель
может обладать своим "ключем" для входа на такой сайт.
Кроме этого сайт школы или других образовательных учреждений может стать для
родителей источником информации учебного, методического или воспитательного
характера. Со страниц таких сайтов родители могут получить информацию о методах
сбережения здоровья детей, их безопасности, правилах поведения ребенка в семье и в
обществе, полезные советы по обучению и воспитанию школьников.
Телекоммуникации позволяют родителям в реальном режиме времени отслеживать
успеваемость своих детей, получать информацию о проблемах, возникающих в обучении и
советы, направленные на устранение конкретных проблем во взаимодействии с учителем.
Используя средства ИКТ, родители имеют возможность контролировать ход и правильность
выполнения школьниками домашних заданий, вне зависимости от изучаемой дисциплины.
Появление мобильных информационных систем, к числу которых следует отнести
мобильные телефоны и карманные компьютеры, оснащенные доступом к всемирной
компьютерной сети и мобильной телефонии, предоставляют родителям и педагогам
дополнительные средства для оперативного обмена информацией. Во многих учебных
заведениях развивается сервис, в рамках которого родители оперативно информируются
школой о ходе и результатах обучения каждого школьника. Для этих целей задействованы
мобильная почта и SMS-сообщения. Во многих случаях оперативность в информировании
родителей и педагогов оказывает решающее влияние на повышение эффективности
обучения и воспитания школьников.
Как правило, виртуальные контакты родителей со школой и родителей между собой
формируют неформальное общение родителей и педагогов, что способствует комплексности
и взаимной связи учебных и воспитательных воздействий, реализуемых в школе и дома.
ЛЕКЦИЯ 2
Тема: Понятие и классификация сред конечного пользователя.
Работа пользователя с программными продуктами должна по возможности быть
комфортной и осуществляться в соответствующей программно-технической среде (тип
процессора, объем оперативной и внешней памяти, платформа сетевой и локальной
операционной системы и др.).
Для работы пользователя большое значение имеет пользовательский интерфейс (вид,
размер и местоположение основного экрана, функции обработки, доступные через систему
меню, панели инструментов и т.п.). Как правило, интерфейс прикладных программных
продуктов строится по типу графического, ориентированного на среду Windows (или
Macintosh) интерфейса с развитыми элементами управления: командные кнопки,
выпадающие меню, переключатели и т.п.
Программные продукты должны гарантировать надежную и безопасную работу как
для компьютера, так и для информационной системы пользователя (сохранность устройств
компьютера, программного обеспечения, хранимых данных). В значительной степени это
достигается наличием в составе программного продукта контекстно-зависимой помощи и
обучающих систем, демоверсий, раскрывающих функциональные возможности и
технологию работы программного продукта, специальных программных решений по
обеспечению сохранности программ и данных, антивирусной защиты и др.
Прикладные программные продукты автоматизируют деятельность специалистов
(экономистов, менеджеров, бухгалтеров, агентов и т.д.) предметных областей.
Сформировалась тенденция на создание автоматизированных рабочих мест - АРМ,
полностью поддерживающих всю профессиональную деятельность конечного пользователя в
стр. 24 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
компьютерной среде.
Многие АРМ, наряду с основными функциями обработки данных, включают и
вспомогательные, так называемый сервис. Сервис обеспечивает функции по обслуживанию
базы данных - копирование, восстановление, архивирование, экспорт/импорт данных;
выполнение работ, связанных с профессиональной деятельностью, таких, как подготовка
корреспонденции с помощью текстового редактора, организация вычислений средствами
электронной таблицы, использование электронной почты для рассылки корреспонденции и
др.
В состав АРМ входят и средства конфигурирования программно-технического
комплекса, которые перенастраивают АРМ с учетом технических характеристик средств
вычислительной техники, состава основных и вспомогательных функций обработки.
Современные программные продукты включают специальный программный модуль или
команды в составе главного меню для настройки среды и оптимизации работы программных
продуктов.
При установке программного продукта - инсталляции - делается глобальное
конфигурирование, которое означает:
задание места для размещения программного продукта на магнитном диске;
выбор функциональных возможностей (программных компонентов, модулей) для
установки на компьютере;
настройку структуры базы данных (состава файлов, структуры записей);
настройку операционной и технической среды функционирования программного
продукта.
Такая настройка выполняется, как правило, квалифицированным программистом, и
изменение условий установки потребует реинсталляции программного продукта.
Для повышения эффективности работы конечного пользователя предусматриваются
средства оперативного конфигурирования, включающие:
изменение пароля доступа к программному продукту;
активизацию/деактивизацию функций обработки (изменение функций главного
меню);
параметрическую настройку команд меню;
настройку экранных форм;
настройку выходных форм печати;
задание форматов базы данных (длина и тип полей);
определение места хранения базы данных на магнитном диске;
изменение параметров печати (тип принтера, параметры печатной страницы) и др.
Возможности средств настройки среды определяют гибкость программного
продукта. Тенденция развития прикладных программных продуктов состоит также в
создании инструментальных средств конечногопользователя .Инструментальные средства
подобного типа предназначены для совершенствования функций обработки, создания новых
приложений силами конечного пользователя.
Так, для пакетов бухгалтерского учета предлагается набор инструментальных средств
следующего вида:
генератор экранных форм, позволяющий создавать новые и изменять существующие
экранные формы (расположение на экране реквизитов, соответствующих полям базы
данных, использование текста подсказок, запуск процедур обработки, цветовое оформление
и др.);
язык запросов как средство поиска и фильтрации записей базы данных, выборки
машинных документов, вычислений над данными базы данных;
макропрограммирование клавишные и языковые макрокоманды (макросы),
предназначенные для автоматизации рутинных операций обработки;
генератор отчетов, обеспечивающий вывод запросной информации, формирование
итогов различных уровней и др.
стр. 25 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Определилась тенденция массового использования конечными пользователями
интегрированных пакетов, ориентированных в первую очередь на возможности стандартных
программных средств (текстовый редактор, электронная таблица, база данных). В составе
интегрированных пакетов имеется мощный арсенал инструментальных средств
(макропрограммирование, языки программирования, программы-дополнения и т.п.),
предназначенных для создания как конечными пользователями, так и профессиональными
программистами прикладных программных продуктов. Таким образом, среда
интегрированного пакета - это в определенном смысле АРМ, обеспечивающий мощными и
гибкими средствами работа конечного пользователя.
ППП Microsoft Office можно с полным основанием считать интегрированным, так как
его характеризуют:
стандартизация выполнения основных операций обработки (общность пунктов
главного меню, приемов и технологий выполнения операций создания, сохранения, печати,
поиска документов, файлов);
единство принципов конфигурирования и настройки программ;
конвертирование форматов хранимых данных;
замена главного меню на меню приложения объектов при их редактировании.
Проблема разработки крупномасштабных компьютерных сетей относится к NPполным задачам, которые невозможно решить только математическими методами.
Следовательно, система проектирования вычислительных сетей должна поддерживать
гибридные модели представления знаний, работать с нечетко представленными и с
разноформатными данными, то есть быть открытой. Более того, система должна иметь
возможность общаться с пользователем на языке близком к естественному.
Применение гибридных моделей представления знаний, то есть моделей
использующих совместно символьное и нейросетевое представления знаний, имеет ряд
важных преимуществ: во-первых, появляется возможность использовать в интеллектуальной
системе максимально широкий спектр экспертных знаний о предметной области, во-вторых,
осуществляется организация обмена знаниями между различными модулями
интеллектуальной системы (в том числе и между модулями, использующими различные
парадигмы представления и получения экспертных знаний).
Отличием от существующих разработок является открытость для добавления модулей
с различными методами обработки данных. Гибридная модель представления знаний
позволяет описывать решение сложной задачи в виде взаимосвязанной совокупности более
простых подзадач, для каждой из которых возможно использовать различные парадигмы
представления знаний. В итоге система поддержки принятия решения (СППР) может
представлять собой сложную конструкцию из взаимосвязанных нейронных сетей,
фрагментов символьных баз данных, статистических моделей и т.д.
Открытость системы позволяет подключать модули и для преобразования данных из
внешних разноформатных баз во внутренний формат программы для пополнения базы
знаний, что делает систему гибкой и независимой от формата поступающих извне данных.
Структура базы знаний задается в виде направленного графа, узлы которого
представляют модули обработки данных, а ребра задают направление и последовательность
решения подзадач.
Классическим способом описания графовых моделей является использование матриц
инциденции и матриц смежности. Однако в данном случае проблема машинного
представления графа усложняется тем, что вместе со структурой графа необходимо хранить
описание отдельной задачи.
Для представления структуры знаний в теории систем искусственного интеллекта
разработан язык семантических сетей. Однако для описания иерархически
декомпозированных задач такой подход может оказаться избыточным, так как задачи
связаны однородными дугами. Кроме того, процедуры вывода по древовидному графу
стр. 26 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
значительно проще процедур вывода по семантической сети.
Основой для разработки послужила модель, используемая в системе "Аналитик" [2].
Отличительная особенность графовой модели - возможность использования нескольких
парадигм представления знаний при решении одной задачи. Для отдельной задачи может
быть сформировано несколько баз знаний. Они будут иметь общий целевой параметр
(группу параметров), но могут использовать для решения различные наборы исходных
данных.
Общение пользователя и системы- диалог на ограниченном естественном языке (ЕЯ).
ЕЯ-диалог- отдельный DLL-модуль с многоуровневым лингвистическим процессором (ЛП),
который состоит из пяти блоков: лексический анализатор, блок определения слов, чисел и
констант, блок трансляции во внутренний формальный язык, блок трансляции в формальный
язык запросов к базе знаний и блок непосредственного выполнения запроса. Интенсивное
развитие информационных технологий в России, необходимость обмена огромными
массивами информации внутри предприятий и между ними, критичность к скорости
передачи данных и к их надежности делают проблему проектирования корпоративных сетей
одной из первоочередных и обеспечивают большой интерес к данной разработке.
Автоматизация на основе персональных компьютеров рабочих мест наборщика,
корректора, технического и художественного редакторов, автора приобретает массовый
характер.
Однако при формировании научно-технической политики отрасли наблюдаются
противоречивые подходы. Целесообразность простого учета техники и технологии ушедших
вперед развитых стран вызывает сомнения по ряду причин:
необходимо соразмерять развитие автоматизации книгоиздания с освоением
отечественной промышленностью новых технологий в электронике и вычислительной
технике;
зарубежный опыт неоднозначен, во многом противоречив;
информация о зарубежном опыте обычно носит неполный характер.
Коренное
изменение
сложившегося
редакционно-издательского
процесса
предусматривает выполнение всех операций по обработке изданий с использованием
многоцелевого автоматизированного рабочего места (АРМ) издателя.
Автоматизированное рабочее место
Под автоматизированным рабочим местом (АРМ) издателя обычно понимают
комплекс аппаратных, программных, информационных, методических и организационных
средств, включающих в себя:
операционную систему, поддерживающую работу персонального компьютера (ПК);
аппаратные средства и программное обеспечение локальной вычислительной сети
издательства;
аппаратные средства и программное обеспечение машинной графики;
прикладное программное обеспечение пакетной и интерактивной обработки изданий
в соответствии с техническими правилами полиграфического оформления;
библиотеку оцифрованных полиграфических шрифтов;
систему управления базами данных;
лазерное распечатывающее устройство для получения копий полос издания в
полиграфическом исполнении;
выводные секции для экспонирования информации на фотоматериал (в составе
фотовыводных систем).
Один из вариантов технического оснащения редакционно-издательского процесса
может включать в себя:
А. Электронное машбюро (APM-оператора) на базе персональных компьютеров,
позволяющих записывать информацию на гибкие магнитные диски и имеющих выход через
сеть на ЭВМ более высокого уровня (АРМ-редактора). Для оснащения такого машбюро
могут использоваться:
стр. 27 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
стандартные ПК с соответствующими программами обработки текста, формул, таблиц
и т. п.;
специальные полиграфические наборно-корректирующие устройства, позволяющие
вводить, форматировать, осуществлять исправление замеченных ошибок при обработке
текстовых фрагментов.
Б. АРМ-редактора для формирования индивидуальной предметной базы редактора, а
также осуществления комплектовки, редактирования и верстки изданий из информации,
полученной по локальной сети издательства. С этого же рабочего места целесообразно
осуществлять загрузку шрифтов и вывод контрольного текста на лазерный принтер. Для
такого АРМ необходимы:
учетно-издательских листов;
дисплеи с высокими технологическими и эргономическими характеристиками.
В. Несколько АРМ-редактора, соединенных в сеть, могут образовывать редакционный
автоматизированный участок. Функции поддержания сети, технического редактирования и
верстки могут выполняться, например, на компьютерах типа IBM PC/AT. Информационная
емкость накопителей на них позволяет формировать из индивидуальных баз редакторов
предметную базу редакции. Для эффективного выполнения верстки должны
предусматриваться оперативная память порядка 8 МБ (например, после ее наращивания),
большой экран монитора (порядка 19 дюймов) высокого разрешения.
Г. Для выполнения работ по графическому оформлению изданий в составе
издательства должен быть специализированный участок, оснащенный, помимо
вышеперечисленных аппаратных средств, также и сканером.
Д. Наконец, весь издательский комплекс может рассматриваться как объединение
отдельных редакционных участков на базе компьютеров, например, типа IBM PS/2.
Комплекс оснащается средствами передачи данных по каналам связи (телефаксы и модемы),
накопителями на магнитной ленте для архивного хранения текстов и иллюстраций,
скоростным лазерным принтером.
Перечень различных средств, входящих в состав автоматизированных рабочих мест
(АРМ) различных уровней обработки издательской информации, представим в виде схемы:
Состав автоматизированных систем обработки издательской информации
Информационное обеспечение — информационно справочная служба, электронная
почта Организационное обеспечение — средства оптимизации технологического процесса,
реализации эргономических требований к оборудованию
Методическое обеспечение —
шрифтовые средства, библиотеки шрифтов
Технические
средства
(аппаратное
обеспечение) — комплект оборудования, узлов, устройств (Hard Ware)
Программные
средства — системное и прикладное программное обеспечение (Soft Ware)
Информационно-справочная служба играет важную роль при эксплуатации АРМ:
реквизиты фирм-разработчиков и фирм-поставщиков аппаратных средств и
программного обеспечения;
реквизиты фирм и организаций, обеспечивающих гарантийное обслуживание АРМ;
реквизиты организаций-посредников, обеспечивающих подключение к сетям (в том
числе к WWW) и др.
Организационное обеспечение АРМ служит реализации новейших разработок в
области информационных технологий, рациональной организации труда, требований к
охране здоровья и др.
Например, российский рынок предлагает потребителю три группы фильтров класса
«максимальная защита»:Отечественного производства Фильтры типа UMAX МР-196
“Престижные” фильтры
Их отличает относительно невысокая цена (25–40$) при довольно неустойчивом
качестве (нестойкое покрытие, неудобное крепление к монитору). Они
полностью
изолируют пользователя от всего спектра вредных излучений монитора. Соответствуют
шведскому стандарту MPR 1992:10 и отвечают требованиям класса “максимальная защита”.
стр. 28 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Эти качества в сочетании со строгим дизайном, удобством крепления и повышенной
стойкостью покрытия делают их наиболее популярными у потребителей (кстати, более 80%
компьютерных мониторов в CША в 1994 году были оснащены фильтрами именно этого
класса).
Стоимость их колеблется от 140 до 250$. По своим техническим данным и
конструкции они мало чем отличаются от UMAX МР-196. В конечном счете эта цена
предлагается покупателю за известную товарную марку.
Включенный монитор компьютера преподносит целый букет отнюдь не безвредных
излучений и полей. Вот основные из них. Электростатическое поле Переменное
электромагнитное поле
Ультрафиолетовое излучение
Электронно-лучевые трубки (ЭЛТ) дисплеев вызывают достаточно мощный поток
положительных ионов перед монитором. Они “захватывают” и разгоняют находящиеся в
воздухе микрочастицы пыли, которые, в свою очередь, “бомбардируют” лицо и глаза
оператора. ЭЛТ мониторов являются мощным источником переменных электромагнитных
и электрических полей высоких и низких частот. Не является панацеей и использование
мониторов типа “Low Radiation”. Они надежно защищают пользователей только от
высокочастотных составляющих, оставляя их один на один с низкочастотным
электромагнитным полем. Оператор компьютера подвергается довольно большим дозам
ультрафиолетового излучения.
Возможные последствия:
Депрессия, стрессовое состояние, головная боль, бессонница, раздражение кожи,
усталость глаз. Кроме того, нахождение в атмосфере с преобладанием положительных ионов
плохо влияет на психику человека.
По статистике переменные электрические поля
высокой интенсивности в 7 раз повышают вероятность онкологических заболеваний.
Способствуют они и изменению структуры зубных пломб, что приводит к их разрушению с
выделением ядовитых веществ. Быстрое старение кожи, заболевания глаз.
Надежный способ обезопасить здоровье от всего этого «букета» излучений и полей оснастить дисплей своего компьютера надежным фильтром класса «полная защита» с
заземлением.
Остальные три группы средств АРМ подробно рассмотрены в следующих главах
данного учебного пособия.
2.2.
Понятие об издательском комплексе
Издательским комплексом (ИК) обычно называют специализированную систему,
предназначенную для подготовки материалов, необходимых для тиражирования в
типографии. Он является составной частью издательского процесса на этапе получения
цветоделенных форм (обычно фотоформ).
Наиболее эффективные (по соотношению цена\качество) ИК стремятся
комплектовать лучшим оборудованием различных производителей. Однако это зачастую
приводит к неожиданным проблемам при их совместной эксплуатации. На практике
реальная эффективность ИК чаще всего определяется сбалансированностью характеристик
различных составляющих частей, их общим соответствием сложности решаемых задач, а
также квалификацией и заинтересованностью персонала.
По функциональному назначению каждый ИК обычно состоит из следующих
основных частей (см. рисунок):
устройства обработки и оперативного хранения информации (системный блок
компьютера с процессором, оперативной и дисковой памятью);
программное обеспечение (пакеты для набора и распознавания текста, ввода и
обработки изображений, верстки, цветоделения, сетевые оболочки и др.);
подсистемы оперативного отображения информации (графические платы, мониторы);
средства интеграции устройств в единое целое (серверы, сетевые адаптеры и др.);
устройства хранения и передачи данных на носителях (флоппи-диски,
магнитооптические перезаписываемые диски, CD-ROM диски, системы архивации и др.);
стр. 29 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
устройства ввода графической информации (планшетные, барабанные, слайдсканеры, цифровые камеры, графические планшеты);
устройства черно-белой печати (лазерные, струйные, матричные принтеры);
устройства цветной печати (лазерные, струйные, сублимационные и термические
принтеры, устройства на твердых чернилах);
пробопечатное оборудование (цветопробы с цветоделенных пленок, цифровые
цветопробы);
устройства вывода цветоделенных форм (фотонабор, проявочное оборудование,
беспроявочный фотонабор);
устройства вывода печатных форм (computer-to-plate оборудование);
устройства прямого вывода тиража (computer-to-press оборудование);
контрольно-измерительное оборудование (эталонные цветовые атласы, денситометры,
спектрофотометры, просмотровые столы и боксы, микроскопы и др.).
Комплектование эффективного и совершенствование существующего ИК первостепенная задача руководителя современного подразделения, связанного с обработкой
издательской продукции.
Важнейшими факторами, влияющими на выбор той или иной структуры ИК, обычно
называют следующие:
* качество печатной продукции;
особенности используемого печатного оборудования;
режим выпуска издания, в том числе допустимое время простоя по неисправности или
сбою;
объем и соотношение текстовой и графической информации в издании;
стандарты смежников;
опыт и необходимость обучения персонала.
При этом руководитель подразделения может использовать:
* собственных специалистов;
привлекаемых консультантов и консалтинговые фирмы;
поставщиков оборудования и программных средств;
сервисные и учебные центры;
системные интеграторы;
сканеры: Microtek, Umax, Agfa (A4-A3, 600-1200 dpi);
фотовыводные устройства и другое оборудование;
системы макетирования и верстки, а также программы их русификации;
FontLab 2.5 - программу создания и редактирования шрифтов;
разнообразный ассортимент PostScript и TrueType шрифтов.
