Министерство образования Российской Федерации Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана

Вид материала

Содержание

Глава 4. электронный учебник по курсу «проектирование баз данных»
4.2. Разработка структуры обучающей программы
4.3. Разработка оболочки системы и меню
4.4. Разработка системы контроля знаний учащихся
4.5. Разработка микрофильмов
Пауза - проигрывание микрофильма приостанавливается, Дальше
4.6. Инсталляция обучающей программы и её запуск
Глава 5. учебно-методический комплекс
5.2. Формирование учебно-методического контента умк
5.2.2 Структура учебника УМК
Часть 2. Статистическая теория радиосистем

Подобный материал:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 ... 14

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНИК ПО КУРСУ

«ПРОЕКТИРОВАНИЕ БАЗ ДАННЫХ»

Руководитель работы д.т.н., проф. Григорьев Ю.А.

4.1. ВВЕДЕНИЕ

Целью проекта является разработка обучающей компьютерной программы по курсу "Проектирование баз данных", обеспечивающей повышение доступности, эффективности и качества обучения соответствующей учебной дисциплине в рамках учебно-методического комплекса в системе открытого образования. В задачу создания компьютерной программы входит изучение учащимися фундаментальных основ по курсу баз данных, а также освоение ими принципов и средств проектирования систем на основе баз данных.

Содержание разрабатываемой обучающей программы должно соответствовать требованиям Государственного общеобразовательного стандарта по направлению подготовки дипломированного специалиста 654600 – Информатика и вычислительная техника. В составе компьютерной программы должны быть предусмотрены средства для изучения теоретических материалов, современных пакетов прикладных программ, поддерживающих этапы проектирования баз данных, а также средства контроля знаний учащихся.

Проект рассчитан на два года (2003 - 2004 г.). Ниже приводится отчёт о работе за 2003 г., выполненной в соответствии с пунктами 1 - 4 технического задания.

4.2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ ОБУЧАЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ

На первом этапе была разработана структура курса и сценарий работы обучающей программы. Курс состоит из глав, разделов и пунктов. Ниже приведена структура курса на уровне глав и разделов.

1. Основы построения баз данных

1.1. Роль и место баз данных в составе АСУ

1.2. Архитектура баз данных

1.3. Модели данных

Контрольные вопросы

2. Ручное проектирование инфологической схемы базы данных

2.1. Сущности и связи

2.2. ER-диаграмма в нотации Чена

2.3. Абстракции агрегации, обобщения и ассоциации, используемые при проектировании баз данных

Контрольные вопросы

3. Нормализация схем отношений

3.1. Определения

3.2. Задача нормализации схем отношений

3.3. Основные операции реляционной алгебры

3.4. Функциональные зависимости и аксиомы Амстронга

3.5. Замыкание множества атрибутов

3.6. Покрытие множества функциональных зависимостей

3.7. "Хорошая" схема базы данных

3.8. Свойство соединения без потерь

3.9. Свойство сохранения зависимостей

3.10. Третья нормальная форма

3.11. Построение "хорошей" схемы базы данных

3.12. Практические приёмы нормализации схем отношений

Контрольные вопросы

4. Проектирование запросов к базе данных

4.1. Язык SQL

4.2. Язык описания данных

4.3. Извлечение данных

4.4. Обновление данных

Контрольные вопросы

5. Оптимизация запросов к базе данных

5.1. Последовательность оптимизации запросов

5.2. Законы реляционной алгебры

5.3. Построение логического плана

5.4. Пример построения логического плана

5.5. Порядок выполнения рассмотренного запроса на логическом уровне

5.6. Построение физического плана

5.7. Методы выбора записей из исходной таблицы

5.8. Порядок соединения таблиц

5.9. Методы соединения таблиц

5.10. Поиск физического плана с минимальной стоимостью

5.11. Пример построения оптимального физического плана

Контрольные вопросы

6. Обеспечение защиты данных в базе

6.1. Привилегии

6.2. Роли

Контрольные вопросы

7. Средства выявления требований к системе

7.1. Общая схема описания требований

7.2. Основные символы диаграммы потоков данных

7.3. Пакеты для описания требований

7.4. Организация работы с пакетом BPwin

7.5. Пример описания требований в пакете BPwin

Контрольные вопросы

8. Средства разработки схемы базы данных

8.1. Описание схемы базы данных

8.2. Проектирование логической схемы с помощью пакета ERwin

8.3. Проектирование физической схемы с помощью пакета ERwin

Контрольные вопросы

9. Выбор архитектуры системы на основе баз данных

9.1. Модели доступа к базам данных

9.2. Операционные системы

9.3. Системы управления базами данных

9.4. Средства разработки приложений

Контрольные вопросы

Приведённая выше структура может изменяться с целью улучшения качества обучения с использованием разрабатываемой программы. Следует отметить, что главы 3 и 8 уже реализованы (около 80 микрофильмов).

