Разработка обучающей программы по теме "Обыкновенные дифференциальные уравнения"
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
Введение
В последнее время немалая роль в обучении отводится компьютерным информационно-коммуникационным технологиям (ИКТ), так как с их помощью можно по-новому представить содержание учебного материала и организовать его изучение. При этом ИКТ выступают как новые интерактивные средства обучения, обладающие целым рядом дидактических достоинств и позволяющие качественно изменить методы, формы и содержание обучения [15], [26].
В Мурманском государственном техническом университете (МГТУ) внедрение информационных технологий обучения активно происходит в Институте дистанционного обучения (ИДО - это структурное подразделение МГТУ) и в начальной стадии на специальностях очной формы обучения. Использование электронных учебно-методических материалов (УММ), таких как конспект лекции (ЭКЛ), обучающие программы (ОП), модули поддержки изучения отдельных тем, наряду с классическими методами преподавания заметно усиливает учебный процесс и повышает его эффективность. Однако подготовка электронных УММ является трудоемким процессом, требующим совместного участия, как минимум, преподавателей-методистов и программистов-разработчиков программных продуктов.
Кроме этого, при проектировании и разработке электронных учебных ресурсов часто возникают технологические проблемы автоматизации решения учебных задач как следствие небольшого количества разработок в сфере высшего технического образования. Поэтому тема данной дипломной работы является актуальной как для кафедры ПО ВТ и АС МГТУ, так и для выпускника специальности ПО ВТ и АС, так как в техническом задании к ней поставлена прикладная задача образовательного назначения, для решения которой требуется широкое использование знаний, полученных при изучении ряда диiиплин программистского курса.
Проблемой для разработки электронных учебных материалов по ряду тем диiиплины Высшая математика является автоматическое распознавание основных математических структур (выражений, функций, уравнений, неравенств и т.д.) и соотнесение их типа с позициями некоторого списка. Так в теме Обыкновенные дифференциальные уравнения выбор метода получения общего решения дифференциального уравнения (ДУ) предваряет позиционирование заданной математической фразы как обыкновенного дифференциального уравнения, определение его порядка, отнесение к одному или нескольким из известных типов ДУ. Эти вспомогательные задачи имеют важное методическое значение для процесса обучения, поэтому программируемый модуль их автоматического решения является основным в данной дипломной работе. Для его проектирования потребовалось решение следующих вопросов:
а)анализ методов распознавания лексических особенностей текста, математического выражения или другого объекта и их доступность для решения задач символьного анализа;
б)выбор и реализация метода синтаксического анализа математического выражения или равенства на основе бинарных деревьев;
в)создание специализированного лексико-грамматического анализатора математических выражений для обеспечения корректного ввода ДУ в обучающую программу.
Цель дипломной работы сформулирована в техническом задании к ней как разработка программного продукта Обучающая программа по теме Обыкновенные ДУ, предназначенного для методической поддержки средствами ИКТ учебного процесса в МГТУ по диiиплине Высшая математика. Обучающие программы (ОП) являются основной формой современных электронных учебных ресурсов по математике, поэтому их структуру можно считать установившейся [5] и обычно включающей в себя следующие компоненты:
а)теоретический - чаще всего это электронный конспект лекций как совокупность структурированной информации с системой навигации и интерактивными обучающими элементами;
б)практический - включает в себя разбор примеров и задач по теме, а также самопроверку и контролирующие тесты;
в)экспериментальный - представляет собой некоторую креативную среду в виде программных модулей, обеспечивающих творческую работу студента с объектами изучения [4].
Для создания заявленной обучающей программы в соответствии с техническим заданием следовало разбить её на следующий комплекс задач:
а)разработка программного модуля распознавания математической информации для синтаксического разбора дифференциального уравнения iелью автоматического определения его порядка, типа, канонической формы и её параметров, метода решения;
б)разработка программного модуля, реализующего в символьном виде решение ДУ сведением их к интегралам;
в)создание программной оболочки, для отображения содержания ЭКЛ и для проведения тренинга и тестирования по основным задачам, связанным с решением ДУ;
г)разработка программного модуля автоматической генерации ДУ для тренинга и тестирования;
д)разработка справочной системы обучающей программы.
Результатом решения этого комплекса задач является программный продукт Обучающая программа Обыкновенные ДУ, в которую теоретический компонент введен как готовый ЭКЛ, а практически-экспериментальный компонент создан полностью в рамках разработки дипломного проекта.
Таким образом, объектом исследования в дипломной работе является процесс создания обучающих программ для применения информационно-компьютерных технологий в изучении диiиплины Высшая математика в МГТУ, а предметом исследования я