2.3.
Конфигурации издательских комплексов
Фирма SoftUnion предлагает оптимальную конфигурацию издательских комплексов в
зависимости от объема и качества изданий, а также состава печатного оборудования.
В состав базового комплекса входит рабочее место на основе мощного 486-го IBM РС
для сканирования, верстки и печати оригиналов-макетов, укомплектованное необходимым
программным обеспечением.1. Рабочий вариант
$ 39,950
IBM РС 486DX-33, ОЗУ-8Мб, НDD-240Мб, FDD-1.441.2, мышь, SVGA видеокарта с
1Mб видеопамяти, цветной SVGA-монитор 14 дюймов с размером точки 0.28 мм;
лазерный PostScript-npинтep LaserMaster WinPrinter 800 формата А4, разрешение - 800
точек/дюйм;
цветной планшетный 24-битный сканер Microtek ScanMaker II формата А4 с
разрешением 600 точек/дюйм;
CD-ROM дисковод 600 Мб;
MS DOS5.0, MS Windows 3.х, Adobe Туре Manager, MS Word 6.0, PageMaker 5.0,
OFOTO, CoreIDraw! 5.0, FontLab 2.0 for Windows, русификаторы и SU FontPack.
стр. 30 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Приведенная конфигурация позволит оперативно готовить оригиналы-макеты чернобелых изданий:
дружелюбная многозадачная операционная среда MS Windows дает возможность
быстро обмениваться данными между различными приложениями, например вставлять
изображения из CorelDraw! 5.0 в программу верстки;
верстка производится в программе PageMaker 5.0 или MS Word 6.0;
рисунки, элементы оформления создаются с помощью мощных графических средств
пакетов CorelDraw! 5.0 и FontLab;
используя сканер, можно включать в документы графическую информацию из других
изданий. Процесс сканирования становится простым и удобным при работе с программой
OFOTO;
CD-ROM дисковод дает возможность использовать огромную библиотеку цветных
картинок, входящую в состав пакета CorelDraw! 5.0;
богатый выбор русских масштабируемых шрифтов из коллекции SU FontPack
позволит сделать разнообразным дизайн публикаций. Быстро и качественно сделать
оригинальный шрифт (или модифицировать существующий) поможет программа FontLab.2.
Профессиональный вариант
$ 351,500
IBM РС 486DX2-66, ОЗУ-32Мб, HDD-1080 Мб (SCSI), FD0-1.441.2;
мышь, SVGA видеокарта (24 миллиона цветов) с акселератором MS Windows,
цветной SVGA-монитор 19 дюймов с размером точки 0.31 мм;
CD-ROM дисковод 600 Мб;
оптический «жесткий диск» 650 Мбайт с набором сменных дисков;
лазерный PostScript-принтер LaserMaster 1200 XL Personal TypeSetter формата АЗ,
разрешение 1200 точек/дюйм;
цветной планшетный 30-битный сканер UМах формата А4 с разрешением 1200
точек/дюйм с модулем сканирования в проходящем свете;
MSDOS 5,0, АТМ, MS Windows 3.х, MS Word 7.0 for Windows,
PageMaker 6.0, CorelDraw 6.0, FontLab 2.0, Adobe Illustrator 5.0, PhotoStyler (или Adobe
PhotoShop for Windows), программа проверки орфографии, русификаторы и SU FontPack.
Эта конфигурация программных и аппаратных средств предназначена для подготовки
оригиналов-макетов черно-белых изданий большого формата (например, газет) и позволяет
получить очень хорошее качество при невысоких расходах. Это достигается за счет
применения в качестве устройства вывода лазерного принтера LaserMaster 1200 XL, который
обеспечивает быстрый вывод на обычной бумаге (специальной пленке) с разрешением
фотонаборного автомата - 1200 точек на дюйм. Программа PhotoStyler или PhotoShop (версия
Adobe для Windows) предназначена для ввода и обработки изображений. При интенсивной
работе объем публикаций и рабочих файлов быстро достигает очень больших размеров. Для
решения этой проблемы используется оптический «жесткий диск» со сменными
носителями.3. Профессиональный вариант с фотовыводным устройством и для работы с
цветом
$ 3156,000
IBM РС 486DX2-66, EISA, ОЗУ-64 Мб, HDD-2000 Мб (SCSI-2), FDD-1.441.2, мышь,
SVGA видеокарта (24 миллиона цветов) с акселератором MS Windows, цветной
мультичастотный SVGA-монитор 21 дюйм с размером точки 0.31 мм;
CD-ROM дисковод, 600 Мб;
оптический «жесткий диск» 650 Мбайт с набором сменных дисков;
лазерный PostScript-принтер LaserMaster WinPrinter 600 Хб формата АЗ, разрешение
600 точек/дюйм;
цветной 36-битный сканер Agfa Horizon формата АЗ с модулем сканирования в
проходящем свете (формат A4). Оптическое разрешение 1300 х 1200 точек/дюйм;
фотовыводной автомат HYPHEN SpectraSet 2100 с шириной изображения 338 мм
(длина не ограничена), разрешение до 2400 точек/дюйм;
цветной лазерный PostScript-принтер Tektronix Phaser PX III формата А4;
стр. 31 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
MSDOS 5.0, ATM, MS Windows 95, MS Word 7.0 for Windows, QuarkXPress 4.0,
PageMaker 6.5, CorelDraw! 7,0, FontLab 2.0, Adobe lllustrator 7.0, PhotoStyler (Adobe PhotoShop
for Windows);
программа проверки орфографии, русификаторы и SU FontPack.
Система представляет собой мощный комплекс, позволяющий на базе персонального
компьютера готовить цветные издания форматом АЗ. Профессиональный сканер
обеспечивает качественный ввод изображений большого формата.
Для промежуточных распечаток используется быстрый Post-Script-принтер
LaserMaster. Цветной принтер фирмы Tektronix предназначен для получения пробного
цветного отпечатка, что позволяет получить представление о том, как будет выглядеть
окончательный документ, и при необходимости внести изменения.
ЛЕКЦИЯ 3
Тема: Концепция интеллектуального интерфейса
Психолого-педагогические аспекты разработки интеллектуального интерфейса
В последние годы вовлечение широких масс
пользователей, не имеющих
программистскую подготовку, в сферу применения компьютерных систем обусловило
актуальность вопроса о средствах человеко-машинного взаимодействия, "дружественных"
по отношению к пользователю, в частности, о человеко-машинном интерфейсе. Создание
интеллектуального интерфейса является одной из основных целей исследования по
программе систем пятого поколения.
Интерфейс - комплекс
средств,
позволяющих
реализовать диалоговое
взаимодействие между человеком и компьютером,
не прибегая к языкам
программирования.
Такой интерфейс адаптирован к определенной группе пользователей, прост в
изучении и использовании.
Обработка ошибок организуется
по принципу
"дружественности" к пользователю. В нем учитываются определенные требования к
представлению данных, обеспечивающие психологическую комфортность общения,
удовлетворенность человека компьютером.
Кроме этого, интерфейс считается
дружественным,
если
он
максимально упрощает взаимодействие с системой,
оптимизирует использование всех ее возможностей, наилучшим образом согласован с
решаемой пользователем задачей,
а также обеспечивает ему психологическую
комфортность общения.
Сама номенклатура принятых в среде Windows интерфейсных элементов вызывает
большие сомнения в том, что на ее базе можно создать действительно удобные интерфейсы.
Например, такой интерфейсный элемент как линейка прокрутки находится в
противоречии с одним из основных принципов психологии восприятия: у человека может
быть только одна точка активного внимания. При использовании же линейки прокрутки
приходится смотреть в две совершенно различные точки - на прокручиваемое изображение
(не пора ли остановиться) и на линейку. Всем знакомые неприятности с непопаданием
мышью в нужную точку при прокрутке или с "соскакиванием" мыши с линейки - очевидное
следствие вышеуказанного противоречия.
Обстановка на экране и способы взаимодействия с системой должны апеллировать к
ситуации, хорошо знакомой пользователю. Так, оконный интерфейс задумывался как
метафора рабочего стола с документами. Использованием метафоры убивается сразу
несколько зайцев. Во-первых, пользователю легче понимать и интерпретировать
изображение на экране. Во-вторых, ему не нужно каждый раз заглядывать в руководство,
чтобы узнать, как выполняется то или иное действие. По крайней мере некоторые действия
должны "естественно" следовать из метафоры. В-третьих, у пользователя возникает чувство
психологического комфорта, характерного для встречи с чем-то хорошо знакомым.
Теперь нам нужно сделать концептуальный дизайн интерфейса. Что это такое?
Речь идет о разработке системы интерфейсных элементов, своего рода алфавита
стр. 32 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
взаимодействия, изучив который пользователь сможет легко делать то, что ему нужно.
Концептуальный дизайн интерфейса должен базироваться на идее интерфейсной
среды, в которую пользователь погружается на время работы с системой. Здесь слово "среда"
применяется как обозначение типичной для поведения человека в различных средах связки
"сигнал-действие".
Эта идея принадлежит психологу Гибсону в книге "Экологический подход к
психологии восприятия". Он утверждает, что наше восприятие основано на мотивации в том
смысле, что если мы хотим есть, то видим только съедобные вещи, а если устали - то только
предметы мебели, предназначенные для отдыха. То есть человек не просто видит, а
опрашивает среду, руководствуясь различными мотивами. В свою очередь, среда подает
человеку разные сигналы. Наряду с ответами на его запросы, есть сигналы первоочередные
(или всегда запрашиваемые), связанные с физической опасностью. Опираясь на полученные
сигналы, человек осуществляет различные действия.
Так, кнопки различных диалогов в стандартном оконном интерфейсе можно
трактовать как сигналы к их нажатию. Но эти сигналы крайне слабы, поскольку все кнопки
выглядят одинаково, отличаясь только текстами в них, а функции у них совершенно
различны. То есть из всего разнообразия изобразительных средств - формы, размера, цвета,
текста - в кнопках диалогов используется только текст. Считается наиболее оптимальным
иметь кнопки одного размера и аккуратно расположенные, чтобы вынудить пользователя
каждый раз прочитывать текст.
Еще одним важным принципом построения дизайна интерфейса - баланс между
интерактивными возможностями программы и сложностью ее изобразительного ряда.
Сложная картинка психологически готовит к сложной жизни с программой. Из этого, кстати,
не следует, что у сложной программы должна быть изощренная графика и сложные пути
взаимодействия. Важно, чтобы эти сложности не лезли в глаза при первом знакомстве с
программой, отпугивая новичка. Таким образом, картинка на экране остается прежней, а
возможности пользователя расширяются.
Основной проблемой в интерфейсе с пользователем является синхронизация точки
внимания пользователя и точки активности системы. Эта проблема должна решаться в обе
стороны. С одной стороны, пользователь должен уметь сказать системе, где и что он хочет
изменить (обычно это делается щелчком мыши в нужном месте). С другой стороны, система
должна уметь привлечь внимание пользователя к месту наиболее актуальных изменений.
Сегодня же не видно никакой причины не привлекать внимание пользователя
движением в нужной точке экрана. Эта возможность не только теоретически осознана, но и
уже около пяти лет находится в стадии экспериментального исследования. Две
анимированные среды интерфейса разработаны в фирме XEROX PARC. Одна - "Конические
деревья" - является визуализацией файловой системы компьютера и похожа на систему
детских пирамидок, каждый уровень которой соответствует уровню файлового каталога.
Сами файлы из каталога отображаются в виде 3-мерной карусели под своим каталогом. Суть
модели в том, что нужный файл можно "приблизить" поворотом карусели (может быть, не
одной), идущим в режиме анимации. Вторая модель - "Стена в перспективе" - также
отображает файловую систему, но вне ее иерархии, согласно двум каким-то параметрам,
например частоте обращения к файлу и его размеру. Это нормальная стена, только очень
длинная, разбитая на три отрезка. Средний из них отображается на экране плоско, а два
крайних уходят в перспективу. Пользователь может сделать средним любой отрезок стены,
причем это тоже происходит в режиме анимации.
Однако психологи, занимающиеся интерфейсом, говорят о совсем другом времени, времени, когда пользователь может начать взаимодействие с новой картинкой на экране. В
этот интервал входит не только время вывода новой картинки на экран, но и время осознания
ее пользователем, ведь определенное время и усилия тратятся пользователем на то, чтобы
понять, как каждая следующая картинка соотносится с предыдущей. Анимация за счет
увеличения времени перехода от одной картинки к другой (а именно времени
стр. 33 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
анимированного преобразования картинок) существенно сокращает время осознания новой
картинки. В психологическом смысле новой картинки и не существует, существует
преобразованная старая, а так как все преобразования шли "на глазах у изумленных
зрителей", то пользователь практически немедленно готов к взаимодействию.
Существует еще одно свойство анимационного пользовательского интерфейса,
которое существенно улучшает его полезность по сравнению с графическим интерфейсом, а
именно динамически визуальные сигналы.
Динамические визуальные сигналы - это изменение изображения на экране с целью
дать пользователю дополнительную информацию. Уже в стандартном оконном интерфейсе
мы можем видеть примеры таких сигналов. При выполнении программой длительных
действий курсор мыши приобретает форму песочных часов. Это - сигнал о том, что на
действия пользователя система временно реагировать не будет. Второй пример - изменение
изображения кнопки при нажатии на нее мышью. Это - сигнал о том, что система считает,
что пользователь взаимодействует именно с этой кнопкой.
ABI интерфейс
В настоящее время активно разрабатывается проект ABI (Adaptive Brain Interface), в
рамках которого уже создан портативный интерфейс "человеческий мозг - компьютер",
действующий на основе анализа электроэнцефалограммы мозга человека.
Основная цель данного устройства работа с различными пользовательскими
программами, управляя ими мозговыми импульсами.
Электромагнитные сигналы, посылаемые мозгом, интерпретируются ABI, а затем
специальной программой, распознающей импульсные сигналы волн, и соотносит их с
нужным движением курсора, скользящего от буквы к букве. Так набирается заданный текст.
В основе концепции данного устройства положен принцип "обратной психологии",
при котором "мыследвижения" разделяются на три направления. При этом каждое
направление имеет четко выраженный волновой диапазон. Далее ABI интерфейс через
классификатор, разработанный на основе электронных сетей, распознает команду человека,
что дает возможность в дальнейшем интерпретировать эти волны для выполнения
соответствующих действий.
Использование ABI не требует оперативных вмешательств по вживлению
электродов. Для безопасности человека они размещаются на специальной пластиковой
шапочке, соединяемой с персональным компьютером, оснащенным программным
обеспечением для анализа сигналов человеческого мозга. В этом принципиальное отличие
ABI от аналогично ведущихся разработок.
Обучающий интерфейс
В настоящее время в системе образования по существу ставится задача создания
обучающей системы, как интерфейса пользователя, включающей программный блок
управления этим интерфейсом и пакет приложений (набор предметных программ, на
основе которых будет осуществляться обучение), где управление интерфейсом
представляется
как управление диалоговым взаимодействием между учащимся и
приложением. Следует отметить, что интерфейс и приложения строго разделены, что
позволяет использовать через один и тот же интерфейс различные учебные приложения, в
том числе и вновь создаваемые.
В обучающих системах интерфейсу свойственна более сложная структура по
сравнению со структурой общего пользования. В нее входит: диалоговый процессор,
обеспечивающий восприятие, обработку и понимание системой входного сообщения
пользователя; блок, осуществляющий обращение к базе знаний и решателю задач;
"проектировщик", занимающийся составлением ответа компьютера; а также надстроечный
блок, организующий обращение к особой базе знаний для решения дидактической задачи.
Этот блок является управляющим для третьего блока, формирующего ответ системы.
стр. 34 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
В учебных целях желательно, чтобы типовые средства, поддерживающие систему
управления интерфейса включали средства генерации экрана, пакет графики, редакторы для
составления сообщений,
сообщения об ошибках,
подсказки,
экранные формы,
пиктограммы (несущие интерактивную нагрузку), а также продукционную систему
проверки вводимых речевых сообщений по спецификации языка.
Помимо этого, для эффективности учебного взаимодействия диалоговые функции
интерфейса должны осуществляться в контексте отображаемой предметной области, что
предполагает его "обладание" некоторыми знаниями о мире задачи, в которой
контактируют система и учащийся. Это означает, что программные приложения должны
содержать учебную информацию не только для обучаемого, но и интерфейса. Наряду с
этим, видится необходимость в использовании им формы распознавания образов для
интерпретации входных сообщений от учащегося в свете системной модели мира. Это
позволило бы применять такой интерфейс не только в учебных, но и общепедагогических
целях.
Вместе с тем, применение интерфейса в процессе обучения даст возможность
расширить взаимодействие между учеником и компьютером за счет:
- расширения диапазона способов ввода и вывода сообщений, посредством которых
происходит взаимодействие;
- обогащения грамматики ввода и вывода;
- попытки сотрудничества с учащимся в достижении целей учебно-воспитательного
процесса.
Эти расширения отражают многорежимный характер ввода и вывода данных и
сообщений, которые в общем случае могут осуществляться в речевой, текстовой или
графической форме. Важно, чтобы пользователь различал выводимую информацию
(системные сообщения, результаты, вспомогательную информацию).
Практическая реализация этих положений требует, чтобы учебная система имела
модель мира задачи, в которой не только работают она и обучаемый, но и которая близко
соответствует модели этого мира в уме ученика.
Поскольку у интерфейса может быть много различных пользователей и каждая
пользовательская модель в состоянии со временем изменяться, он должен быть способен к
самоадаптации к различным учащимся путем распознавания профиля конкретного ученика.
Для оценки эффективности учебного интерфейса выделяют следующие критерии:
естественность, последовательность, поддержка учащегося и гибкость.
Естественный интерфейс такой, который не вынуждает учащегося, работающего с
ним, существенно изменять свои традиционные способы общения. Это означает, что
диалог должен вестись на родном языке ученика, стиль общения должен быть
оптимальным для конкретной учебной ситуации, сообщения не должны требовать
дополнительных пояснений.
Последовательность проявляется в специальном размещении инструкций, данных на
экране, сходных по выполняемым функциям в разных ситуациях учебной работы. Это
является гарантией того, что ученик будет знать, где искать на экране инструкции,
сообщения об ошибках, особо важную информацию и т.д.
Поддержка учащегося выражается мерой помощи, оказываемой системой. Помощь
характеризуется выдаваемыми инструкциями, сообщениями об ошибках и действиях
системы. Так, справочная информация должна появляться тогда, когда она требуется
учащемуся
и
в приемлемой форме.
Характер и количество помощи должны
соответствовать опыту работы ученика и отвечать его намерениям. Сообщения об ошибке
должны точно объяснять, в чем заключается ошибка и какие действия следует предпринять
для ее устранения.
Гибкость интерфейса означает, насколько хорошо он соответствует различным
уровням подготовки и производительности труда конкретного учащегося.
Сегодня наблюдается очевидная потребность в современном универсальном
стр. 35 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
программном обеспечении, которое должно использоваться в рамках решаемых
управленческих задач. Чтобы учесть специфику его конкретного применения,
предусмотрены средства настройки (адаптации) программ. Среди них есть конфигураторы и
встроенные языки. Так, например, имеется конфигуратор в системе «1С: Бухгалтерия»
(фирма «1С»), встроенные языки – в программных продуктах серии «БЭСТ» (фирма
«Интеллект-Сервис») и др. Однако следует отметить, что подобные средства ориентированы,
в большей степени, на специалистов по информационным технологиям.
Динамика развития информационных технологий, методов и средств их поддержки
делает возможным создание интеллектуального интерфейса, который, в свою очередь,
предоставляет возможность делать связные информационные процессы максимально
управляемыми, обеспечивающими получение необходимых данных и знаний в максимально
короткие промежутки времени.
При решении задач управления требуется упрощать процесс пользования
информационной системой. Взаимодействие «человек-компьютер» должно предусматривать
увеличение доли компьютерной обработки данных. При этом значительное внимание
уделяется повышению способности компьютерной системы к самостоятельному, в
автоматическом режиме, решению управленческих задач.