Работа программы осуществляется по следующему сценарию. Обучающая программа включает систему меню с активными пунктами на различных уровнях иерархии, микрофильмы с аудио/видео информацией и анимацией для различных разделов и пунктов курса, а также систему контроля знаний учащихся с вопросами, вариантами ответов и представлением результатов тестирования. Здесь используется трёхуровневое меню (главы, разделы, пункты), причём элементы меню всех уровней отображаться на экране в виде дерева. С каждым пунктом и разделом программы связан микрофильм.

При демонстрации микрофильма диктор за кадром объясняет выбранную тему, используя при этом указку (в виде стрелки) для наглядной иллюстрации изучаемого материала. Используются также и другие анимационные эффекты. Микрофильм позволяет объединить различные формы представления информации (текст, графику, анимацию, видео, аудио) в целостный образ и одновременно воздействовать на различные органы чувств учащегося, повышая качество обучения.

После изучения всех разделов главы курса учащийся должен ответить на контрольные вопросы. Он должен выбрать правильный ответ на предлагаемый вопрос. Далее обучающая программа автоматически переходит к следующему вопросу и т.д. Результаты тестирования отображаются по каждому разделу курса в виде диаграммы.

4.3. РАЗРАБОТКА ОБОЛОЧКИ СИСТЕМЫ И МЕНЮ

Обучающая программа выполняется под управлением Internet Explorer 5.5 SP2/6.0 SP1. Это позволяет использовать компоненты программы при обучении учащихся через сеть Internet/Intranet.

В головном html-файле применяется тег mytree, позволяющий разделить экран на две части: дерево-навигатор с пунктами меню и поле, где отображается материал курса

Дерево-навигатор описывается в файле tree.xml. Здесь определяются названия пунктов меню, их привязки к микрофильмам с материалом обучающей программы и другие опции. Микрофильмы реализованы с помощью продукта Flash Mx (Macromedia). После выбора в дереве раздела X.X запускается соответствующий микрофильм, где автоматически последовательно проигрываются все пункты X.X.X этого раздела. Из дерева можно вручную запускать и отдельные пункты любого раздела. Это бывает важно, если в каком-либо микрофильме встречается ссылка на некоторый пункт обучающей программы, материал которого необходимо вспомнить.

4.4. РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ УЧАЩИХСЯ

После изучения всех разделов какой-либо главы учащийся может проверить свои знания, выбрав раздел "Контрольные вопросы" этой главы .

На экране справа отображается вопрос с вариантами ответа. Учащийся должен выбрать правильный ответ. Далее система автоматически переходит к следующему вопросу и так далее. В обучающей программе предусмотрена случайная выборка N вопросов из M имеющихся для данной главы. Параметры N и M являются настраиваемыми. Такой способ контроля очень важен, т.к. обеспечивает разные наборы вопросов для различных входов в режим тестирования.

После ответов на N вопросов, связанных с какой-либо главой, система предлагает посмотреть результаты тестирования. После выбора раздела "Статистика по ответам" главы "Результаты" на экране отображается диаграмма с результатами ответов по каждой главе.

Эти результаты справедливы только для текущего сеанса работы обучающей программы. При новом запуске программы эти статистики сбрасываются в ноль.

4.5. РАЗРАБОТКА МИКРОФИЛЬМОВ

После выбора какого-либо раздела главы на экране автоматически проигрываются микрофильмы пунктов данного раздела. Переход к другому разделу обучающей программы выполняется вручную.

На изображаемый текст и графику накладывается звук и анимация, усиливающие эффект обучения. Если учащийся не вмешивается, то микрофильмы сменяют друг друга автоматически. Можно прервать последовательное изложение материала, воспользовавшись следующими кнопками:

Пауза - проигрывание микрофильма приостанавливается,

Дальше - проигрывание микрофильма возобновляется,

Завершить - проигрывание текущего микрофильма прерывается и выполняется переход к микрофильму следующего пункта раздела,

Меню - проигрывание микрофильма приостанавливается и на экране отображается список-меню пунктов проигрываемого раздела; здесь учащийся может перейти к любому пункту данного раздела,

Продолжить - возобновляется проигрывание текущего микрофильма, прерванного после нажатия кнопки Меню,

Выйти - проигрывание текущего микрофильма прерывается и на экране отображается список-меню пунктов проигрываемого раздела; здесь система ждёт дальнейших действий учащегося.

