Geum.ru

Концепция программно-методического продукта «Лабораторный практикум по вычислительной математике»

Вид материалаПрактикум
2.2Аккуратный подход к использованию математического пакета
2.3Методические материалы в практикуме
2-4 перечня вариантов
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6

2.2Аккуратный подход к использованию математического пакета


Общепризнано, что писать вычислительные программы в мат. пакетах на порядок быстрее, чем на языках программирования (при условии, что пакет известен человеку в той же мере, что и язык). Преимущество наблюдается не только во встроенных в пакеты высокоуровневых средствах визуализации и ввода/вывода, но и в библиотеках математических функций, которые делают реализацию численных методов очень компактной. Соответственно, использование мат. пакета сильно экономит как время на разработку лаб (типа «готовая программа»), так и учебное время (на написание или редактирование программ студентами). Есть также очень полезные возможности мат. пакетов, которые вообще невозможно хорошо реализовать в обычных программах; к ним относятся, прежде всего, символьные вычисления. Кроме того, в случае использования пакета автоматически обеспечивается общность «лабораторной среды», благодаря которой студентам не надо учиться каждой программе-лабе. Открытость кода программ в мат. пакете позволяет студентам лучше разобраться с тем, как реализуется предлагаемая им теория. Сами по себе навыки работы в широко известном мат. пакете многие студенты признают полезными и с удовольствием их приобретают (чего нельзя сказать о навыках использования «самодельных» программ кафедры). Работа в пакете является также крайне полезной для подготовки студентов к выполнению НИР на многих базовых кафедрах (пакеты используются при выполнении 15-30% бакалаврских дипломов – как в МФТИ, так и в других вузах).

Тем не менее, нецелесообразно использовать математический пакет в качестве единственного средства реализации лаб. Это обусловлено следующими факторами:
  1. В вузах России существует большое количество практикумов по вычислительной математике на математических пакетах, поэтому показать новизну данного практикума будет затруднительно (если не использовать ничего кроме мат. пакета).
  2. Лицензии на мат. пакеты являются очень дорогими даже для учебных заведений, поэтому их применение может быть ограничено финансово-политическими факторами.
  3. Мат. пакеты изменяются (а также теряют конкурентоспособность) намного быстрее, чем обычные языки программирования, поэтому практикум, сделанный в формате определенной версии какого-либо пакета, во-первых, требует довольно частого перевода на новые версии пакета (раз в 3-4 года), а во-вторых, может через несколько лет потерять привлекательность вместе с потерей пакетом своего места на рынке.
  4. Разработка готовых лаб на мат. пакете имеет следующий важный недостаток: практически невозможно обеспечить общий «каркас» всех лабораторных работ, который мог бы затем легко пополняться (в то время как это легко сделать за счет средств объектно-ориентированного языка программирования). В случае пакета для разработки новой лабы можно использовать лишь библиотеки функций, созданные при разработки предыдущих лаб; и отсутствие иных возможностей повторного использования кода замедляет развитие практикума.
  5. Достаточно большое время необходимо на освоение пакета в той мере, в которой это необходимо для написания студентом своей программы и даже для редактирования существующей программы (а такие формы лаб, как упоминалась выше, являются необходимыми для полноценного практикума).
  6. Для решения многих практических задач (на базовых кафедрах) мат. пакеты принципиально не подходят, поэтому не следует лишать студентов возможности познакомиться с вычислительными программами на обычном языке программирования.

Таким образом, мат. пакет как средство реализации практикума имеет как очень большие преимущества (в основном, с точки зрения скорости разработки и возможностей «красивой» демонстрации практикума), так и очень большие недостатки (в основном, с точки зрения дальнейшего использования практикума). Поэтому планируется достичь компромисса путем разработки лишь части практикума в мат. пакете, а остальной части – на обычном языке программирования. Более подробно распределение лаб практикума между этими двумя средствами обосновывается в разделе 3.5

2.3Методические материалы в практикуме


Методические материалы практикума (прежде всего, указания студентам по выполнению лаб) формируются на базе существующего (печатного) сборника лабораторных работ по вычислительной математике. Материалы (тексты) разрабатываются в некотором смысле отдельно от реализующих лабы программ, чтобы можно было использовать их независимо (в частности, при переиздании сборника или при публикации в виде электронного учебника/задачника на сайте). Однако оформляются они в том формате, в котором их можно непосредственно использовать в справочной системе лаб (программ). Таким форматом (пригодным как для справочной системы, так и для сайта) служит формат HTML.

Предлагается в каждой лабораторной иметь следующие разделы справки:
  • «Учебник» – краткое описание задачи и теории ее решения, предваряемое абзацем аннотации к задаче и завершаемое списком литературы, на которую должны быть ссылки в тексте теории.
  • «Задание» – часть старого «задачника», содержащая общую постановку задачи студентам без указания конкретных названий методов, значений параметров и т.п.
  • «Варианты» – а) четко выделенные из старого «задачника» и из других источников перечни методов и параметров задачи/методов, которые подлежат варьированию (в зависимости от варианта или в рамках одного варианта);
    б) 2-4 перечня вариантов, каждый из которых может быть либо перечнем отличий данного варианта от других (часто варианты различаются решаемой системой уравнений), либо перечнем указаний о том, что и как нужно варьировать (какие из всех методов использовать, какие параметры в каком диапазоне изменять);
    в) перечни «учебных маршрутов», каждый из которых представляет собой комбинацию из пунктов перечней пункта б); (этот пункт необязателен, поскольку преподаватель может легко получить сам большое число комбинаций вариантов). Пункты б) и в) принципиально не включаются в данный раздел, если лаба носит «не слишком учебный» («профессиональный») характер – см. разделы 2.1 и 3.5.
  • «Решение» – раздел справки, не относящийся к методическим материалам и получаемый из «математического» описания требований к программе.
  • «Интерфейс» – раздел справки, не относящийся к методическим материалам и получаемый из «интерфейсного» описания требований к программе.
  • «Вопросы» – требуемые при сдаче контрольные вопросы по темам «учебника».