Прежде всего, информационные системы управления необходимо строить таким
образом, чтобы радикально упростить процессы их эксплуатации и сопровождения. Для того
чтобы глубже понять характер затруднений пользователя при взаимодействии с системой,
нужно подчеркнуть, что традиционная технология обычно основывается на формальной
модели решения задачи. Как правило, множество понятий и терминов, в которых
формулируются и описываются задачи, в большей мере связаны с математической моделью,
а не с конкретной областью ее применения. В то же время предметная область
характеризуется системой содержательных исполнительных понятий, которыми оперирует
пользователь при решении задач.
В традиционной технологии обработки данных, как правило, не совпадают системы
предметной области: система понятий и формальная модель. Это различие и является
основной причиной затруднений, возникающих при взаимодействии пользователя с
информационной системой. Нельзя не согласиться с мнением о том, что решение таких задач
интерфейса, как адаптация к потребностям пользователя, его предпочтениям и привычкам,
уровню знаний о системе, потребует использования всех современных достижений в области
искусственного интеллекта и итологии (науки об информационных технологиях).
Пользовательские интерфейсы будущего, скорее всего, основной упор будут делать
на обучающие примеры, тактильные ощущения, распознавание речи и образов. Процесс
взаимодействия будет основан на базе знаний, что позволит сократить когнитивную
дистанцию между пользователем и информационной системой. Соответствующие
исследования начались в 90-х гг. прошлого столетия, но пока подобные интерфейсы не
получили широкого распространения.
Для построения интерфейса будущего большое значение имеет визуализация
информации, особенно вопросы пространственных метафор (например, трехмерный
ландшафт как альтернатива двухмерной метафоре «рабочего стола»). Такие интерфейсы –
последовательные шаги в направлении более мощного и естественного интерфейса.
Интерфейс будущего соединяет в себе лучшие средства пользовательского
взаимодействия через интерфейс с косвенным управлением, обеспечиваемым
сертифицированными и заслуживающими доверия агентами, которые могут предугадывать
потребности пользователя и работать для него в автономном режиме вместе с другими
агентами, распределенными по информационной сети.
Заметим, что отдельные информационные системы не обязательно обладают
развитыми интерфейсами. Это зависит от степени отчуждаемости системы от
непосредственного пользователя. Создание же интеллектуального интерфейса, который
приводит к существенному перераспределению функций компонентов, необходимых
стр. 36 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
системам «человек-компьютер», обеспечивает управление информационным процессом и
компетентное принятие решения.
При интеллектуализации информационных систем возникают вопросы, касающиеся,
прежде всего, методики ситуационного взаимодействия пользователя с формальной моделью
прикладной среды. Если такие системы имеют широкое распространение и предназначены
именно для продажи на рынке программных продуктов, то они, несомненно, должны
обладать развитым интерфейсом.
Существующие в настоящее время методики взаимодействия рассчитаны на
усредненного пользователя и характеризуются, несмотря на расширяющиеся
вычислительные возможности, сокращением ресурсов в тактике системы. Если не продумать
возможности изменения компьютерной методики в зависимости от ситуации, а по-прежнему
сохранять ее в расчете на усредненного пользователя, можно не получить существующих
потенциальных возможностей от использования современных компьютерных технологий.
В центрах, известных разработкой новых интерфейсов (XEROX PARC, MIT Media
Lab, Apple Computer, Carnegie Mellon University), создаются разные концепции интерфейсов,
в частности, опирающиеся на возможности анимации. Для использования анимационного
интерфейса, вероятно, придется переходить к программам, управляемым временем. На
каждом такте работы такой программы заново строится изображение на экране, а события,
инициированные пользователем, например, ввод с клавиатуры, отрабатываются всего лишь
изменением состояния программы.
Теория интеллектуального интерфейса рассматривает два основных направления в
совершенствовании разработок. Первое направление ориентировано на проектирование
естественных для человека способов диалога с компьютером, основная цель которого
состоит в максимальном повышении сервиса в общении. Второе направление ориентировано
в большей степени на моделирование способов функционирования человеческого
интеллекта.
В традициях первого направления можно говорить о естественно-речевом
интерфейсе, компьютерном распознавании речи, общении на естественном языке. Второе
направление ориентировано на моделирование интерфейса, организацию пользовательской
ситуационной среды в поддержку принятия управленческих и хозяйственных решений.
Представители второго направления занимаются моделированием предметной области,
созданием модели интерфейса и когнитивной связи с информационной системой.
Приведенные ориентации предполагают постепенное взаимопроникновение
указанных направлений. Так, нельзя говорить о естественно-речевом интерфейсе в отрыве от
естественно-интеллектуальных
способов
формирования
различных
ситуаций,
складывающихся во взаимодействии пользователя и информационной системы.
При интеллектуализации информационных систем возникают и другие вопросы,
требующие дополнительной проработки. Это вопросы, касающиеся, прежде всего, методики
ситуационного взаимодействия пользователя с формальной моделью прикладной среды.
Прикладной комплекс интеллектуального интерфейса представляет собой
совокупность аппаратно-программных средств, выполняющих исполнительную функцию
эффективного решения задач управления. К ним относятся программы, осуществляющие
любые вычисления, поиск информации в базах знаний, логические выводы и др. В качестве
аппаратных средств могут быть использованы имеющаяся на сегодняшний день и
разрабатываемая на ближайшую перспективу компьютерная и специальная техника.
Интерфейс будущего - это интерфейс, который включает в себя, по крайней мере,
один новый метод взаимодействия, не присущий классическим средствам общения, таким
как меню и пиктограммы. Он должен включать действующие в параллель сенсорные каналы,
коммуникации с помощью естественного языка - и все это в среде многих пользователей. В
качестве примера взаимодействия можно упомянуть распознаватели жестов, основанные на
технике рисования пером. Хотя, в принципе, распознавание речи может использоваться для
подачи команд и вообще для неограниченного текстового ввода.
стр. 37 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
И привлекательность, и трудность реализации распознавания жестикуляции и
речевого ввода определяются тем, что при этом очень нелегко производить разбивку на
значимые компоненты и однозначно выделять такие компоненты, как глагол,
существительное и их модификаторы. В настоящее время создан интерфейс, который
полностью полагается на ввод геометрических эскизов и команд вручную и имеет словарь,
включающий несколько десятков жестов.
Тактильные пользовательские интерфейсы, или интерфейсы, построенные на
осязании, - мало исследованная область. Аппаратура, основанная на тактильных ощущениях,
появилась совсем недавно. Тактильные устройства, в отличие от других интерактивных
устройств, способны как «чувствовать», так и передавать информацию.
Учитывая непрерывный прогресс в технологии панельных дисплеев и проекторов,
можно ожидать появления чрезвычайно мощных и универсальных компьютеров,
сверхминиатюрных или очень больших «проекционных» дисплейных устройств, а также
легких и доставляющих минимум неудобств шлемов-дисплеев для виртуальной и
расширенной реальности. Погружаясь в расширенную реальность, пользователь может
видеть сгенерированную компьютером информацию, наложенную на образы реального мира
через оптическое или видео-смешивание, что обеспечивает, к примеру, встроенные
аннотации или восприятие в рентгеновских лучах.
В настоящее время стоит вопрос о необходимости разрабатывать системы управления
с развитой компонентой взаимодействия, с помощью аппаратно-программных средств
которой можно было бы постоянно держать в курсе событий пользователей систем
(менеджеров, их партнеров и др.), принимающих решения в условиях децентрализации.
Такие управленческие системы должны обеспечивать конкретных партнеров необходимой
прямой и обратной связью друг с другом в едином информационном пространстве для
активизации производственно-хозяйственной и финансовой деятельности компаний.
В настоящее время существует тенденция использования Internet в основном лишь в
качестве информационной системы. Поэтому закономерно, что почти все современные
сервисы Internet нацелены на работу исключительно с документами и файлами. Электронная
почта, телеконференции, ftp - вот далеко неполный перечень популярнейших сервисов,
основное предназначение которых поставка пользователю информации от удаленных
источников. World Wide Web сейчас также, главным образом, служит для обращения к
информационным ресурсам, и подавляющее большинство из 30000 известных Web-серверов
не может предложить ничего иного, кроме гипермедийной Home Page, по сути являющейся
интерактивной книгой.
В тоже время фактически неиспользуемыми остаются вычислительные мощности
Internet. Только немногие, посвященные в адреса, пароли, методы доступа, имеют
возможность соединяться с высокопроизводительными суперкомпьютерами и решать на них
свои задачи. При этом говорить о каком-либо интуитивном пользовательском интерфейсе бесполезно: каждый сервер живет по своим собственным законам. Кроме того,
суперкомпьютеры чаще всего и не подозревают о существовании друг друга, а потому одни
из них денно и нощно заняты работой, другие же простаивают часами в дежурном режиме,
хотя могли бы, взяв часть задач на себя, способствовать скорейшему удовлетворению
пользователей.
В такой ситуации появление некоторой интеллектуальной системы использования
вычислительных мощностей Internet просто необходимо. Но что она должна из себя
представлять? Каковы основные критерии ее построения? Как пользователь будет c ней
работать? Ответы на эти вопросы не могут быть однозначными. Поэтому не претендуя на
истину, свой подход к решению проблемы я постараюсь изложить ниже.
Прежде всего, следует отметить, что предлагаемая система не может представлять из
себя монокомпьютерного ПО. В любом случае будет как минимум две принципиально
различных части: программа-клиент и программа-сервер. Возможно, обе части окажутся
установлены на один компьютер, но это лишь означает, что данную машину станет
стр. 38 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
возможно использовать и как терминал, и как суперкомпьютер. В принципе реально
создание ПО, выполняющего одновременно функции клиента и сервера. Однако, мне
кажется, такой подход не рационален и все равно произведет на свет некий симбиоз тех же
клиента и сервера под одной крышкой. Таким образом, первый критерий построения
интеллектуальной системы использования вычислительных мощностей сформулирован:
работа по технологии клиент-сервер.
Основной задачей клиента будет являться взаимодействие с пользователем,
выяснение его потребностей и желаний, а затем поиск в Internet ресурсов для решения
поставленной задачи. При этом программа-клиент должна иметь возможность
взаимодействия с наиболее популярными в настоящее время броузерами WWW (например,
Netscape Navigator, Mosaic). Это принципиально важно, поскольку необходимость сделать
некоторые вычисления на удаленном компьютере, не должна принуждать пользователя к
отказу от привычного средства навигации в Internet. По моему мнению, только единообразие
сетевых операций способно сделать работу в Internet легкой и вседоступной.
Главными обязанностями программы-сервера станут расшифровка запроса клиента,
оценка трудоемкости работы, а затем выполнение ее или переадресовка соседу, способному
справится с задачей в более короткий промежуток времени. Плюс к этому, возможно, сервер
должен будет содержать справочную систему по всем доступным вычис-лительным
мощностям Internet, чтобы в момент определения места для размещения заказа, клиент мог
обратиться к ближайшему суперкомпьютеру и получить всю интересующую информацию.
Второй критерий построения описываемой системы заключается, с моей точки
зрения, в применении объектно-ориентированного подхода. О преимуществах такого
подхода долго распространятся не буду, скажу лишь, что объектно-ориентированные
системы в настоящее время стали de facto стандартом в области проектирования сложных
систем. Более подробно на эту тему можно прочитать в классическом труде Гради Буча
"Объектно-ориентированное проектирование".
Относительно же того, как данный подход может быть применен в нашем
конкретном случае, пока реально сказать лишь несколько общих слов. Во-первых, я уверен,
что обмен информацией между клиентской и серверной частями будет представлять собой
обмен объектами. Вопрос о структуре таких объектов, вероятно, еще долго останется
открытым, но то, что клиент станет генерировать объекты-запросы, а сервер с ними работать
и потом возвращать объекты-ответы - несомненно. Во-вторых, скорее всего, при создании
системы будет использован некоторый специализированный язык для написания сетевых
приложений Internet, скажем Java. А он полностью объектно-ориентированный. Поэтому
конструкции программы-клиента и программы-сервера тоже будут полностью объектноориентированными.
В качестве третьего критерия, мне видится требование максимально возможной
простоты пользовательского интерфейса. То есть интерфейс должен быть интуитивным и
если ожидать изучения со стороны пользователя, то минимального и , главное,
нетрудоемкого. Как же я представляю себе такой интерфейс?
Прежде всего, он должен иметь двоякую суть, т.е. предоставлять пользователю два
способа работы с системой. Первый интерфейс - скрытый, фактически ничего кроме панелей
настройки визуально не представляющий. Основная его задача обеспечивать по запросу
пользователя обработку данных для локальных приложений на удаленных серверах. На
практике это означает, что если оказывается быстрее и экономичнее воспользоваться
вычислительными мощностями Internet, то так и происходит. Скажем, рендирование
некоторого сложного 3D изображения проводится не на PC за сутки, а на Selicon Graphics за
несколько минут. Первый интерфейс не заставляет пользователя изучать какие-либо новые
способы ввода данных, взаимодействия с сетью и т.п. Он чрезвычайно прост в освоении,
хотя и накладывает определенные ограничения на формулировку заданий, поскольку те
плотно связаны с конкретными приложениями.
Второй интерфейс должен служить для расширения возможностей применения
стр. 39 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
вычислительных мощностей Internet. С его помощью пользователь сможет запросить
проведение сколь угодно изощренных расчетов и получить ответ в удобной для себя форме.
Здесь я позволю себе высказать одно предложение по организации такого интерфейса.
Известно, что для проведения вычислений нужны данные и оператор(или функция),
который требуется к ним применить, а результат появляется в виде некоторого множества
значений, т.е. опять же данных. Отсюда вытекает, что для упрощения процедур работы с
вычислительными задачами, требуется визуализировать эти две основные составляющие:
данные и оператор. Исходный объект данных вполне можно представить на экране
компьютера иконкой, оператор - стрелкой ведущей к другой иконке, представляющей собой
результат. Ничто не мешает применить на результат другой оператор-стрелку, получив в
конце концов следующий результат. Этот процесс можно продолжать, строя таким образом
граф, узлами которого являются данные (исходные, промежуточные, результирующие), а
ребрами - операторы. При этом из каждого узла может исходить не единственное ребро, что
означает, применение на одни и те же данные нескольких операторов. В этом случае
количество результирующих множеств равно количеству ветвлений +1. Поставка исходных
данных лежит исключительно на пользователе, программа-клиент лишь должна оказать
посильную помощь при помещении их в объект-данные. Операторы большей частью будут
входить в библиотеку программы-клиента и представлять собой стандартные
математические функции. С другой стороны не обойтись без специального конструктора
операторов, позволяющего пользователю изготавливать какие-угодно функции.
Результирующее множество будет храниться в некотором универсальном формате, из
которого оно сможет быть легко преобразовано для каких-либо утилитарных нужд. Так,
например, в систему должно быть встроено устройство визуализации результата, поскольку
построение графика, чаще всего то, что может дать лучшее представление о полученном
решении.
Таким образом, вот три основных критерия построения интеллектуальной системы
использования вычислительных мощностей: работа по технологии клиент/сервер, объектноориентированный подход к проектированию и требование интуитивности интерфейса.
Возможно, при последующей более глубокой разработке темы, удастся сформулировать еще
несколько критериев, а пока я хочу перейти к другому важному аспекту разработки системы,
к оценке уровня необходимой интеллектуальности данного ПО.
Что должна уметь делать программа-клиент? Прежде всего понимать, чего хочет
пользователь и помогать ему формулировать свои требования. Для этого ей необходимо
располагать аппаратом проверки корректности постановки задачи и средством
информирования об ошибках и неоднозначностях. Возможно, программа-клиент должна
самостоятельно исправлять наиболее типичные ошибки и давать пользователю ненавязчивые
советы по ходу работы. Во-вторых, у программы-клиента необходимо наличие системы
оценки трудоемкости выполнения вычислений. Ведь, может быть, вовсе и не нужно
подключение удаленных суперкомпьютеров, а задача прекрасно решается и локальными
средствами. В-третьих, программа-клиент должна уметь ориентироваться в Internet и
понимать куда и с какой задачей обращаться. Скажем, не пытаться разместить комплекс
вычислений с плавающей точкой на компьютере, который не оптимизирован для
выполнения именно такого рода расчетов.
Программа-сервер тоже должна быть достаточно интеллектуальной. И поскольку
одной из ее задач является проблема распределенных вычислений, то именно она обязана
принимать решение о переадресации объекта-запроса. Что при этом будет учитываться,
сейчас сказать сложно, но вероятнее всего значительное влияние окажут длина очереди
запросов, пропускная способность каналов связи, наличие свободных от работы
суперкомпьютеров и т.п. Вторая грань интеллекта программы-сервера касается расчета
оптимальности загрузки. Необходимость этого продиктована требованием по расстановки
приоритетов в решении задач. Например, если вычисление 1 может быть сделано за 20
минут, а вычисление 2 за минуту, то может быть временно прервать обработку вычисления
стр. 40 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
1, провести вычисление 2, а потом закончить первое?
В заключение хочется сказать несколько слов о перспективах использования
вычислительных мощностей Internet. На мой взгляд они огромные. Прежде всего это связано
с наметившейся в настоящее время тенденцией создания портативных дешевых сетевых
компьютеров. Ведь сейчас все возвращаются к идее централизованных данных и
приложений, исполняемых дистанционно машинами, гораздо больше похожими на
интеллектуальные терминалы. То есть появление механизма взаимодействия между
суперкомпьютером и удаленным пользователем просто необходимо. Моя концепция как раз
касается основных принципов такого взаимодействия, а потому может быть использована и
при создании ПО для интеллектуальных терминалов будущего.
ЛЕКЦИЯ 4
Тема: Системы аналитических преобразований
Назначение информационно-аналитических систем
Назначением любой современной информационно-аналитической системы (ИАС)
является обеспечение руководителей, аналитиков и менеджеров информацией о всех
аспектах деятельности компании для ее последующей оценки и анализа. В состав
информационно-аналитической системы обычно включаются следующие подсистемы:
-подсистема сбора и хранения корпоративных данных, решающая задачи по сбору и
фильтрации данных, накоплению и индексированию информации, обеспечивающая
возможность использования информации в аналитических целях, а также при поддержке
принятия решений на различных уровнях управления;
-подсистема доступа к данным, анализа и корпоративной отчетности, включающая в
себя модули, обеспечивающие доступ к данным и защиту конфиденциальной информации,
инструменты по поддержке принятия решений и оперативному анализу информации,
средства корпоративной отчетности и визуализации данных.
Первая подсистема традиционно базируется на технологии оперативной обработки
транзакций OLTP (On-Line Transaction Processing). В основе второй лежит концепция
хранилищ данных (Data Warehouse).
Хранилища данных содержат непротиворечивые консолидированные исторические
данные предприятия, отражающие его деятельность за достаточно продолжительный период
времени, а также данные о внешней среде его функционирования.
Часто, наряду с общим хранилищем данных предприятия, используют витрины
данных (Data Mart), представляющие собой специализированные аналитические базы
данных по конкретному подразделению или аспекту деятельности предприятия. В
соответствии с этим хранилище данных может иметь как двухуровневую (источники данных
- хранилище данных), так и трехуровневую (источники данных - общее хранилище данных специализированные аналитические базы данных) архитектуру.
Другими словами, хранилище данных определяется как “предметно-ориентированная,
интегрированная, зависимая от времени, некорректируемая коллекция данных,
предназначенная для поддержки принятия управленческих решений”.
Основной целью создания информационно-аналитических систем является
перемещение информационного базиса компании из аморфной среды в структурированную,
развивающуюся в соответствии с заранее намеченным планом, являющуюся источником
информации, отвечающей насущным потребностям бизнеса. Создание и наполнение такой
среды является первым шагом на пути к архитектуре корпоративных данных
(информационной архитектуре), способной удовлетворять информационные потребности
бизнеса.