Для демонстрации работы пакетов, используемых при проектировании систем на основе баз данных (ERwin, BPwin и др.), применялся следующий приём.

Сначала с помощью продукта HyperCam (Hyperionics) "наигрывался" микрофильм в формате avi. HyperCam сможет записать все, что происходит на указанном участке экрана, а также звуковое сопровождение, проигрываемое одновременно в фоновом режиме с помощью программы WaveLab. Во время записи синхронно со звуковым сопровождением с помощью указателя мыши показывались требуемые элементы демонстрируемого пакета на экране, таким образом, поясняя озвучиваемый текст.

Затем этот avi-файл экспортировался во flash-микрофильм и включался в обучающую программу.

4.6. ИНСТАЛЛЯЦИЯ ОБУЧАЮЩЕЙ ПРОГРАММЫ И ЕЁ ЗАПУСК

После запуска файла start.phpl (в дальнейшем предполагается, что он будет запускаться автоматически после вставки CD-ROM в устройство) на экране появляется начальная заставка.

Для инсталляции некоторых продуктов, необходимых для работы обучающей программы, следует щёлкнуть мышкой по кнопке "Установка обучающего курса". На экране появляется окно, где предлагается выполнить следующие действия:

1. Обновить, в случае необходимости, Internet Explorer (на CD-ROM в папке SETUP\Internet Explorer 6.0 SP1 rus записана русская версия Internet Explorer 6.0 SP1).

2. Установить компоненты Internet Explorer для проигрывания flash-файлов (микрофильмов).

3. Установить компоненты Internet Explorer для просмотра файлов Authorware, необходимых для тестирования учащихся и просмотра результатов тестирования.

Затем следует щёлкнуть кнопку "Установка завершена". Появляется начальное окно программы, откуда можно запустить обучающую программу, щёлкнув по кнопке "Открыть обучающий курс". После этого на экране появляется окно обучающей программы.

Примечание. Результаты работы и фрагменты электронного учебника приведены в электронном приложении.

4.7. ЛИТЕРАТУРА

Романов А.Н., Торопцов В.С., Григорович Д.Б. Технология дистанционного обучения. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2000. - 303 с.

4.8. ИСПОЛНИТЕЛИ:

Григорьев Ю.А. – д.т.н., проф.
Бурдаков А.В. – к.т.н., доц.
Ревунков Г.И., - к.т.н., доц.

ГЛАВА 5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

«СТАТИСТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ РАДИОСИСТЕМ»

Руководитель разработки: д.т.н. профессор Цикин И.А.

5.1. ВВЕДЕНИЕ

Разрабатываемый учебно-методический комплекс (УМК) соответствует требованиям государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста 654200 – «Радиотехника».

Разрабатываемый УМК включает полную совокупность образовательных ресурсов, необходимых для самостоятельного изучения данной учебной дисциплины при консультационной поддержке преподавателя соответствующего учебного заведения. В составе УМК предусмотрены средства для регистрации учащихся, изучения теоретических материалов, компьютерного моделирования, а также средства контроля знаний и умений учащихся. Предусмотрены средства развития базового варианта УМК за счет включения новых объектов изучения или развития образовательных ресурсов, относящихся к объектам, уже включенным в состав комплекса.

Этап 2003 года предусматривал разработку состава и структуры УМК, выбор и обоснование используемых информационных технологий, а также создание ряда информационных, программных и технических образовательных ресурсов, включаемых в состав УМК.

При создании электронных учебных пособий, предназначенных для использования в системе открытого образования, необходимо учитывать специфику использования такого рода продуктов в сети Интернет: территориальную разнесенность участников учебного процесса, качество телекоммуникационных каналов, требования интерактивности при взаимодействии, возможность использования в рамках типового образовательного Интернет-портала и др. Поэтому при разработке программного обеспечения предпочтение отдается Интернет-ориентированным информационным ресурсам.

5.2. ФОРМИРОВАНИЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОГО КОНТЕНТА УМК

5.2.1.Основные требования

При создании УМК по дисциплине «Статистическая теория радиосистем» необходимо учитывать различия в объеме предшествующей подготовки студентов в рамках программ подготовки бакалавров, дипломированных специалистов или магистров в области статистической радиотехники, а также рабочих программ соответствующих дисциплин, принятых в различных вузах. Поэтому изучению собственно вопросов статистической теории РТС предшествует изложение необходимого материала, включаемого в раздел «Введение в статистическую радиотехнику».