Информационно-аналитические системы предназначены, прежде всего, для
работников управления, они объединяет, анализирует и хранит как единое целое
информацию, извлекаемую как из операционных баз данных, так и из внешних источников.
Входящие в состав информационно-аналитических систем хранилища данных обеспечивают
преобразование больших объемов сильно детализированных данных в управляемые и
стр. 41 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
выверяемые обзорные отчеты, которые могут быть использованы работниками управления
для принятия обоснованных решений. Информационно-аналитические системы являются
сегодня инструментом для всех руководителей, столь же настоятельно необходимым, как и
транзакционные системы, которые эффективно регистрируют операционную активность
организации.
Информационно-аналитическая система, как правило, базируется на хранилище
данных, которое:
-является базой данных, предназначенной только для чтения;
-обновляется из операционных деловых систем на периодической основе;
-предлагает единый подход к именованию и хранению данных, причем не имеет
значения, как организованы данные в источниках;
-разрабатывается для поддержки управленческих нужд, а не для транзакционной
обработки.
Хранилище данных предлагает среду накопления данных, оптимизированную для
выполнения сложных аналитических запросов управленческого персонала. Эти запросы
могут быть достаточно индивидуальны для каждого подразделения и даже отдельного
руководителя.
Хранилище данных автоматически собирает операционные данные, согласовывая их
и объединяя в предметно-ориентированный формат, который нужен работникам управления.
Данные в хранилище данных не предназначены для модификации.
Предметная ориентация хранилищ данных означает, что данные объединены в
категории и хранятся в соответствии с теми областями, которые они описывают, а не с
приложениями, в которых они используются.
Интегрированность хранилищ данных подразумевает, что при переносе в хранилище
данных, принадлежащих различным источникам, кодирование которых обычно не совпадает,
эти данные согласуются по существующей системе наименований. Интегрированность
определяет данные сразу таким образом, чтобы они удовлетворяли требованиям всего
предприятия (в его развитии), а не единственной функции бизнеса. Тем самым, хранилище
данных гарантирует, что одинаковые отчеты, сгенерированные для разных аналитиков будут
содержать одинаковые результаты.
Некорректируемость хранилищ данных заключается в том, что хранилище данных
само только считывает данные, оно не создает данные (они поступают от операционных или
внешних источников), не корректирует их и не удаляет. Целостность данных обеспечивает
концепцию единого источника достоверной информации в организации.
Зависимость от времени данных в хранилищах подразумевает, что хранилище данных
предназначено для анализа данных во времени, например, чтобы их можно было
использовать для сравнений, идентификации трендов и прогнозов. Важно знать не только
значения данных, но и время их появления. Кроме того, данные в хранилище данных должны
быть согласованы во времени. Нельзя допустить, чтобы данные из различных источников
считывались по состоянию на разные моменты времени.
Направленность хранилищ данных на потребности управления гарантирует
правильное использование хранилища данных для анализа и поддержки принятия решений, а
не для обработки транзакций.
Хранилище данных содержит данные, извлеченные из систем оперативной работы, и
физически отличается от обычных баз данных организации. Хранилище данных
обеспечивает среду накопления данных, которая не только надежна, но также
оптимизирована по доступу к данным и манипулированию ими.
Наиболее важное отличие между хранилищем данных и традиционными базами
данных заключается в методах суммаризации данных, а также в использовании словаря
метаданных для описания и управления этими данными. Осуществление суммаризации в
громадной степени уменьшает объем данных и увеличивает скорость доступа. В то же самое
время, это позволяет пользователям быстро получить обзор ситуации, чтобы затем детально
стр. 42 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
посмотреть на нужный предмет. Суммаризация также обеспечивает эффективный механизм
повышения секретности между данными разных уровней агрегации, описанными в словаре
метаданных.
Хранилище данных дополняет и расширяет функции систем оперативной работы без
отрицательного воздействия на них. Более того, хорошо организованное хранилище данных
также оптимизирует существующие инвестиции компании в данные и оборудование.
Несмотря на обилие данных, возможностей их сбора и хранения, компании до сих пор
испытывают существенный недостаток в информации, необходимой для стратегического и
оперативного управления своей деятельностью. Существующие системы сбора и обработки
корпоративных данных в принципе не пригодны для использования в многоплановом
процессе принятия управленческих решений.
Согласно опросу, проведенному консалтинговой группой META Group, существует
несколько основных причин, по которым компании применяют технологии хранилищ
данных:
-возможность принятия высокоэффективных решений;
-повышение качества деловой информации;
-улучшение услуг для клиентов;
-поддержка стратегического планирования;
-общая реорганизация бизнес-процесса.
В условиях быстро меняющегося рынка, нестабильной политической обстановки,
ужесточающейся конкуренции новые требования предъявляются к актуальности деловой
информации и ее достоверности. В результате развития горизонтальных связей и
делегирования полномочий вниз все больше требуется оперативный анализ ситуации, все
большее значение приобретают тактические решения.
В этой ситуации промышленный процесс производства информации должен
укладываться в жесткие временные рамки. Именно хранилище данных может и должно
обеспечить требуемые временные характеристики. После того, как традиционная система
обработки данных реализована и начинает функционировать, она становится ровно таким же
самостоятельным объектом, как и любой производственный процесс. В этом смысле данные
обладают ровно теми же свойствами и характеристиками, что и любой промышленный
продукт: сроком годности, местом складирования (хранения), совместимостью с данными из
других производств, рыночной стоимостью, транспортабельностью, комплектностью,
ремонтопригодностью и т.д.
Именно с этой точки зрения рассматриваются данные в хранилище данных.
Предметом рассмотрения являются не способы описания и отображения объектов
предметной области, а собственно данные, как самостоятельный объект предметной области,
порожденный в результате функционирования ранее созданных систем оперативной
обработки данных.
Сегодня можно говорить о том, что появление концепции хранилища данных
послужило серьёзным стимулом для развития внутренней архитектуры современных систем
управления базами данных (СУБД), их программного окружения, инструментальных средств
конечного пользователя, различных межкорпоративных стандартов.
Среди особенностей разработки хранилищ данных, прежде всего, выделяется
проблема обеспечения защиты данных. Хранилища данных представляют собой
совокупность конфиденциальной информации, собранной со всего предприятия. Доступ к
ней конкурентов в той или иной форме может привести к существенным потерям для
компании. Проблемы могут возникать даже вследствие доступа к «чужой» информации
сотрудниками компании, когда сотрудники одного подразделения, например, получают
доступ к внутренней информации другого подразделения. Решение этой проблемы не всегда
возможно на уровне администрирования доступа в СУБД, так как требует разделения
доступа на уровне отдельных строк. В результате проблемы обеспечения
конфиденциальности должны решаться на уровне разрабатываемых приложений.
стр. 43 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Традиционная проблема создания хранилищ данных - обеспечение требуемого объема
хранения данных. Согласно данным консалтинговой группы META Group, уже сегодня,
около половины организаций планируют хранилища объемом в сотни гигабайт. При этом
следует помнить, что объем необходимого дискового пространства может в несколько раз
(до десяти) превышать объеме хранимых данных (и этот коэффициент растет с ростом
объема хранимых данных).
Наиболее распространённой на сегодня ошибкой, является попытка найти в
концепции хранилища данных некий законченный рецепт реализации информационной
аналитической системы. Тем более, это не некий готовый программный продукт или некое
готовое универсальное решение. В этом смысле, интересна и показательна оценка компании
Butler Group Co. структуры затрат на реализацию хранилища данных, по которой до 50% от
стоимости системы составляет стоимость консалтинга и лишь оставшиеся 50% является
стоимость аппаратных, сетевых и программных компонент.
Эффект от правильной организации, стратегического и оперативного планирования
развития бизнеса трудно заранее оценить в цифрах, но очевидно, что он в десятки и даже
сотни раз может превзойти затраты на реализацию таких систем. Однако не следует и
заблуждаться. Эффект обеспечивает не сама система, а люди с ней работающие. Поэтому не
совсем корректны декларации типа: “Хранилище данных будет помогать менеджеру
принимать правильные решения”. Современные аналитические системы не являются
системами искусственного интеллекта и они не могут ни помочь, ни помешать в принятии
решения. Их цель своевременно обеспечить менеджера всей информацией, необходимой для
принятия решения. А какая информация будет запрошена и какое решение будет принято на
её основе, зависит только от конкретного человека.
Экономический
эффект,
обеспечиваемый
информационно-аналитическими
системами, существенно превышает эффект от традиционных оперативных систем. Однако
стоимость аналитических систем, базирующихся на хранилищах данных, остается
достаточно высокой, поскольку методологии и технологии реализации таких систем
находятся ещё в стадии становления. В этой связи необходимо подчеркнуть, что
непременным условием успеха проекта создания информационно-аналитической системы
является наличие соответствующей технологии, регламентирующей весь жизненный цикл ее.
Необходимость создания информационно-аналитической системы на базе хранилища
данных
информационный аналитический функциональный
В системах, используемых для автоматизации бизнес-процессов современных
компаний, реализуются два следующих основных подхода:
-подход, основанный на OLTP-технологии оперативной обработки транзакций
(соответствующие системы также называют автоматизированными системами обработки
данных или транзакциоными системами);
-подход, основанный концепции хранилищ данных.
Опережающее развитие OLTP-технологий характерно как для всей отрасли
информационных технологий, так и для конкретного предприятия, развивающего
собственную автоматизацию. Это связано с тем, что транзакционные системы, во-первых,
позволяют навести порядок именно в процессах повседневной рутинной обработки
(переработки) данных, что является первоочередной задачей автоматизации, а, во-вторых,
именно они являются, по сути, источниками данных для аналитических систем. Однако, если
развитие технологии хранилищ данных запаздывает, возникает парадоксальная ситуация,
при которой на предприятии накоплены большие архивы исторических данных, но
использовать их для решения конкретных аналитических задач невозможно. Дело в том, что
на достаточно большом предприятии (корпорации), как правило, используется несколько, а
иногда и достаточно много информационных систем. Данные в системах могут быть
структурированы различным образом. Они плохо стыкуются между собой. Их трудно
интегрировать. Другой причиной сложности использования этих данных для анализа
стр. 44 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
является то, что используемые в них структуры данных формируются для оптимального
выполнения операций ввода и редактирования данных. Операции поиска данных по
сложным критериям и их агрегации при этом нередко требуют большого времени и, что еще
хуже, тормозят работу операторов, осуществляющих ввод и редактирование оперативных
данных. Поэтому, например, операции формирования отчетов традиционно выполняются в
таких системах в то время, когда оперативная нагрузка на системы снижается, то есть, чаще
всего, ночью.
Чтобы упростить решение указанных выше проблем, создаются корпоративные
хранилища данных. Хранилища данных содержат выверенную и согласованную
информацию, предназначенную для использования в информационно-аналитических
системах и системах поддержки принятия решений. Информация в них хранится в
специальной форме, удобной для быстрого выполнения различных запросов, позволяющих
предоставлять данные в различных разрезах с различной степенью агрегации. Эти данные
могут быть востребованы непосредственно, а также могут использоваться для реализации
нескольких витрин данных, представляющих собой, по сути, специализированные
аналитические базы данных для решения конкретных задач, например, поддерживающие
прогнозирование спроса, планирование производства или анализ издержек.
Составные части информационно-аналитических систем
Создание информационно-аналитической системы всегда направлено на решение
задач управления во всех его аспектах - управления финансовыми, кадровыми, техническими
ресурсами и т.д. Поэтому, в конечном счете, отдача от внедрения информационноаналитической системы будет состоять в резком повышении эффективности управления:
оперативного принятия сбалансированных решений, возможности долговременного
планирования и прогнозирования и т.д. Эффективность управления достигается, в том числе,
и за счет существенного возрастания обоснованности принятых решений на основе больших
выборок точных данных и огромного аналитического аппарата.
Следует подчеркнуть, что информационно-аналитическая система - это не готовый
продукт или семейство продуктов. Успех реализации информационно-аналитической
системы зависит от правильного выбора и максимально тесной интеграции используемых
для его реализации средств.
Типовыми компонентами информационно-аналитических систем на основе хранилищ
данных являются:
-автоматизированные и информационные OLTP-системы, которые рассматриваются
как источники данных для хранилища данных;
-средства извлечения, преобразования, согласования и транспортировки данных;
-средства моделирования, используемые для подготовки информационной модели,
описывающей существующие структуры данных в источниках их получения (оперативных
базах, архивах и т.д.); правила, процедуры и периодичность их выборки, согласования и
агрегации, целевые структуры данных в хранилище данных; процедуры формирования
регламентов выборки и представления данных;
-репозиторий, используемый для хранения описаний моделей данных и метаданных;
-средства реализации баз данных хранилища данных;
-инструментальные средства реализации регламентированных процедур выборки и
представления данных (регламентированные запросы);
-инструментальные средства конечного пользователя, предназначенные для
формирования нерегламентированных запросов, выполняемых в пакетном режиме;
-инструментальные средства конечного пользователя, предназначенные для
формирования нерегламентированных запросов, выполняемых в оперативном режиме.
Функциональная модель информационно-аналитической системы
Функциональная модель информационно-аналитической системы, базирующейся на
хранилище данных (см. рисунок), включает следующие основные компоненты:
-операционные данные в существующих источниках данных (файлах, базах данных,
стр. 45 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
внешних источниках информации);
-процессы доступа, извлечения, очистки, преобразования, интеграции, суммаризации,
объединения, и загрузки операционных данных;
-метаданные;
-процессы управления накоплением данных и сопровождения метаданных;
-процессы доставки аналитических данных конечным пользователям;
-процессы исследования и анализа данных;
-аналитические данные в базе данных информационного хранилища.
Рисунок - Функциональная модель информационно-аналитической системы
Источники данных
В качестве источников данных для информационно-аналитической системы
выступают операционные данные, то есть данные, обрабатываемые существующими
автоматизированными системами. Эти системы собирают огромные количества
детализированных данных, необходимых для ежедневной работы. Можно выделить
следующие характеристики операционных данных:
-данные хранятся в сложных структурах, для осуществления доступа к которым часто
требуется использование специализированных программных инструментов;
-данные структурируются для оптимизации производительности и хранения, а не для
нестандартных запросов или аналитических отчетов;
-данные распределены между различными доставшимися по наследству
разнородными системами, разработанными в разное время;
-при разработке информационных систем применялись различные технологии
хранения данных, которые не могут обеспечить быстрый и прозрачный доступ к ним;
-отсутствие единой стратегии в проектировании баз данных часто приводит к тому,
что на каждом отрезке времени принимаются различные обозначения для одних и тех же
элементов данных.
Модель метаданных
Принципиальной особенностью информационно-аналитических систем является
большая важность метаинформации при разработке, сопровождении и использовании
соответствующих систем.
Метаданные - это буквально данные о данных. Метаданные как таковые не несут
информации, но описывают атрибуты данных, содержащих сведения (например, не само имя
заказчика, а то, что поле «Имя заказчика» имеет длину 35 символов, состоит из заглавных и
строчных букв и связано с полем «Имя»). Метаданные размещаются в репозитории в форме
таблиц базы данных, и их сопровождение осуществляется централизовано. Их назначение контроль непротиворечивости атрибутов данных в процессе функционирования системы и
облегчение управления данными путем корректировки атрибутов централизованно в одном
месте. При этом результаты корректировки будут автоматически распространены на все
необходимые приложения.
Первой задачей, с которой приходится сталкиваться при проектировании и
реализации
информационно-аналитической
системы,
является
необходимость
одновременной работы с самыми разнородными внешними источниками данных,
несогласованностью их структур и форматов, масштабами и количеством архивов, которые
должны быть переработаны и загружены. И при построении такой системы, разработчику
сложно обойтись без высокоуровневых средств описания информационной модели системы.
Причем эта модель должна содержать описания не только целевых структур данных в базе
данных хранилища данных, но и структур данных в источниках их получения (различных
информационных системах, архивах, электронных справочниках и т.д.), правила, процедуры
и периодичность их выборки и выгрузки, процедуры и места согласования и агрегации.
Если в OLTP-системах метаданные важны прежде всего для разработчиков, в
существенно меньшей степени - для администраторов систем и баз данных, и практически не
стр. 46 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
важны для конечных пользователей, для которых эти системы, собственно и создаются, то в
хранилищах данных эти данные важны для пользователя не в меньшей степени, чем для
разработчика.
Наличие метаданных и средств их представления конечным пользователям является
одним из основополагающих факторов успешной реализации хранилища данных. Более того,
без наличия актуальных, максимально полных и легко понимаемых пользователем описаний
данных, хранилище данных превращается в обычный, но очень дорогостоящий электронный
архив.
В совокупности метаданные нужны трем категориям пользователей информационноаналитических систем: системным администраторам, разработчикам и конечным
пользователям.
Системные администраторы - категория специалистов, основной задачей которых
является поддержание хранилища данных в актуальном рабочем состоянии. Их, как правило,
интересует не семантика данных, а способы их физического представления и организации.
Администратор обычно не работает с конкретными значениями данных, не занимается
написанием новых и модернизацией уже существующих прикладных программ. И хотя
потребность в наличии и доступности метаданных у этой категории специалистов высока, их
обычно вполне устраивают ограниченные описания данных, содержащиеся в традиционных
справочниках баз данных. Даже, несмотря на то, что структура описаний в таких
справочниках достаточно сложна для понимания, это также не вызывает особых нареканий.
Число администраторов обычно невелико и они, как правило, обладают достаточной
квалификацией и опытом работы.
Разработчики - категория специалистов ответственных за разработку и дальнейшее
развитие информационно-аналитической системы. Метаданные для разработчиков
информационно-аналитической
системы
характеризуются
значительно
большей
изменчивостью, чем метаданные транзакционных систем. Это связано как с необходимостью
реагировать на все возможные изменения в информационной архитектуре предприятия
(появление новых источников информации, например, новых OLTP-систем, либо изменение
структуры данных, предоставляемых этими системами), так и с необходимостью реагировать
на новые вызовы - решать новые задачи, встающие перед предприятием. Еще одной
причиной изменчивости метаданных является освоение пользователями инструментальных
средств и понимание возможности их использования в тех задачах, для решения которых они
изначально не предполагались. В процессе эксплуатации хранилищ данных вносимые
изменения в прикладные программы и в структуры данных приводят к тому, что описания
данных, сформированные в процессе разработки, перестают соответствовать реальности.
Поэтому при модификации (модернизации) приложений и хранилища данных необходимо
помнить и о параллельной модификации метаданных.
Конечные пользователи - это наиболее массовый слой специалистов работающих с
информационно-аналитической системой. Именно они, в конечном счете, являются
основными заказчиками и пользователями системы. Метаданные на уровне конечного
пользователя в явном виде представляют описание данных в хранилище в терминах
предметной области.
Для конечного пользователя база метаданных является тем же самым, что и
путеводитель для туриста, попавшего в незнакомый город. Прежде чем сформулировать свой
вопрос к системе, пользователь должен понять, какая информация в ней есть, её
актуальность, насколько ей можно доверять и даже, сколько времени может занять
формирование ответа. Поэтому, для конечного пользователя крайне важно и желательно,
чтобы в системе содержались не только описания собственно структур данных, их
взаимосвязей, предвычисленных уровней агрегации, но и следующая информация:
-Описания источников получения данных. Пользователю, осуществляющему анализ
данных, желательно не просто знать о том, какие данные есть в системе, но и источники их
получения, и степень их достоверности. Например, одна и та же информация может попасть
стр. 47 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
в хранилище данных из различных источников. В этом случае, пользователь должен иметь
возможность узнать, какой источник был выбран в качестве основного, и каким образом
выполнялись согласование и очистка исходных данных;
-Описание периодичности обновления. Пользователю желательно не просто знать,
какому моменту времени соответствуют те или иные данные, но и когда они будут
обновлены;
-Описание собственников данных. В отличие от традиционных автоматизированных
систем обработки данных (АСОД), где пользователь видит только то, что ему разрешено,
здесь пользователю будет полезно знать, какие еще данные есть в системе, кто является их
собственником и какие шаги он должен предпринять, чтобы получить к ним доступ;
-Статистические оценки запросов. Еще до выполнения запроса пользователю
желательно иметь хотя бы приблизительную оценку времени, которое потребуется для
получения ответа, и представлять, каков будет объем этого ответа.
Для метаданных используется несколько уровней описания. Таблица 2 содержит
описание уровней метаданных информационно-аналитической системы.
Проектирование информационно-аналитической системы должно проводиться не в
интересах хранения всей доступной информации, а в интересах обеспечения бизнеспроцессов компании необходимой информацией. Модель метаданных отражает потребности
бизнес-процессов в информации и структурирована в соответствии с их структурой,
охватывая при этом всю компанию. Она предоставляет каркас для разработки структур
данных корпоративного уровня, обеспечивающих возможность совместного доступа к
информации для бизнес-приложений, и служит инструментом для понимания и
распределения корпоративных информационных ресурсов по основным направлениям
бизнеса компании. При этом верхний уровень модели определяет высокоуровневые типы
данных (с упором на выделение информации, необходимой для поддержки бизнеса в
терминах предметной области), а нижний - содержит бизнес-определения элементов данных,
важных и повсеместно применяемых в компании.
Особо следует отметить, что все изменения в бизнес-процессах и поддерживающих их
OLTP-системах отражаются в метаданных хранилища данных. Это позволяет легко и
эффективно вносить корректировки в хранилище данных и, в целом, обеспечить
соответствие текущего состояния бизнеса и хранилища данных.
Типичной проблемой проектирования информационно-аналитических систем
является отсутствие в компании единой терминологии для предметной области, отсутствие
единых справочников и классификаторов. В такой ситуации важно совместить разработку
хранилища данных с выработкой единой терминологии. Разумеется, выработка
терминологии является задачей, которую должны решать не разработчики, а
непосредственные участники бизнес-процессов. В силу этого участие заказчика в проектах
создания информационно-аналитических систем должно быть более объемным и более
активным, чем в других проектах автоматизации предприятия. Рекомендуется, в частности,
привлекать пользователей к формированию единой терминологии и описаний данных,
хранимых в системе, в форме, понятной пользователям. После этого сформированное
будущими пользователями описание данных используется техническими специалистами при
разработке системы.
Такой подход позволяет действительно собирать в хранилище данные, необходимые
для повышения эффективности бизнес-процессов предприятия. Кроме того, сформированные
представителями пользователей описания хранимых данных позволяют создать на их основе
очень эффективные описания хранилища, с помощью которых новые пользователи, не
участвовавшие в ходе разработки, смогут быстрее освоить и существенно полнее
использовать потенциальные возможности хранилища.
Разработчики используют полученные в ходе таких предварительных обсуждений
описания данных при разработке структуры хранилищ и для решения других технических
задач. В результате удается, например, обеспечить синхронность данных, хранимых в
стр. 48 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
различных структурах для использования в различных приложениях.
В качестве инструмента для хранения таких описаний желательно использовать
единый репозиторий метаданных. Наличие такого репозитория также существенно упрощает
сопровождение хранилища и внесение необходимых изменений при изменении бизнеспроцессов. Доступность репозитория для пользователей гарантирует его корректность и
актуальность на протяжении всего жизненного цикла хранилища.
Модель метаданных формируется из набора взаимосвязанных моделей данных.
Модели данных включают в себя ER-модель и реляционную модель хранилища данных,
модель сбора данных, модель доступа к данным и модель администрирования. Модели
данных связываются между собой через правила отображения, поскольку компоненты в
одной модели данных являются производными по отношению к другой модели данных.
Основу модели метаданных хранилища данных составляют словари данных
источников информации и форматы данных. Это необходимо для их последующего
согласования, определения периодичности обновления данных и согласованности их во
времени.
Если источники данных расположены на разных платформах и обслуживаются
различными системами управления, то это также должно быть отражено в модели
метаданных. Задача построения модели метаданных в данном случае состоит в том, чтобы
возложить стандартизацию источников данных на хранилище данных.
Модель метаданных не предписывает шаги разработки информационноаналитической системы и не определяет требования к полному проекту перед началом
реализации. Модель метаданных - это рамки, которые позволяют организации начать с
небольшого проекта, основанного на специфических нуждах пользователей, определить
источники данных для поддержки этих нужд, и спроектировать небольшое хранилище
данных. Модель метаданных также гарантирует, что когда требования изменятся или когда
возникнут новые требования, они будут удовлетворены благодаря хорошо управляемой
архитектуре. Это гарантирует улучшенную интеграцию данных, а также максимальное
повторное использование данных.
При построении модели метаданных необходимо выполнить следующие шаги:
-определить специфические нужды использования информации;
-найти и представить соответствующие источники данных так, как они есть (без
преобразования), в виде модели источников данных;
-выбрать те элементы данных, которые имеют значение для целей складирования
данных;
-согласовать имена элементов данных;
-интегрировать и отобразить подобные или связанные источники данных в
предметные модели данных;
-интегрировать и отобразить предметные модели данных в консолидированную
глобальную модель данных;
-преобразовать и отобразить глобальную модель данных в модель хранилища данных,
добавив метки времени, производные элементы, декодировав, возможно денормализовав,
разбив на части.
Если существует необходимость большого числа преобразований, которые должны
быть выполнены над исходными данными, чтобы сделать их полезными и пригодными к
использованию (как это часто случается), легче решить эту задачу пошаговым способом.
Спроектированные элементы метаданных не всегда предполагают свою физическую
реализацию в базе данных.
Таким образом, модель метаданных - это иерархия моделей, каждая из которых
представляет либо исходные данные, либо складируемые данные, либо данные
пользователей. Между всеми компонентами поддерживаются связи типа "источникприемник" либо через механизм межуровневого взаимодействия, либо через процедуры
преобразования данных. Посредством сопровождения связей между моделями, таблицами и
стр. 49 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
столбцами (или элементами данных) возможно документировать правила извлечения и
преобразования или отображения между существующими источниками данных и
хранилищем данных, а также между хранилищем данных и представлениями пользователей.
Без сопровождения таких связей в модели метаданных управляемая, координируемая
эволюция хранилища данных будет затруднена из-за сложности и размеров множества
моделей.
Существует несколько важных факторов для успешной реализации модели
метаданных:
-существование команды хорошо обученных специалистов по моделированию
данных, а также продвинутых аналитиков предметной области;
-качественные модели исходных данных, хранилища данных и пользовательских
представлений;
-хорошо документированные отображения между ER-моделью и моделями сбора
данных, доступа к данным и администрирования;
-качественная пользовательская документация по моделям для облегчения доступа
пользователей к пользовательским представлениям и/или хранилищу данных;
-единый инструментальный комплекс для сбора значимых данных, создания моделей
данных, определения правил отображения между моделями, и генерации описаний базы
данных и программ преобразования.
Таким образом, полная модель метаданных состоит из моделей как операционных, так
и аналитических данных с межмодельными отображениями внутри и между операционными
и аналитическими данными. Все модели логически взаимосвязаны таким образом, чтобы
пользовательские представления были отображены в существующие данные в исходных
системах.
Система аналитических преобразований REDUCE.
Развитие вычислительной техники начиналось с потребности выполнения
арифметических действий. Вместе с тем известно, что компьютеры могут успешно
оперировать с математическими символами. Область вычислительной математики, связанная
с аналитическими преобразованиями и получившая название компьютерной алгебры, в
настоящее время развивается и получает широкое распространение в различных
направлениях науки и образования. Аналитические преобразования играют важную роль в
научных и практических исследованиях. Зачастую на их выполнение затрачивается
огромный труд. Существенную помощь здесь оказывают методы компьютерной алгебры.
Основным объектом, над которым производит действие компьютер, является аналитическое
(символьное) выражение, организованное и преобразуемое по заданным логическим
правилам.
Таким
образом,
стало
возможным
компьютерное
интегрирование
и
дифференцирование символьных выражений, перестановки и перегруппировки членов,
приведение подобных членов, подстановки в выражения с последующим их
преобразованием.
Очевидно, что известные системы программирования (Паскаль, СИ, Бейсик и т.п.)
мало пригодны для анализа и преобразования символьной информации. Для этих целей
созданы и развиваются специальные системы аналитических преобразований, которые
можно разделить на универсальные, специализированные и общего назначения. Наибольшей
популярностью пользуется универсальная система символьных вычислений REDUCE,
автором которой является профессор A.C.Hearn. Система Reduce написана на языке высокого
уровня ЛИСП.
Язык Reduce, составляющий ядро системы, трансляторы для которого разработаны
для всех распространенных типов ЭВМ, предназначен прежде всего для проведения
вычислений в аналитическом виде. Язык "знает" все операции алгебры с многочленами,
приведением подобных членов, раскрытием скобок; все базовые элементарные функции, в
том числе и в комплексной форме, ряд других функций; широкий набор операций над
стр. 50 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
матрицами, включающий как входящие в обычные вузовские программы, так и выходящие
за их пределы (например, функции от матриц); очень хорошо дифференцирует и несколько
хуже вычисляет первообразные (но все-же значительно лучше, чем большинство студентов,
изучивших стандартный курс интегрального исчисления); умеет делать и ряд других
действий.
Насколько это существенно для решения некоторых задач, показывает следующий
пример. В одной из диссертаций по физике магнитных явлений диссертант (дело было в
середине 50-х годов) потратил несколько лет на решение в принципе несложной задачи,
требовавшей, однако, проведения совершенно фантастического (для человека) количества
операторных коммутаций и последующего приведения подобных членов (вычислялись т.н.
моменты формы линии в теории магнитного резонанса). Каждое отдельное неразрывное
преобразование требовало, по-видимому, нескольких месяцев неустанной работы при
максимальной аккуратности и напряжении. Поручить же эту работу ЭВМ было невозможно,
т.к. в те времена языков аналитических преобразований в практически пригодном виде не
существовало. О независимой проверке работы не приходилось и думать, т.к. это
потребовало бы от другого человека не менее года работы. Примерно через 15 лет все эти
выкладки были проделаны на ЭВМ в системе Reduce за несколько дней; оказалось, что автор
диссертации почти все выкладки сделал безошибочно.
Разумеется, язык "умеет" производить и численные операции, причем его
арифметика имеет произвольную точность, не привязанную к способу представления чисел с
плавающей запятой в регистрах процессора и ячейках ОЗУ. Получить при вычислении 20
или 50 значащих цифр для Reduce вполне возможно.
В системе Reduce программа записывается и выполняется по предложениям, каждое
из которых представляет собой последовательность символов. Предложение завершается
одним из символов: ; (точка с запятой), # (кружок с черточками).
Если предложение оканчивается на ";", то результат его выполнения выводится на
экран дисплея или печатающее устройство. В случае знака #, вывод не происходит.
В системе Reduce каждая переменная имеет имя и значение. Если переменной не
присвоено какое-либо значение, то имя переменной является ее значением. В этом
заключается одно из принципиальных отличий подобных систем от традиционных языков
программирования.
Первоначально имя и значение переменной совпадают между собой, и такая
переменная называется свободной.
Запуск программы на выполнение в системе осуществляется комбинацией символов
(и).
Ниже приведем несколько примеров программ в системе Reduce, которые позволят
получить первоначальные представления о системах аналитических преобразований
символьной информации.
Комментарий: встроенный оператор DF используется для вычисления частных
производных по отношению к одной или нескольким переменным, первым аргументом в
скобках является дифференцируемое выражение, далее-аргументы по которым проводится
дифференцирование и числа, указывающие порядок производной.
Комментарий: оператор INT используется для вычисления интегралов, на первом
месте стоит интегрируемое алгебраическое выражение, на втором месте указывается
переменная интегрирования.
Итак, выше были приведены наиболее простые возможности системы Reduce.
Подробнее ознакомиться с работой подобных систем читателю рекомендуется по
специальным учебным пособиям и монографиям.
ЛЕКЦИЯ 6
Тема: Системы обработки и визуализации экспериментальных данных
стр. 51 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Обработка экспериментальных данных в Windows
По сравнению с текстовыми процессорами, сетями, настольными издательскими
системами, инженерным приложениям в компьютерной прессе уделяется крайне мало
внимания. Из всей гаммы таких систем только системы автоматизированного
проектирования удостаиваются нечастых упоминаний.
Между тем это лишь малая часть применений компьютеров в научной и инженерной
практике.
Огромная область использования компьютеров
анализ и обработка
экспериментальных данных. Круг потенциальных пользователей таких систем чрезвычайно
широк: их много и в промышленности, и в области фундаментальных исследований,
технических разработок, учебных заведениях. До сих пор основным инструментом тут
являются самописцы и осциллографы.
Надо отметить, что системы обработки и анализа экспериментальных данных делятся
на две большие группы: системы реального времени, предназначенные для быстрого
принятия решения (такие системы работают в комплексах АСУ, аварийного контроля и т. п.),
и системы, предназначенные для анализа и обработки предварительно собранных данных
(offline системы), которые мы и рассматриваем. А чтобы были понятны проблемы, опишем
несколько типичных примеров.
ПРИМЕР 1: СЕЙСМОЛОГИЯ
Исходные данные о колебаниях грунта регистрируются цифровыми сейсмостанциями
и характеризуются чрезвычайно большим объемом - он может составлять до нескольких
десятков мегабайт в сутки на одной станции, при этом могут анализироваться данные как с
одной станции, так и с трех, двадцати и даже ста. Данные могут собираться в течение
нескольких месяцев и даже лет. Сейсмостанции могут находиться в самых экзотических
местах: в горах, в тайге, на дне моря. Обработка же полученных массивов данных
происходит в лабораторных условиях. Целью обработки сейсмических данных являются
изучение характеристик колебания грунта при землетрясениях, параметров очагов
землетрясений, внутреннего строения недр Земли, решение сейсмологических задач для
поиска полезных ископаемых, оценка сейсмической опасности территорий и объектов.
Основными операциями являются удаление посторонних шумов и выделение полезных
сигналов с помощью фильтрации, выявление информативных сейсмических сигналов,
расчеты спектрально-временных характеристик, вычисления по стандартным специальным
алгоритмам, исследования новых алгоритмов.
ПРИМЕР 2: МЕДИЦИНА
В течение относительно небольшого времени - от нескольких минут до часа регистрируется множество различных данных о состоянии пациента: давление, пульс,
кардиограмма, энцефалограмма и др., после чего в соответствии с комплексным анализом
этих данных специалистами-медиками устанавливается диагноз, делаются выводы о
состоянии больного, принимается решение о методах и ходе лечения. Объемы данных могут
быть довольно большими; используются как стандартные алгоритмы обработки
(спектральный анализ, например), так и узкоспециализированные. Кроме того, в
исследовательских центрах часто возникает потребность в изменении и расширении
используемой методики анализа.
Можно выделить основные возможности, которые должна предоставлять система
анализа и обработки экспериментальных данных: способность визуализации данных,
обработка их ( помощью математических функций, подготовка отчетной документации и
ведение архива данных о выполнении и обработке результатов экспериментов.
Как же решать такие задачи? Обычный выход недавнего прошлого - озадачить своего
программиста, и он сделает все, что нужно. Опыт показывает, что такой подход
малоэффективен: хорошим программистам надо хорошо платить, а если платить мало, то и
результат будет соответствующий.
Проще и в конечном счете дешевле приобрести готовую систему. Хорошие системы
стр. 52 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
дают возможность пользователю добавлять собственные функции в целях адаптации к
специальным требованиям (так что работа своему программисту найдется). Вот тут и
обнаруживается, что систем анализа и обработки экспериментальных данных совсем
немного, да и те найти нелегко. Реальный выбор ограничивается несколькими зарубежными
и отечественными пакетами (отметим, что пакеты статистического анализа не совсем
подходят для данных применений - в них нет многих нужных функций и вместе с тем много
того, что не используется при анализе большого количества данных).
Зарубежные пакеты отличаются крайне высокой ценой (MathLab стоит около $4000,
LabView - примерно $3500), англоязычным интерфейсом и документацией, отсутствием
реальной технической поддержки.
Отечественные системы заметно дешевле (от $100 до $800), чем русскоязычные, и
обещают техническую поддержку. Среди них наиболее известны программы "Конан" и
"ПОС". Они имеют возможность просмотра в графическом виде исходных данных,
обработки их по различным алгоритмам (статистические характеристики, спектральный и
корреляционный анализ, некоторые специализированные методики анализа), способны
распечатать полученные графики для создания отчета.
Однако все известные нам системы разработаны для DOS, обладают собственным (и
весьма своеобразным) пользовательским интерфейсом и могут обрабатывать массивы
данных не более 64 Кб отсчетов (для обработки больших массивов требуется написание
специальных подпрограмм).
Недавно Институт сейсмологических и геофизических исследований (ИСГИ) объявил
о завершении разработки программы GeMiS for Windows, предназначенной для анализа и
обработки данных, представленных массивами отсчетов неограниченной длины. Программа
GeMiS обладает многими уникальными возможностями:
- ведение базы данных экспериментов и составляющих их сигналов (количество
каналов и отсчетов не ограничено) с возможностью внесения примечаний и другой
дополнительной информации в базу данных, причем название сигнала не ограничивается 8
символами имени файла;
- визуализация сигналов разнообразными способами. Графики могут рисоваться
линиями, точками, крестиками и т. п| разными цветами, в любом масштабе, с координатной
сеткой и без нее, с любым количеством кривых на графике и т. д. Многоканальные
эксперименты могут быть отображены на любом графике с использованием единого или
индивидуального для каждой кривой масштаба, с возможностью совмещения кривых и без
нее. Окно с образом сигнала может состоять из нескольких страниц, на каждой из которых
исходный сигнал представлен в том или ином виде. Например, можно представить себе окно
образа сигнала со следующими страницами: "исходный процесс", "амплитудный спектр
исходного процесса", "процесс после фильтрации", "амплитудный спектр отфильтрованного
процесса". Кривые графиков могут быть перенесены методом "drag-and-drop" из одного окна
в другое, что облегчает совместный анализ данных. Образы сигналов сохраняются в базе
данных, и при последующей работе не требуется их повторный расчет;
Пакет GeMIS визуализирует сигналы
- выполнение анализа сигналов во временной и частотной областях. Базовый
комплект GeMiS обеспечивает реализацию стандартных процедур цифровой обработки
сигналов (интегрирование, дифференцирование, сглаживание, автокорреляционные и
спектральные функции и др.). При расчете спектральных и корреляционных функций расчет
ведется с использованием быстрого преобразования Фурье (предельная длина выборки 8192
отсчета) с применением разнообразных "оконных" функций. Если в анализируемом сигнале
более 8192 отсчетов, то результат может быть получен как усреднение по спектрам (или
корреляционным функциям), рассчитанным по выборкам заданной длины из исходного
сигнала (интервал между выборками также может быть задан). Расширенная версия
программы обеспечивает пользователю возможность подключить к GeMiS свои собственные
функции обработки (программа должна быть представлена в виде ехе-файла, обмен данными
стр. 53 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
с GeMiS выполняется через промежуточные временные файлы), что делает GeMiS
программой, пригодной для использования в любой области, где требуется отображение и
обработка массивов отсчетов;
Средства пакета GeMIS позволяют обрабатывать спектральные функции
- использование "лупы" для любого участка образа сигнала позволяет легко менять
разрешение по оси абсцисс при отображении графика сигнала, а также показывать
выделенный прямоугольный фрагмент сигнала в отдельном окне для дополнительного
анализа;
- цифровая фильтрация сигналов (без ограничений на количество отсчетов в массиве
сигнала) с сохранением взаимосвязи результата анализа и исходного сигнала. В базовом
комплекте GeMiS реализован цифровой фильтр Баттерворта высоких и низких частот
порядка 2,4,6,8 или 10. При фильтрации сверхдлинных реализаций сигнала (как и при
выполнении других длительных операций) выполнение обработки может идти в фоновом
режиме, позволяя проводить работу с другими сигналами и экспериментами, не ожидая
окончания обработки;
- построение спектральных карт ("сонограмм") и временных карт развития процесса
("обзорок"). Для активной кривой в спектральной карте или "обзорке" можно увидеть
соответствующую ей выборку исходного сигнала;
- эксперименты и сигналы могут быть объединены в пакеты для выполнения
групповой и многоканальной обработки, что очень удобно, когда следует единообразно
обработать результаты большого числа экспериментов;
- работа с курсорами-закладками позволяет создавать пометки на интересующих
участках сигнала с сохранением информации в базе данных и ее последующей обработкой.