При изучении курса «Статистическая теория радиосистем» важным является также понимание вопросов, связанных с аналитическими представлениями сигналов, спектральным анализом сигналов, спектральными представлениями решетчатых функций и дискретным преобразованием Фурье как базовыми сведениями для понимания проблематики современных цифровых методов реализации оптимальных устройств обработки сигналов. Поэтому соответствующие разделы также включены в разрабатываемый УМК.

Изложение собственно вопросов статистической теории радиосистем включает классические проблемы оптимальных стратегий принятия решений в РТС при обнаружении, различении и измерении параметров радиосигналов. За этим следует синтез оптимальных алгоритмов обработки сигналов, рассмотрение путей реализации этих алгоритмов и оценка их эффективности применительно к классическим примерам систем радиолокации, радионавигации и передачи сообщений.

Для облегчения восприятия учебного материала УМК строится на основе широкого применения методов визуализации и интерактивных элементов. Так, к числу наиболее трудно усваиваемых вопросов относится материал по разрешающей способности РТС и функциям неопределенности радиолокационных сигналов. Именно по этой причине в УМК предусмотено создание трехмерных интерактивных материалов, включающих примеры функций неопределенности различных сигналов (см. ниже).

5.2.2 Структура учебника УМК

Часть 1. Введение в статистическую радиотехнику

1. Статистические модели случайных явлений

1.1.Случайные величины

1.2.Совокупность случайных величин

1.3.Примеры некоторых часто встречающихся распределений

1.4.Условные функции распределения и плотности вероятностей

2. Модели преобразований случайных процессов

2.1. Преобразование плотностей вероятностей

2.2.Модели безынерционных преобразований случайных процессов

2.3.Функциональные преобразования двух случайных величин

2.4.Математическое ожидание и дисперсия функции случайных величин

2.5.Характеристическая функция случайной величины и ее применения

3.Случайные процессы

3.1.Вероятностные характеристики случайных процессов

3.2.Совместные распределения СП

3.3.Стационарность и эргодичность СП

3.4.Спектральные характеристики СП

3.5.Связь между корреляционной функцией и энергетическим спектром стационарного случайного процесса

3.6.Широкополосные и узкополосные СП

3.7.Взаимный энергетический спектр случайных процессов

3.8.Гауссовский случайный процесс

3.9.Относительно узкополосный гауссовский случайный процесс

3.10.Каноническое разложение случайного процесса

3.11.Марковские случайные процессы

3.12.Воздействие случайных процессов на линейные системы

4.Оптимальные линейные системы

4.1.Параметрическая оптимизация

4.2.Оптимизация по критерию максимума отношения сигнал/шум

4.3.Оптимизация по критерию минимума среднеквадратической ошибки воспроизведения полезного сигнала

5.Применение методов математической статистики

5.1.Области применения

5.2.Выборочное среднее

5.3.Выборочная дисперсия

5.4.Эффективные оценки параметров распределений генеральной совокупности

5.5.Метод наибольшего правдоподобия при параметрическом оценивании (метод Фишера)

5.6.Распределение выборочных среднего и дисперсии

5.7.Доверительный интервал оценки математического ожидания при известной генеральной дисперсии

5.8.Доверительный интервал оценки математического ожидания при неизвестной генеральной дисперсии

5.9.Доверительный интервал оценки дисперсии

5.10.Статистическая проверка гипотез

5.11.Оценка характеристик статистической связи случайных величин

Часть 2. Статистическая теория радиосистем

1.Представление сигналов

1.1. Спектр сигнала

1.2. Ряд Фурье

1.3. Обобщенный ряд Фурье

1.4.Аналитический сигнал

1.5. Огибающая и фаза сигнала

1.6. Комплексная огибающая

1.7. Об огибающей широкополосного сигнала

1.8. Преобразование формы сигнала при модуляции

2.Дискретизация непрерывных сигналов

2.1.Разложение непрерывных сигналов в ряд Котельникова

2.2. Погрешность разложения реальных сигналов в ряд Котельникова

2.3.Восстановление дискретизированных сигналов

2.4.Дискретизация и восстановление относительно узкополосных сигналов

2.5. Представление дискретизированных сигналов на комплексной плоскости

2.6. Дискретное преобразование Фурье

2.7. Быстрое преобразование Фурье

3. Корреляционные свойства сигналов

3.1.Разрешение сигналов и двумерная функция автокорреляции

3.2. Диаграммы неопределенности простых и сложных сигналов

3.3. Взаимнокорреляционные свойства сигналов