Можно быстро переходить с одной закладки на другую, перемещать их с места на место по
принципу "drag-and-drop";
- сигнал можно не только увидеть в виде графика, но и услышать, используя
стандартные звуковые платы; таким способом гораздо быстрее можно выявлять возмущения
в исследуемых данных, причем при воспроизведении сигнала можно ставить курсорызакладки;
- результаты работы могут быть распечатаны на принтере, причем можно внести
пояснительные подписи, в результате вы получите отпечатанные высококачественные
графики, а если ваш принтер цветной, то и графики будут цветные;
- использование технологии "drag-and-drop" для переноса или копирования данных,
что также просто, как переложить лист бумаги на столе;
- возможность импорта данных практически любого формата. Достаточно один раз
настроить GeMiS на чтение данных определенного формата (что занимает не более минуты),
и далее такие данные будут использоваться программой GeMiS;
- GeMiS позволяет импортировать wav-файлы, что наряду с использованием
стандартных Windows-программ типа Sound Recorder превращает мультимедийный
компьютер в измерительную систему;
- результаты работы могут быть экспортированы во внешние файлы для их
последующего использования другими программами;
- не нужно тратить много времени на изучение среды - GeMiS имеет стандартный
для Windows-программ русскоязычный интерфейс.
Система GeMiS for Windows специально разрабатывалась для удобной и эффективной
работы с очень большими объемами данных и может оказаться хорошим выбором для
многих применений.
GeMiS for Windows написана на Delphi, и в настоящее время готовится 32-разрядная
версия программы, в которой будут сняты ограничения на размер выборки при
использовании БПФ и внесены возможности по созданию собственных сигналов с
использованием разнообразных методов моделирования.
В настоящее время GeMiS for Windows уже используется в вузах Москвы (МЭИ,
стр. 54 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
МГУ), институте "Атомэнерго-проект", Институте прикладных сейсмоакустических
исследований и других организациях.
Научная визуализация - Scientific Visualization - развивает методы и средства
понимания решаемых проблем за счёт привлечения способности человека видеть и понимать
изображения. По Словарю Вебстера - слово "визуализация" - производное существительное
от глагола - visualize - to form a mental image; picture in the mind. По мнению обывателя
"увидеть, значит поверить", или "одна картинка стоит тысячи слов".
В процессе развития визуализации как научной дисциплины и технологии анализа
данных было осознано, что человек лучше всего понимает и проникает в суть исследуемого
явления, когда он может "погрузиться в мир исследуемого явления", то есть, в пространство
модели, и когда его "погружение" усиливается возможностью непосредственно
манипулировать данными в пространстве модели. Так сформировалась технология
виртуального окружения или виртуальной реальности, определяемая как "интерактивная
трёхмерная графика в реальном времени, когда комбинируется специализированная
технология отображения, погружающая пользователя в мир модели, с прямым
манипулированием объектами этой модели".
Системы визуализации и виртуального окружения служат основными инструментами
для показа объектов в нанотехнологиях. Зондовая микроскопия, включая атомно-силовую,
сканирующую туннельную, оптическую ближне-полевую, позволяет получать изображения
поверхностей исследуемых объектов, формируемые путем сканирования поверхностей
зондом и пересчета отклонений зонда с помощью одной или более функций двух
переменных. В результате может быть получено разрешение изображения поверхности
образца вплоть до нанометра. При определенных условиях на изображении может быть
видна даже атомарная структура поверхности.
Исследователи в Университете Северной Каролины (Чапель Хил, США) используют
технологию виртуального окружения (ВО) для выполнения задач по исследованию и
модификации поверхностей образцов. Ученый может виртуально менять точку обзора и
освещение динамически меняющего изображения поверхности образца, в то время как
микроскоп продолжает сканирование поверхности. При желании, он также может прекратить
сканирование, перевести зонд на интересующий его участок поверхности и уже на нем
проводить измерения. Либо контролировать перемещение зонда и управлять модификацией
поверхности, так, будто бы ученый "царапает" ее вручную.
Ощущение погружения достигается за счет стереоскопической визуализации
изображений, генерируемых проекционной системой ВО и просматриваемых с помощью
специальных очков с проекционного экрана, настольного монитора или сенсорного
монитора. Пользователь держит сенсорное перо (так называемое хэптик устройство) как
обычную ручку; датчики снимают 4D измерения положения кончика. Моторы подают силу,
равную усиленному в 3-6 крат сигналу. Передвижения пера по экрану сенсорного монитора
приводят к изменению положения и силы воздействия зонда на образец. Ощущения от
работы с реальными макроскопическими образцами являются впечатляющими.
Сфера деятельности нанотехнологий находится на стыке многих научных дисциплин,
таких как химия, биология, физики и электроника. При моделировании или
экспериментальных исследования в области нанотехнологий приходится обрабатывать
огромное количество данных, поэтому здесь пригодились бы современные методы
компьютерной визуализации. Визуализация широко распространена в области
нанотехнологий, а идея смешанной визуализации не является новой. Однако на практике
большинством исследователей визуализация используется в недостаточной степени или
вообще не используется, уровень использования визуализации часто ограничивается
построение 2D и 3D графиков в среде Matlab или отрисовкой трехмерных картинок
нанотрубок. В тоже время современные методы визуализации могут предоставить широкий
спектр способов исследования многомерных и сложных данных. В качестве примеров можно
привести: интерактивное виртуальное исследование данных, возможность выделение
стр. 55 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
признаков и подсветка деталей, а также методы для отображения большого объема данных в
различные визуальные подсказки.
Одной из главных задач в области визуализации является предоставление
пользователям средства для эффективного изучения данных и исследования новых значимых
свойств и особенностей моделей и данных, которые нельзя понять с помощью классических
методов анализа. На текущий момент создано большое количество программных пакетов
трехмерной визуализации строения молекул как коммерческих, так и свободно
распространяемых. Основной целью разработки подобных программ является понимание
результатов экспериментальных и теоретических исследований. На текущий момент в мире
получено огромное количество данных по рентгеновскому рассеивании на атомах различных
молекул. Подобные исследования дают информацию о физическом расположении атомов в
молекуле. Существует ряд стандартных форматов для записи этой информации, одним из
самых распространенных является PDB (Protein Data Bank) [9]. В мире уже создано
несколько баз данных молекулярной информации, где любой желающий может получить
информацию о строении различных молекулярных соединений в стандартном формате. Но
сама по себе информация не дает новое знание. Получение нового знания состоит в ее
обработке и выявлении закономерностей на основе исходной информации. Помощь в такой
обработке обеспечивают программы визуализации молекулярного строения. В частности, в
программе QuteMol [1] используются специальные способы подсветки и выделения
особенностей такие как, выделение силуэтов на основе информации о глубине, имитация
глобального освещения, в программе ProteinShader [2] применена техника
нефотореалистической компьютерной графики, которая дает наглядную информацию о
структурном строении, отдельных блоках и связях в молекуле. Пакет QuteMol включен в
качестве плагина в другой более мощный пакет NanoEngineer-1 [3], который позволяет с
помощью специализированных пакетов квантовомеханических расчетов создавать и
визуализировать молекулярные наномашины, нанотрубки различных конфигураций,
системы молекулярной сборки и молекулярный дизайн на основе молекулы ДНК. Примеры
визуализации можно посмотреть на сайте проекта.
Другим важным преимуществом использования систем виртуального окружения в
нанотехнологиях является сокращение времени на обработку данных и предоставление
исследователям среды интерактивного погружения в сами данные, которая поможет
ускорить научные открытия. Такая система уже на протяжении многих лет используется в
американском Национальном Институте Стандартов и Технологий (NIST) [4,5,6] и уже
приносит конкретную пользу исследователям в области наномира.
Процесс исследования можно абстрактно разделить на три главных компонента:
теория, анализ, эксперимент. Эти элементы триады непосредственно связаны друг с другом.
Под экспериментом можно понимать как компьютерный эксперимент — численное
математическое моделирование, так и лабораторный эксперимент. Оба типа экспериментов
становятся все более паралелльными. В лабораторных экспериментах применяется
технология комбинаторного эксперимента. А для компьютерных экспериментов
используются все более высокопроизводительные компьютерные системы. Все это
порождает огромное количество данных, которые поступают на стадию анализа. Анализ
может получить наиболее значительный выигрыш от визуализации. Центральной частью
системы визуального анализа в NIST является установка виртуального окружения, которая
может состоять из нескольких проекционных стенок.
Система ВО является распределенной и содержит станции отображения и
соответствующее программное обеспечение. Важным принципом построения программного
обеспечения является использование специального формата данных, который обязаны
применять исследователи для вывода своих результатов. Такая унификация обеспечивает
простую конвертацию данных в различные системы отображения. Использование
алгоритмов отображения объема обеспечивает многослойное представление сложных
трехмерных данных. Прозрачность позволяет видеть одновременно несколько слоев.
стр. 56 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Использование плоскостей отсечения позволяет выделить нужную область данных и отсечь
все несущественное. Возможно использование также выделяющего параллелепипеда В
системе предусмотрена возможность сегментации данных по типам, например, сегментация
уровней, которая позволяет построить поверхность воды. В виртуальном пространстве
размер объектов относительно реального пользователя, взаимодействующего с этими
объектами, становится значимым. Например, при отображении данных, характерные
размеры которых отличаются на несколько порядков, часть данных теряется из виду.
Поэтому реализована автоматическая система навигации для разномасштабных данных размеры объектов непрерывным образом меняются в зависимости от положения
наблюдателя и типа его взаимодействия с данными. Для манипуляции данными используется
система трекинга, которая отслеживает положение наблюдателя в реальном пространстве и
позволяет построить правильную проекцию для текущего положения наблюдения. Для
упрощения взаимодействия предусмотрена система трехмерного меню и развиты различные
абстракции манипулирования.
Известно также, что разработками аналогичныхсистем занимаются ученые из разных
зарубежных исследовательских центров, например, проект HIVE [7] ученых из Университета
Пардью (США) - это рабочая среда для визуализации данных нанотехнологии.
Часто для манипуляции с наночастицами используются оптические пинцеты.
Оптические пинцеты - это бесконтактный метод манипуляции частицами, с помощью
которого можно захватить, переместить и отпустить частицу, действуя в трех измерениях.
Преимуществом метода перед атомным силовым микроскопом или сканирующим
туннельным микроскопом является отсутствие контакта и малая величина сил (пико-нано
Ньютоны). В последнее время достигнут значительный прогресс в использовании
оптических пинцетов для манипуляции частицами. Визуализация манипуляцией наночастиц
с помощью оптических пинцетов затруднена из-за размеров наночастиц и величины их сил.
Группа исследователей из университета Луизианы и Мичиганского университета
предложила использовать системы виртуального окружения в качестве промежуточного
интерфейса между реальным макро миром и микро миром. Оптические пинцеты состоят из
сфокусированного лазерного пучка. Фотоны лазерного пучка воздействуют по закону
сохранения моментов на наночастицы, тем самым сообщая им импульс в направлении
лазерного пучка.
Для манипуляции частицами очень важно знать силы до, после и во время
воздействия лазерным пучком. В зависимости от размера частиц в сравнении с длинной
волны фотонов различают три режима работы: режим Рэлея режим Ми и смешанный режим.
Оптические пинцеты особенно пригодны для работы с мелкими частицами, т.е. в режиме
Рэлея.
Силу, действующую на частицы, можно представить с помощью двух компонентов:
градиентную силу, вызванную поляризацией частиц, и силу рассеивания. Для манипуляции в
систему виртуального окружения были запрограммированы модели воздействия этих сил.
Система виртуального моделирования включает в себя лазерный пучок и наночастицу,
помещенную на подложку. Уравнения сил запрограммированы в системе виртуального
окружения так, что при приближении лазерного пучка к частице, они активируются для
воздействия на частицу. Объекты в сцене кодируются разными цветами, фокус лазера
представлен треугольником, силы показаны трехмерными векторами цвет которых
соответствуетразным силам, а толщина и длина кодируют величину. Модель манипуляции в
виртуальной реальности с векторным представлением сил и их величин является средством
простого управления наночастицами и может быть использована даже обычными людьми,
которые не понимают физики процесса.
Важную роль визуализация играет в процессе подготовки специалистов в области
нанотехнологий. Здесь новый специалист, как говорится, может "пощупать" своими руками,
"ощутить" наномир, погружение в который создадут системы виртуального окружения.
Таких образом откроется виртуальное окно в мир, где можно увидеть как системы
стр. 57 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
работают на атомарном уровне. В этой области уже существует ряд коммерческих и
открытых разработок. Например, разработка Visualization tools for K-12 Classrooms [8]
американских дистрибьюторов фирмы Nanosurf. Оригинальная разработка портативного
школьного атомного силового микроскопа The Nanosurf EasyScan 2 AFM and STM была
дополнена соответствующим программным обеспечением, которое показывает принципы
работы атомного силового микроскопа, а также обеспечивает процессы постобработки
данных. С помощью такой системы школьники быстро поймут принципы работы системы,
научатся ее использовать и смогут интерактивно исследовать объекты окружающего мира,
будь-то атомные поверхности графита, платины или поверхность кожи на руке.
Тем не менее, многие современные методы визуализации не являются простыми в
использовании и обычно требуют достаточной квалификации и современного оборудования.
Из-за того разнообразия в вычислительных системах и средах, которые используются
исследователями в области нанотехнологий, совместимость форматов данных и протоколов
является одним из ключевых препятствий, которые необходимо преодолеть на пути
реализации системы визуализации для сферы нанотехнологий. Другой значимой проблемой
является удобство использования инструментов виртуального исследования данных.
Пользователь не должен тратить значительные ресурсы времени на изучение работы с
виртуальной средой. Система взаимодействия с виртуальной средой должна быть
интуитивно понятна. Использование сложных квантовомеханических расчетов и алгоритмов
численного анализа требует, чтобы в разрабатываемый комплекс помимо системы
виртуального отображения вошли системы суперкомпьютерных вычислений. На данный
момент самыми распространенными суперкомпьтерными системами являются кластерные
системы. При этом требуется обеспечить прозрачное и надежное взаимодействие и обмен
данными между вычислительным кластером и системой отображения.
Нашей главной целью в этом проекте программно-аппаратного комплекса
виртуальной реальности для систем исследовании в области нанотехнологий является
обеспечение исследователей доступом к современным средства визуализации и поощрение
применения визуализации для изучения, понимания и обучения в области нанотехнологий.
Для достижения поставленных целей в проекте было принято ряд принципов
организации. Основные заключаются в использовании открытых стандартов и технологий
для обмена информацией, а также детального документирования различных технологий и
концепций наноотрасли.
Для расчетов по задачам проекта предполагается использовать вычислительный
кластер на базе суперкомпьютерных блоков графических ускорителей Tesla. Это
специализированное решение компании nVIDIA для создания суперкомпьютерных
кластеров на графических ускорителях. Предполагаемая вычислительная мощность при
вычислениях с двойной точностью превысит в тесте Linpack 1ТФлоп. Тест Linpack
используется
в
качестве
меры
сравнения
производительности
различных
суперкомпьютерных систем. На текущий момент в российском рейтинге Top-50 (50 наиболее
высокопроизводительных систем) нет ни одной системы на базе графических ускорителей, в
то время как в зарубежном рейтинге Top-500 суперкомпьютер Tsubame Токийского
Технологического Института на базе 170 блоков Tesla занимает 29-ю строчку рейтинга.
Институт физико-технической информатики имеет опыт создания подобных систем. В
частности, была создана система на базе четырех суперкомпьютерных блоков Tesla для НИИ
Теплопробор.
Суперкомпьютерные блоки Tesla поддерживаются общим API программирования
CUDA. Основными характеристиками CUDA являются:
· унифицированное программно-аппаратное решение для параллельных вычислений
на видеочипах nVIDIA;
· большой набор поддерживаемых решений, от мобильных до мультичиповых;
· стандартный язык программирования Си;
· стандартные библиотеки численного анализа FFT (быстрое преобразование Фурье) и
стр. 58 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
BLAS (линейная алгебра);
· оптимизированный обмен данными между CPU и GPU; взаимодействие с
графическими API OpenGL и DirectX;
· поддержка 32- и 64-битных операционных систем: Windows XP, Windows Vista,
Linux и MacOS X;
· возможность разработки на низком уровне.
Среда разработки CUDA (CUDA Toolkit) включает:
· компилятор nvcc;
· библиотеки FFT и BLAS;
· профилировщик;
· отладчик gdb для GPU;
· CUDA runtime драйвер в комплекте стандартных драйверов NVIDIA
· руководство по программированию;
· CUDA Developer SDK (исходный код, утилиты и документация).
Параллельная архитектура CUDA строится следующим образом. В состав GPU
входит несколько кластеров текстурных блоков (Texture Processing Cluster). Каждый кластер
состоит из укрупненного блока текстурных выборок и двух-трех потоковых
мультипроцессоров, которые в свою очередь включают восемь вычислительных устройств и
два суперфункциональных блока. Выполнение инструкций осуществляется по принципу
SIMD, только одна инструкция выполняется сразу для всех потоков в warp (группа из 32
потоков - минимальный объем данных обрабатываемый мультироцессорами).
Такой способ выполнения получил название SIMT (single instruction multiple threads одна инструкция для множества потоков). В CUDA существует несколько типов памяти:
разделяемая, константная, глобальная и текстурная. У каждого мультипроцессора есть
доступ к разделяемой памяти объемом 16Кбайт. Эта память не является кэшем, хотя
обеспечивает наиболее быстрый доступ к ресурсам. У каждого мультипроцессора есть
8Кбайт кэш памяти для константных и текстурных данных. Потоки одного блока
выполняются всегда на одном мультипроцессоре. Потоки разных блоков не могут
обмениваться данными, так как они могут выполнятся разными мультироцессорами.
Мультипроцессоры обладают большим количеством регистров (16384 для архитектуры
GT2xx) общими для всех потоков всех блоков, которые выполняются на мультипроцессоре.
В архитектуре GT200 может быть до 1024 потоков на мультипроцессор, которые
организованы в 10 кластеров по три мультипроцессора, обрабатывающих до 30720 потоков.
Таким образом в архитектуре Tesla имеется 30 мультипроцессоров.
Программирование CUDA основано на создании вычислительных ядер (kernel),
которые запускаются на мультипроцессорах. Ускоритель получает ядро и создает копии
каждого элемента данных. Эти копии и есть потоки. В потоках содержатся также счетчики,
регистры и состояние. Потоки выполняются группами по 32 штуки, называемыми warp'ы.
Warp'ы запускаются на определенных мультипроцессорах, каждый из которых состоит из
восьми ядер потоковых процессоров, которые могут выполнять одну инструкцию MAD за
один такт. Для исполнения одного 32-поточного блока требуется четыре такта
мультипроцессора. Мультипроцессор отлично приспособлен для многопоточности. С
каждым тактом он выбирает какой из warp'ов исполнять, и переключается между ними без
потери времени. Если говорить в терминах центрального процессора, то это аналогично
одновременному исполнению 32 программ и запуск их без потери на переключение
контекстов.
При работе с огромным количеством данных, как входных, так и результирующих,
необходим способ быстрой оценки правильности вычислений. В качестве такой системы
проверки правильности работы алгоритмов предполагается использование системы
визуализации на основе технологии виртуального окружения, которая отображает
результаты вычислений в реальном времени.
Визуализация данных - новая область применения 3D-графики
стр. 59 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Группа научных расчетов и визуализации университета открыла новый фронт
технологической революции: создание масштабных и высокодетализированных трехмерных
изображений по массивам данных и математическим моделям с целью лучшего изучения
таких явлений, как солнечный ветер или взаимодействие частиц.
Исследователи создают увеличенные имитации цепей ДНК или химических реакций
на экране размером 2,3 х 3 метра, называемом "дисплейной стеной углубленного видения".
Процессом управляет суперкомпьютер IBM на 96 процессорах Power 4, способный
выполнять 500 миллиардов операций в секунду. "Это инструмент новых открытий, - говорит
адъюнкт-профессор и директор группы научных расчетов и визуализации Гленн Бреснаан. Он позволяет углубляться в такие области, куда до сих пор пути не было, и получить
визуальный опыт, не достижимый никакими другими средствами".
Не менее важно и то, что система стоит не более $3 млн.: это делает ее относительно
доступной для крупных компаний.
Ученые давно пользуются компьютерами для проведения виртуальных
экспериментов и отображения результатов исследований в таких областях, как ДНК
человека, однако до сих пор не было технически и финансово оправданной возможности
выражать эти результаты в каком-то более наглядном виде, чем малоформатное 3Dизображение. Аппаратура, необходимая для создания гигантских трехмерных картин, все
еще может заполнять целую комнату, но операционная система Linux и недорогие серверы
делают ее гораздо дешевле.
Установка использует те же принципы, что и старое стереоскопическое кино, изображение нужно рассматривать через красно-синие очки. Однако результат получается
совершенно фантастическим. При демонстрации того, как электрокардиостимулятор
взаимодействует с тканями пациента, на экране появляется гигантская грудная клетка, в
которой видно сердце и прямоугольник кардиостимулятора. От прибора расходится паутина
красных, желтых и синих линий, демонстрирующих распространение по тканям
электрических токов. По этим линиям можно легко определить наилучшее положение для
устройства. В ходе другой демонстрации наблюдатель внезапно оказывается в центре стаи
акул. Через минуту-другую одна из акул бросается на него, отворачивая в самый последний
момент.
IBM, поставившая большую часть оборудования для дисплея, считает, что
Бостонский университет доказал: эти гигантские, завораживающие 3D-дисплеи имеют
ценность не только как научный инструмент, но и как средство разработки новых продуктов.
Компания надеется, что со временем визуализация экспериментальных данных будет
применяться такими компаниями, как автопроизводители. Пока же дисплеем углубленного
видения смогут пользоваться около 700 научных сотрудников Бостонского университета,
специализирующихся в разных областях, от сопротивления материалов до генетики, ядерной
физики и медицины.
Конечно, технология, лежащая в основе дисплея, стоит недешево, но она значительно
дешевле своих предшественниц. Для обработки данных, используемых для создания
трехмерных изображений, применяется приобретенный недавно университетом
суперкомпьютер p690 стоимостью $2,5 млн., однако вспомогательные задачи решают более
дешевые машины.
Изображение рисует кластер из 52 двухпроцессорных Linux-серверов IBM X330, а 24
рабочие станции управляют восемью ЖК-проекторами NEC, каждый из которых стоит по
$4500. Все вспомогательное оборудование в целом обходится примерно в $300 тысяч.
Большую часть этой аппаратуры учебному заведению подарила IBM, однако любая крупная
компания вполне может позволить себе аналогичную установку.
Хотя Бостонский университет доказал работоспособность дисплея глубокого видения
- а многие не верили в эту систему, - впереди еще много работы по повышению ее
оптического разрешения и расширению возможностей взаимодействия исследователей с
стр. 60 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
изображением. В ближайшее время группа научных расчетов и визуализации университета
намерена увеличить размер дисплея до 4,5 х 2,4 метра и довести число проекторов до 24. Это
позволит повысить разрешение до 18 мегапикселов и получать еще более детальную
картину.
Со временем данная технология непременно выйдет за пределы лаборатории, на
коммерческий рынок. IBM уверена, что, если наблюдаемая сегодня тенденция продолжится,
всего за пять лет технология 3D-визуализации распространится среди автопроизводителей и
других компаний. А затем, в не столь отдаленном будущем, появятся и потребительские
игровые 3D-видеосистемы. Отдельным творческим личностям уже теперь по силам собрать
такую систему - из пары проекторов и небольшого экрана. По словам Бреснаана, она
обойдется примерно в $15 тысяч
3.1.2. ПЛАНЫ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
И МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К НИМ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
Тема: Информационные ресурсы Интернет.
Задача: Освоение методов поиска информации.
Содержание: поисковая система Google. Простой поиск информации. Поиск по
категориям. Основные термины (релевантность, цитируемость). Проблемы, с которыми
сталкиваются при поиске. Роль прописных букв. Морфология языка запросов . Поиск по
ключевым словам.
Поиск, основанный на понятиях. Базовый алгоритм поиска.
Расширенный поиск поисковой машины Google. Знакомство с системой WikiPedia.
Основные правила пользования системой. Совместное мышление и толерантность
утверждений. Проблема авторских прав. Редактирование статей.
Методические рекомендации для преподавателя:
Студенты работают индивидуально на компьютере. Компьютер должен иметь доступ
в Интернет. Полученные результаты совей работы студенты сохраняют на компьютере, (в
имени файла указывается фамилия студента и номер работы).
Методические рекомендации для студента:
Студенты работают индивидуально на компьютере.
После запуска поисковой системы Google. Необходимо ознакомиться со способами
поиска информации (через Google) (в поисковой строке впечатать интересующий вопрос.)
Выполнить следующие задания.
Задания:
1. Ознакомьтесь с поисковой системой Google.
2. Дайте определение понятиям: портал, горизонтальный портал, вертикальный
портал.
3. Опишите структуру федерального образовательного портала Российское
Образование http://www.edu.ru
4. Найдите названия и адреса других федеральных образовательных порталов
используя поисковую систему Google
5. Создайте презентацию одного из федеральных образовательных порталов.
Полученные результаты сохранить в личной папке.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 2
Тема: Работа с порталом Google.
Задача: Освоение сервисов портала Google.
стр. 61 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Содержание: Знакомство с информационно- коммуникационным порталом Google.
Создание собственного почтового ящика в Gmail. Создание и раздельное редактирование
документов в файловой системе Gmail. Обмен сообщениями в GoogleTalk. Знакомство с
Google, как мультимедийным порталом. Работа с виртуальной картой GoogleMaps.
Использование для чтения иноязычных веб-страниц. Система поиска научной информации
GoogleScholar.
Методические рекомендации для преподавателя:
Студенты работают индивидуально на компьютере. Компьютер должен иметь доступ
в Интернет. Полученные результаты совей работы студенты сохраняют на компьютере, (в
имени файла указывается фамилия студента и номер работы).
Методические рекомендации для студента:
Студенты работают индивидуально на компьютере.
Выполнить следующие задания:
Задания:
1. Ознакомьтесь с информационно- коммуникационным порталом
Google
2. Создайте почтовый ящик в Gmail.
3. Ознакомьтесь с программным обеспечением Google Talk
4. настройте Google Talk
5. Ознакомьтесь с виртуальной картой GoogleMaps
6. найдите и опишите траекторию маршрута между населенными
пунктами, предложенными преподавателем.
7. протестируйте встроенный автоматический переводчик страниц
Google.
8. знакомство с функциями Академии Google
Полученные результаты сохранить в личной папке.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3
Тема: Мультимедиа приложение.
Задача: Создание информационно- коммуникационного ресурса с элементами
мультимедиа.
Содержание: студент получает тему для задания и работает над персональной
мультимедиа презентацией, реализованной в среде HTML. Презентация должна включать
следующие компоненты: информационную составляющую (одна веб-страница первого
уровня и связанные с ней архитектурно две веб-страницы второго уровня), графическую
составляющую (картинки), элементы интерактивного управления сценарием просмотра вебстраницы на языке JavaScript, вмонтированную в среду flash-анимацию, видеоролик.
Методические рекомендации для преподавателя:
Студенты работают индивидуально на компьютере. Компьютер должен иметь доступ
в Интернет. Полученные результаты совей работы студенты сохраняют на компьютере, (в
имени файла указывается фамилия студента и номер работы).
Методические рекомендации для студента:
Студенты работают индивидуально на компьютере.
Студент сам выбирает программу в которой будет выполнять презентацию.
Выполнить следующие задания.
Задания:
1. создание мультимедиа презентацию в кторую должны входить: одна веб-страница первого
уровня и связанные с ней архитектурно две веб-страницы второго уровня, картинки,
элементы интерактивного управления сценарий просмотра веб-страницы на языке JavaScript,
стр. 62 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
вмонтированную в среду flash-анимацию, видеоролик.
Полученные результаты сохранить в личной папке.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 4
Тема: Система аналитических вычислений Maple.
Задача: Получение навыков работы с системой.
Содержание: Основные правила работы. Операции ввода-вывода. Типы переменных и
виды команд. Встроенные функции и преобразования. Основные приемы аналитических
преобразований в Maple. Операции с множествами и списками. Методы решения систем
дифференциальных уравнений в Maple. Графические возможности визуализации в пакете
Maple. Выполнение вычислительного проекта в системе Maple: задание системы
дифференциальных уравнений, получение ее решения, визуализация решения в фазовом
пространстве динамической системы. Получение дискретной развертки по времени и
исследование ее динамических свойств. Вычисление корреляционной функции сигнала,
Фурье-спектра и восстановление фазового портрета системы.
Методические рекомендации для преподавателя:
Студенты работают индивидуально на компьютере. Компьютер должен иметь доступ
в Интернет. Полученные результаты совей работы, студенты сохраняют на компьютере, (в
имени файла указывается фамилия студента и номер работы).
Методические рекомендации для студента:
Студенты работают индивидуально на компьютере.
Выполнить следующие задания.
Задания:
Получить решения дифференциальных уравнений полученных от преподавателя,
визуализация решения в фазовом пространстве динамической системыю. Получение
дискретной развертки по времени и исследование ее динамических свойств. Вычисление
корреляционной функции сигнала, Фурье-спектра и восстановление фазового портрета
системы.
Полученные результаты сохранить в личной папке.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 5
Тема: Графическая система Gnuplot.
Задача: Получение навыков работы с системой.
Содержание: Основные правила работы. Операции ввода-вывода. Типы переменных и
виды команд. Встроенные функции и преобразования. Основные приемы визуализации
графических данных. Построение двумерных и трехмерных графиков. Построение изолиний
с поверхности. Тренировка построения графиков по данным, полученным в предыдущей
лабораторной работе
Методические рекомендации для преподавателя:
Студенты работают индивидуально на компьютере. Компьютер должен иметь доступ
в Интернет. Полученные результаты совей работы студенты сохраняют на компьютере, (в
имени файла указывается фамилия студента и номер работы).
Методические рекомендации для студента:
Студенты работают индивидуально на компьютере.
Запустить программу Gnuplot и выполнить следующее задание
Задание:
1 создание файла
2. Устанавливаем метки по осям, размер и тип шрифта
Устанавливаем предел значений по оси Y
стр. 63 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Задаём стиль линии
Пример выполнения чертежа
Следующий пример поясняет использование различных вариантов написания,
которые могут быть использованы в легенде для функций y=sin**2(x), y=sin**3(x), and
y=sqrt(sin(x)).
gnuplot> set terminal postscript eps enhanced
gnuplot> set key spacing 1.3
gnuplot> set xrange [ 0 : pi ]
gnuplot> set yrange [ 0 : 1.5 ]
gnuplot> plot sin(x)**2 ti "sin^2(x)", \
sin(x)**3 ti "sin^3(x)",\
sqrt(sin(x)) ti "sin^{1/2}(x)"
строим график:
создаем двух- и трёхмерных графиков.
Полученные результаты сохранить в личной папке.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 6
Тема: Обработка экспериментальных данных.
Задача: Отрабатывание приемов обработки данных в системе Maple.
Содержание: На последних занятиях студент получает индивидуальное задание –
неизвестный дискретный сигнал – и производит обработку его с помощью программных
средств среды Maple.
Методические рекомендации для преподавателя:
Студенты работают индивидуально на компьютере. Компьютер должен иметь доступ
в Интернет. Полученные результаты совей работы студенты сохраняют на компьютере, (в
имени файла указывается фамилия студента и номер работы).
Методические рекомендации для студента:
Студенты работают индивидуально на компьютере.
Полученное индивидуальное задание – неизвестный дискретный сигнал необходимо
обработать с помощью программных средств среды Maple.
Полученные результаты сохранить в личной папке.
3.2. ОРГАНИЗАЦИЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ
3.2.1. СОДЕРЖАНИЕ, ФОРМЫ И СРОКИ ВЫПОЛНЕНИЯ ЗАДАНИЙ, ВИДЫ
КОНТРОЛЯ
Самостоятельная работа студентов очной формы обучения предполагает выполнение
стр. 64 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
заданий в различных аудиторных и внеаудиторных формам, представленных в таблице 3.
Каждый студент по согласованию с преподавателем (для несовпадения тем) выбирает
1 тему для самостоятельной подготовки и написания по ней доклада. Доклад озвучивается
студентом на практическом занятии.
Таблица 3 - Содержание, формы, сроки выполнения и контроля СРС
№
п/п
Содержание, форма самостоятельной
работы студентов
Сроки выполнения
Формы контроля
1.
Современные
информационные
технологии в организации научной
деятельности.
Информационные
технологии
в
управлении
образовательным
учреждением.
Технология
мультимедиа,
ее
характеристика
и
компоненты.
Возможности современных средств
мультимедиа.
Направления
и
перспективы
применения мультимедиа технологии в
профессиональном образовании.
Характеристика гипермедиа технологии
как
единства
мультимедиа
и
гипертекстовой
технологий.
Ее
преимущества и недостатки.
Технология
гипертекста,
ее
характеристика.
Преимущества
гипертекстовых структур над обычным
текстом. Разработка гипертекстовых
структур.
Графические системы обработки и
визуализации
экспериментальных
данных
Информационные компьютерные сети,
их характеристика. Разновидности
информационных сетей.
Глобальная
информационная
сеть
Internet, ее характеристика. Структура
сети Internet, ее возможности. Internet в
школе и ВУЗе.
Применение сетевой технологии в
научно-исследовательской
и
профессионально деятельности.
Образовательная информационная сеть
России, ее характеристика.
Основные направления применения
информационных
технологий
в
образовательном процессе.
Возможности
применения
информационных сетей в обучении и
самостоятельной работе учащихся.
Обучающие программы для системы
образования (школа, вуз).
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
Устный доклад на практическом
занятии
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
До итогового контроля
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
До итогового контроля
Устный доклад на практическом
занятии
3.3. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
3.3.1.Основная рекомендуемая литература
стр. 65 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
1.
2.
3.
Захарова, И.Г. Информационные технологии в образовании [Текст] : учеб. пособие для
вузов / И. Г. Захарова. - 6-е изд., стер. - М. : Академия, 2010. - 192с. – 5 экз.
Новые педагогические и информационные технологии в системе образования [Текст] :
учеб.пособие для вузов / под ред. Е.С. Полат. - 4-е изд., стер. - М. : Академия, 2009. 272с. – 20 экз.
Полат, Е.С. Современные педагогические и информационные технологии в системе
образования [Текст]: учеб.пособие для вузов / Е. С. Полат, М.Ю. Бухаркина. - 2-е
изд.,стер. - М. Академия, 2008. - 368с. – 5 экз.
3.3.2. Дополнительно рекомендуемая литература
Куприянов, А.И. Основы защиты информации [Текст] : учеб.пособие для вузов / А.И.
Куприянов, А.В. Сахаров, В.А. Шевцов. - 3-е изд., стер. - М.: Академия, 2008. - 256 с.
5. Грушо, А.А. Теоретические основы компьютерной безопасности [Текст]: учеб.пособие
для вузов / А.А. Грушо, Э.А. Применко, Е.Е. Тимонина. - М.: Академия, 2009. - 272 с. – 2
экз
6. Шафрин, Ю.А. Информационные технологии [Текст]. В 2 ч. Ч.1. Основы информатики и
информационных технологий / Ю.А. Шафрин. – М.: Лаб.Базовых Знаний, 2001. – 320 с. –
2 экз.
4.
3.3.3. Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
Электронный учебник по html. www.htmlbook.ru
Электронный учебник по системе Maple. http://detc.usu.ru/assets/amath0011/mp1.htm
Электронно-библиотечная система elibrary http://elibrary.ru
Универсальная справочно-информационная полнотекстовая база данных “East View”
ООО «ИВИС» http://www.eastview.com
лектронный справочник «Информио» http://www.informio.ru
Автоматизированная библиотечная информационная система МАРК-SOL 1.10 (MARC
21).
Электронно-библиотечная
система
"Университетская
библиотека
онлайн"
http://www.biblioclub.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
4. МАТЕРИАЛЫ ВХОДНОГО, ТЕКУЩЕГО И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ
4.1. МАТЕРИАЛЫ ВХОДНОГО КОНТРОЛЯ
Входной контроль осуществляется на первом занятии по дисциплине в форме
письменного опроса
Вопросы входного контроля знаний
Информационные процессы
Информационные технологии. Определение, цель и основные св-ва.
Новая информационная технология. Определение, характерные черты, принципы
Структура информационных технологий
Методология использования информационной технологии
Концепции учёта существующей структуры организации при внедрении
информационной технологии. Причины проблем, возникающих при внедрении
информационных технологий.
7. Виды информационных технологий. Технологии управления.
8. Прикладное программы обработки текстов: назначение, общая характеристика,
функции, типовая структура интерфейса. …..
9. Табличный процессор: назначение, основные функции, типовая структура
1.
2.
3.
4.
5.
6.
стр. 66 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
интерфейса.
4.2. МАТЕРИАЛЫ
ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ
4.2.1. Семестровое задание
К итоговому контролю студент должен сдать 1 реферат.
Примерные темы рефератов приведены ниже.
ТЕМЫ РЕФЕРАТОВ
Психолого-педагогические аспекты применения ИКТ в современном личностноориентированном учебно-воспитательном процессе.
2.
Метод телекоммуникационных проектов в естественнонаучном образовании.
3.
Дистанционное обучение.
4.
Мультимедийная аппаратура в учебно-воспитательной работе с детьми.
5.
Педагогические основы использования компьютерных технологий для самообразования
школьников.
6.
Компьютерные лабораторные работы в процессе изучения биологии. (Компьютерное
моделирование).
7.
Выработка умений и навыков при обучении химии (биологии) с помощью
компьютерных программ-тренажеров.
8.
Использование ИКТ в образовании за рубежом.
9.
ИКТ в обучении детей с проблемами развития.
10. Интерактивные доски на уроках биологии.
11. Автоматизированные системы научных исследований.
12. Современная компьютерная графика CorelDraw и Photoshop.
13. Программы-переводчики, программы для обработки сканированной информации.
14. Web-технологии и создание Web-страниц.
15. Технологии поиска информации в Internet. Образовательные и досуговые ресурсы.
16. Компьютерные вирусы.
17. Антивирусная безопасность.
1.
4.2.2. Тестовые задания
Тестовые задания выполняются на компьютере персонально каждым студентом.
Выполнение тестового задания является обязательным для каждого студента и его
выполнение является одним из этапов допуска к проведению зачета.
СОДЕРЖАНИЕ И СТРУКТУРА ТЕСТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
Тематическая структура
программные средства ИКТ
Интернет технологии
Компьютерные сети
компьютерный продукт
средства передачи информации
КСО
Классификация КСО
применение КСО
Представление информации
Видео
Графика
Звук
стр. 67 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
навигация
Текст
Содержание тестовых материалов
программные средства ИКТ
интернет технологии
Компьютерные сети
1. Задание {{ 14 }} ТЗ № 14 Тема 1-2-6
HTML
язык разметки, используемый при подготовке
Web-страниц
HTTP
Протокол Интернета, сисетма правил,
используемых в сети Интернета при передаче
гипертекстовых документов
OLE
Технология связывания и внедрения объектов;
стандарт компании Microsoft для создания
динамических автоматически обновляемых
связей между документами
2. Задание {{ 15 }} ТЗ № 15 Тема 1-2-6
IP
Уникальный числовой адрес отдельного
компьютера в сети
TCP/IP
группа стандартных протоколов для обмена
данными между компьтерами в сети
URL-адрес
Унифицированная форма записи адресов
документов в сети
Компьютерный продукт
3. Задание {{ 11 }} ТЗ № 11 Тема 1-2-2
Этапы создания компьютерного продукта:
1: Разработка общего сценария
2: Детализация структуры и формирование содержания разделов, описание
функциональных возможностей продукта и действий пользователя
3: Реализация продукта
4: Подготовка к публикации. Тестирование и отладка, а также редактирование текстовой
информации.
5: Сопровождение компьютерного продукта
4. Задание {{ 12 }} ТЗ № 12 Тема 1-2-2
При создании компьютерного продукта необходимо участие следующих ведущих
специалистов проекта:
 Автор-предметник
 Методист
 Программист
 Компьютерный дизайнер
 Лингвист
 Наборщик
 Стилист
5. Задание {{ 13 }} ТЗ № 13 Тема 1-2-2
Для толо, чтобы ускорить просмотр текста электронного издания, необимо использовать
следующие элементы:
стр. 68 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
 Заголовки
 Списки
 Меню гиперссылок
 Анмационые изображения
 Все заглавные буквы
 Счетчик символов в тексте
6. Задание {{ 17 }} ТЗ № 17 Тема 1-2-2
Порядок осуществления знаний в компьютерном учебнике
1: Входной контроль
2: Промежуточный контроль
3: Рубежный конторль
4: Итоговый контроль
7. Задание {{ 21 }} ТЗ № 21 Тема 1-2-2
Совокупность характеристик интерфейса, обеспечивающих его простое освоение и
эффективное применение вне зависимости от степени подготовленности пользователя
называется ...
Правильные варианты ответа: Дружелюбностью; Дружественнностью; Дружелюбность;
Дружественность;
средства передачи информации
8. Задание {{ 10 }} ТЗ № 10 Тема 1-2-1
Internet-технологии:
WWW
FTP
ICQ
технология работы в сети с гипертекстами
технология передачи по сети файлов
произвольного формата
технология ведения переговоров один на один в
реальном масштабе времени
КСО
Классификация КСО
9. Задание {{ 1 }} ТЗ № 1 Тема 1-1-0
По решаемым педагогическим задачам компьютерные средства обучения делятся на:
 Средства теоретической и технологической подготовки
 Средства практической подготовки
 Комплексные средства
 Вспомогательные средства
 Интегральные и неинтегральные средства
 Локальные и сетевые средства
10. Задание {{ 2 }} ТЗ № 2 Тема 1-1-0
По характеру дисциплины (содержание) компьютерные средства обучения делятся на:
 компьютерные средсва обучения естественнонаучного содержания
 компьютерные средсва обучения гуманитарного содержания
 компьютерные средсва обучения технического содержания
 компьютерные средсва обучения сетевого содержания
 компьютерные средсва обучения образовательного содержания
 компьютерные средсва обучения педагогического содержания
11. Задание {{ 3 }} ТЗ № 3 Тема 1-1-0
Средства теоретической и
Компьютерные системы контроля знаний
технологической подготовки
стр. 69 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Средства практической подготовки
Компьютерные тренажёры
Вспомогательные средсва
Мультимедийные учебные занятия
Комплексные средства
Компьютерные вспомогательные курсы
12. Задание {{ 4 }} ТЗ № 4 Тема 1-1-0
Компьютерное средство обучения для базовой подготовки по определенному курсу,
содержание которого характеризуется относительной полнотой и представлено в форме
учебника (книги) называется ...
 Компьютерный учебник
 Компьютерный справочник
 Компьютерная обучающая система
 Мультимедийное учебное занятие
13. Задание {{ 5 }} ТЗ № 5 Тема 1-1-0
Компьютерное средство обучения для выработки умений н и навыков определенной
деятельности, а также развития связанных с ней способностей называется ...
Правильные варианты ответа: Компьютерный тренажер; Компьютерный тренажёр;
Компьютерныйм тренажером; Компьютерныйм тренажёром; Тренажер компьютерный;
Тренажёр компьютерный;
14. Задание {{ 6 }} ТЗ № 6 Тема 1-1-0
К компьтерным средствам обучения практической подготовки относятся:
 Компьютерный задачник
 Компьютерный учебник
 Компьютерный тренажёр
 Компьютерный справочник
 Компьютерный лабораторный практикум
 Компьютерный учебный курс
15. Задание {{ 7 }} ТЗ № 7 Тема 1-1-0
Компьютерный учебник
КСО для базовой подготовки по определенному
курсу, содержание которого характеризуется
относительной полнотой и представлено в форме
книги
Компьютерная обучающая система
КСО для базовой подготовки по одному или
нескольким разделам (темам) курса
(дисциплины)
Компьютерный тренажёр
КСО для выработки умений и навыков
определенной деятельности, а также развития
связанных с ней способностей
Мультимедийное учебное занятие
КСО, основным содержанием которого является
мультимедийная запись реального учебного
занятия или мероприятия (лекции, семинара)
Компьютерный лабораторный
КСО для поддержки автоматизированных
практикум
лабораторных работ, в рамках которых
изучаемые объекты, процессы и средства
деятельности исследуются с помощью
экспериментов с их моделями
16. Задание {{ 8 }} ТЗ № 8 Тема 1-1-0
Основные педагогические задачи решаемые с помощью КОМПЬЮТЕРНОГО УЧЕБНИКА:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение ее базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач в данной
стр. 70 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартных проблемных
ситуациях
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
17. Задание {{ 9 }} ТЗ № 9 Тема 1-1-0
Основные педагогические задачи, решаемые с помощью КОМПЬЮТЕРНОГО ТРЕНАЖЕРА:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение ее базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач в данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартных проблемных
ситуациях
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
18. Задание {{ 24 }} ТЗ № 24
Программное средство (програмный комплекс) или программно-технический комплекс,
предназначенный для решения определенных педагогических задач, имеющий предметное
содержание и ориентированный на взаимодействие с обучением называется:
 компьютерное средство обучения
 техническое средство обучения
 информационное средство обучения
19. Задание {{ 25 }} ТЗ № 25
Использованмие в учебном процессе компьютерного учебника позволяет решать
педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
20. Задание {{ 26 }} ТЗ № 26
Использованмие в учебном процессе компьютерной обучающей системы позволяет решать
педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
стр. 71 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
21. Задание {{ 27 }} ТЗ № 27
Использованмие в учебном процессе компьютерной ситсемы контроля знаний позволяет
решать педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
22. Задание {{ 28 }} ТЗ № 28
Использованмие в учебном процессе компьютерного задачника позволяет решать
педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
23. Задание {{ 29 }} ТЗ № 29
Использованмие в учебном процессе компьютерного тренажера позволяет решать
педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
стр. 72 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
24. Задание {{ 30 }} ТЗ № 30
Использованмие в учебном процессе компьютерного лабораторного практикума позволяет
решать педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
25. Задание {{ 31 }} ТЗ № 31
Использованмие в учебном процессе компьютерного справочника позволяет решать
педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
26. Задание {{ 32 }} ТЗ № 32
Использованмие в учебном процессе мультимедийного учебного занятия позволяет решать
педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
27. Задание {{ 33 }} ТЗ № 33
Использованмие в учебном процессе компьютерного учебного курса позволяет решать
стр. 73 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
28. Задание {{ 34 }} ТЗ № 34
Использованмие в учебном процессе компьютерного востановительного курса позволяет
решать педагогические задачи:
 Начальное ознакомление с предметной областью, освоение базовых понятий и
концепций
 Базовая подготовка на разных уровнях глубины и и детальности
 Выработка умений и навыков решения типовых практических задач по данной
предметной области
 Выработка умений анализа и принятия решений в нестандартной проблемной
ситуации
 Развитие способностей к определенным видам деятельности
 Проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых
объектов
 Восстановление знаний, умений и навыков
 Контроль и оценивание уровней знаний и умений
Применение КСО
29. Задание {{ 35 }} ТЗ № 35
Формирование концепции и облика создаваемого продукта, специфицирование основных
функций и характеристик, детализация архитектуры, определение структуры,
содержательной направленности и глубины представления учебного материала
осуществляется на стадии:
 реализация КСО
 проектирование КСО
 концептуальное проектирование КСО
 подготовка КСО к распространению
30. Задание {{ 36 }} ТЗ № 36
Создание шаблонов (заготовок) типовых информационных компонентов компьютерной
обучающей системы, формирование структуры информационной базы и построение
прототипа приложения, реализующего основные функции и готового к наполнению
предметным содержанием осуществляется на стадии разработки КСО:
 Концептуальное проектированиеКСО
 Проектирование КСО
 реализация КСО
 Подготовка продукта к распространению
31. Задание {{ 37 }} ТЗ № 37
Последовательность этапов, осуществления концептуального проектирования
1: Разработка технико-экономического обоснования и технического задания
стр. 74 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
2: Анализ требований к знаниям и умениям
3: формирование психолого-педагогической стратегии и выбор дидактических приёмов
4: Выбор инструментальных средств разработки
5: Определение набора служебных функций и подходов к их реализации
6: Определение типов учебно-тренировочных задач и разработка схемы контроля знаний
32. Задание {{ 38 }} ТЗ № 38
Последовательность этапов, осуществления концептуального проектирования
1: Изучение подходов и анализов
2: Анализ требований к знаниям и умениям
3: формирование психолого-педагогической стратегии и выбор дидактических приёмов
4: Выбор инструментальных средств разработки
5: Определение набора служебных функций и подходов к их реализации
6: Определение типов учебно-тренировочных задач и разработка схемы контроля знаний
33. Задание {{ 39 }} ТЗ № 39
Последовательность этапов стадии проектирования при разработке КСО
1: Разработка элементов и шаблонов пользовательского интерфейса
2: Разработка шаблонов типовых информационных компонентов
3: Формирование структуры информационной базы
4: Разработка прототипа приложения
5: Разработка алгоритмов выполнения функций, не предусматриваемых используемыми
авторскими средствами
34. Задание {{ 40 }} ТЗ № 40
Последовательность этапов на стадии реализации КСО
1: Подготовка учебного материала и учебно-тренировочных заданий
2: Разработка компьютерных графических материалов
3: Формирование и интеграция информационных компонентов
4: Интеграция и комплексная отладка приложения
5: Разработка эксплуатационной документации
35. Задание {{ 41 }} ТЗ № 41
Последовательность этапов на стадии реализации КСО
1: Методическая обработка, согласование и редактирование учебного материала и учебнотренировочных заданий
2: Разработка компьютерных графических материалов
3: Формирование и интеграция информационных компонентов
4: Интеграция и комплексная отладка приложения
36. Задание {{ 42 }} ТЗ № 42
Последовательность этапов на стадии подготовки продукта к распространению
1: Разработка демонстрационной версии продукта
2: Разработка рекламных материалов
3: Разработка лицензионного соглашения
4: Разработка программы инсталяции и формирование дистрибутива продукта
5: Подготовка материала для распространения продукта
Представление информации
Видео
37. Задание {{ 46 }} ТЗ № 46
Основными параметрами видеодорожки являются:
 размер кадра
 глубина цвета
стр. 75 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
 частота следования кадров
 удаленность экрана
 разрешающая способность монитора
38. Задание {{ 47 }} ТЗ № 47
Трехмерный образ персонажа, действующий в виртуальном мире называется:
 Аватар
 Образ
 Модель
 Сцена
Графика
39. Задание {{ 18 }} ТЗ № 18 Тема 1-3-3
Графические компоненты по способу формирования изображения
 матричные
 векторные
 функциональные
 символьные
40. Задание {{ 19 }} ТЗ № 19 Тема 1-3-3
Изображения по способу формирования
Изображение представленнное двухмерным
Матричное
массивом (матрицей, растром) точек,
называемых пикселами
Изображение образованное совокупностью
Векторное
графических примитивов, соответствующих его
типовым элементам
Изображение построенное с помощью
Функциональное
графических средств приложения или устройства
отображения (диаграммы)
41. Задание {{ 20 }} ТЗ № 20 Тема 1-3-3
Форматы, относящиеся к графическим файлам
 BMP
 PCX
 GIF
 JPEG
 RTF
 TXT
 DOC
 XML
42. Задание {{ 43 }} ТЗ № 43
Изображение, которое может многократно выводиться на экран и удаляться с него при
наступлении определенных событий без смены текущего кадра или страницы, называется
Правильные варианты ответа: Сплайн; Сплайном;
Звук
43. Задание {{ 16 }} ТЗ № 16 Тема 1-3-4
Целями использования аудиокомпонентов в электронном учебнике являются:
 Голосовой вывод текста учебного материала
 Представление изучаемых объектов и процессов
 Создание рабочего настроеения, способствующего эффективному восприятию
учебного материала
стр. 76 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
 Отражение событий, связанных с функционированием компьютерного учебника
 Взаимосвязь многоуровневого представления рассматриваемых объектов
 Интеграция образов изучаемого объекта
44. Задание {{ 44 }} ТЗ № 44
Битрейт это:
 скорость передачи данных
 громкость звука
 подавление шумов в звуковом файле
 объем цифрового представления, приходящегося на единицу времени звучания
45. Задание {{ 45 }} ТЗ № 45
Форматы, относящиеся к звуковым файлам:
 WAV
 WMA
 MP3
 TGA
 PCX
 MAX
4.3. МАТЕРИАЛЫ ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ
4.3.1. ВОПРОСЫ К ЗАЧЕТУ
1. Цифровые образовательные ресурсы.
2. Новые информационные технологии и дистанционное обучении.
3. Системные, инструментальные и прикладные операционные среды.
4. Пользовательские интерфейсы операционных сред.
5. Текстовые и графические среды, мультимедиа.
6. Среды, ориентированные на программиста и конечного пользователя.
7. Организация обработки данных в операционной среде.
8. Объектно-ориентированный подход, его влияние на организацию обработки данных.
9. Реализация функций операционной среды как операций над объектами и множествами
объектов.
10. Классификация операционных систем. Объекты и функции операционных систем.
11. Функции интеллектуального интерфейса.
12. Проблема понимания. Система общения. База знаний. Решатель.
13. Состав архитектуры современной нформационно-аналитической системы.
14. Web-порталы.
15. Инструменты для извлечения, преобразования, загрузки и хранения данных в среде ETL.
16. Многомерный анализ данных.
17. Направления и перспективы применения мультимедиа технологии в профессиональном
образовании.
18. Место и роль информационных технологий в образовании.
19. Сетевой характер взаимодействия в образовании и науке. Информационная среда как
открытая система.
20. Глобальные компьютерные сети. Понятие о распределенной сети.
21. Структура глобальной компьютерной сети.
22. Технология WWW. Интернет как технология и информационный ресурс.
23. Виды поисковых машин. Структура и принцип работы поисковых машин. Поисковая
система Google.
24. Технология Wiki. Принцип работы свободной энциклопедии Wikipedia.
25. Понятие мультимедиа. Обзор типов мультимедийных приложений.
стр. 77 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
26. Понятие о мультимедийном комплексе (ММК). Программная и аппаратная часть ММК.
27. Понятие и классификация сред конечного пользователя. Концепция интеллектуального
интерфейса.
28. Обзор сред конечного пользователя, используемых в образовании и науке: MathCad,
Mathematica, Maple, MatLab.
29. Система Maple. Основные правила работы.
30. Типы переменных. Оценивание. Дерево выражений. Особенности работы с
символьными переменными.
31. Решение дифференциальных уравнений в Maple.
32. Графические возможности визуализации в пакете Maple.
33. Системы обработки и визуализации экспериментальных данных. Понятие о
корреляционной функции, быстрых преобразованиях Фурье.
34. Метод восстановления фазового портрета.
35. Обзор графических пакетов для визуализации данных. Пакет Gnuplot. Основные
возможности и принципы работы.
36. Использование ИКТ и ММК в науке и образовании. Веб-сайт как интерфейс ИК
системы. Дистанционная поддержка лекционных курсов.
5. ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ МИНИМУМ
Иформационная технология (information technology) р.technologie d'information информационная технология - совокупность методов, производственных и
программно-технологических средств, объединенных в технологическую цепочку,
обеспечивающую сбор, хранение, обработку, вывод и распространение информации.
информационные технологии предназначены для снижения трудоемкости процессов
использования информационных ресурсов.
Автоматизированная информационная технология (аит) - автоматизированная
информационная технология - информационная технология, в которой для передачи, сбора,
хранения и обработки данных, используются методы и средства вычислительной техники и
систем связи.
Аппаратное обеспечение (hardware) -аппаратное обеспечение - комплекс
электронных, электрических и механических устройств, входящих в состав системы или
сети.
аппаратное обеспечение включает:
- компьютеры и логические устройства;
- внешние устройства и диагностическую аппаратуру;
- энергетическое оборудование, батареи и аккумуляторы.
виртуальная реальность
virtual reality (vr)
Виртуальная реальность - высокоразвитая форма компьютерного моделирования,
которая позволяет пользователю погрузиться в искусственный мир и непосредственно
действовать в нем с помощью специальных сенсорных устройств, которые связывают его
движения с аудиовизуальными эффектами. при этом зрительные, слуховые, осязательные и
моторные ощущения пользователя заменяются их имитацией, генерируемой компьютером.
характерными признаками виртуальной реальности являются:
- моделирование в реальном масштабе времени;
- имитация окружающей обстановки с высокой степенью реализма;
- возможность воздействовать на окружающую обстановку и иметь при этом
обратную связь.
Мультимедиа (multimedia) -мультимедиа - совокупность компьютерных технологий,
одновременно использующих несколько информационных сред: графику, текст, видео,
фотографию, анимацию, звуковые эффекты, высококачественное звуковое сопровождение.
стр. 78 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
технологию мультимедиа составляют специальные аппаратные и программные средства.
Информационные ресурсы (information resources) фр.ressources d'information
информационные ресурсы - в широком смысле - совокупность данных, организованных для
эффективного получения достоверной информации.
информационные ресурсы - по законодательству рф - отдельные документы и
отдельные массивы документов, документы и массивы документов в информационных
системах: библиотеках, архивах, фондах, банках данных, других видах информационных
систем.
Обмен вычислительными ресурсами (peer-to-peer computing (p2p)) - обмен
вычислительными ресурсами - информационная технология, обеспечивающая возможность
обмена вычислительными и иными ресурсами между несколькими компьютерами,
подключенными к сети интернет.
домен (domain) домен - самая крупная структурная единица internet. обычно домен
соответствует стране или другой большая структуре. домены могут подразделяться на
поддомены, отражающие различные области интересов или ответственности. организовать
группы компьютеров в internet с помощью иерархии доменов позволяет служба имен
доменов dns.
стр. 79 из 81
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
Лист регистрации изменений и дополнений
№ раздела,
подраздела, пункта,
подпункта, к
которому относится
изменение
стр. 80 из 81
Дата
введения
изменения
Основание
(№, дата приказа)
Дата внесения
изменения
Подпись, лица
внесшего
изменение
050501.65
Рабочая программа
«Информационные технологии»
ЛИСТ
согласования рабочей программы
540500 – Технологическое образование
Специальность:
Дисциплина:
«Информационные технологии»
Форма обучения:
Очная, заочная
Учебный год
2011-12
РЕКОМЕНДОВАНА заседанием кафедры
ТиМПФТиП
Протокол №
от "
"
Ответственный исполнитель, заведующий кафедрой
ТиМПФТиП
наименование кафедры
г.
20
О.В. Сидоров
подпись
расшифровка подписи
Исполнители:
Ст. преподаватель
дата
А.В. Гоферберг
должность
подпись
расшифровка подписи
дата
должность
подпись
расшифровка подписи
дата
СОГЛАСОВАНО:
Заведующий кафедрой
наименование кафедры
подпись
расшифровка подписи
дата
наименование кафедры
подпись
расшифровка подписи
дата
Заведующий кафедрой
Председатель методической комиссии
Е.В. Ермакова
подпись
Заведующий библиотекой
расшифровка подписи
дата
Л.Б. Гудилова
подпись
расшифровка подписи
дата
Рабочая программа зарегистрирована в УМО под учетным № ___________
на правах учебно-методического электронного издания
Специалист УМО ____________________________
Личная подпись
стр. 81 из 81
М.В.Шустова
Расшифровка подписи
_______________
Дата
050501.65