Об особенностях организации образовательных Internet-проектов с использованием Mathcad Calculation Server

Педагогические науки / 5. Современные методы преподавания

Ст. преп. Славинская Л.В., студент Петровский Е.Р.

Донецкий национальный технический университет (ДонНТУ), Украина

Об особенностях организации образовательных

Internet-проектов с использованием Mathcad Calculation Server

Информационно-коммуникационные технологии (ИКТ). ИКТ находят широкое применение для организации и проведения образовательного процесса в учебных заведениях различного уровня. В современных условиях ИКТ лежат в основе дистанционного обучения. Электронные образовательные ресурсы (ЭОР) занимают центральное место в распространении новых технологий обучения. Создание ЭОР не сводится к простому копированию печатных изданий на электронные носители информации.Для этого требуются новые подходы, наиболее полно учитывающие функциональные возможности современных ИКТ. Одним из основных видов ЭОР являются электронные учебно-методические комплексы (e-УМК). Эти комплексы должны включать совокупность средств, достаточных для самостоятельной учебной работы студентов при изучении учебной дисциплины или модуля.В составе e-УМК могут входить электронные учебники и задачники, виртуальные или реальные лабораторные практикумы, системы тестирования знаний, методические указания по использованию e-УМК. [1].

Интерактивные справочники. Перенос справочной информации c бумажных носителей в Интернет повышает оперативность ее поиска и удобство работы с нею. В отличии от ошибок и опечаток в источниках на «бумажных» носителях ошибки, обнаруженные на сайтах, выявляются и исправляются быстрее и незаметнее. Неотемлемой частью УМК являются интерактивные предметные справочники. Примером такого образовательного ресурса может служить «Универсальный интерактивный справочник по математике для инженеров» [2]. Он представляет собой структурированный набор справочных статей по всем разделам высшей математики, включенным в стандарт математического образования инженеров. Поиск справочной информации производится через оглавление и по предметному указателю. Справочные сведения представляются в традиционной математической нотации и снабжены аргументированными графическими иллюстрациями и многочисленными примерами. В состав справочника включены средства решения задач пользователя по приведенным в справочных статьях формулам с использованием Mathcad Application Server. «Универсальный интерактивный справочник по математике для инженеров» является справочным пособием и не требует специального методического сопровождения. Простой логичный интерфейс справочника позволяет работать с ним без специальных инструкций. Справочные статьи содержат расширения «Подробнее», «Примеры» и «Решить свою задачу». Расширение «Подробнее» содержит дополнительные, важные с точки зрения авторов факты. Расширение «Примеры» позволяет посмотреть множество примеров, поясняющих содержание справочной статьи. Расширение «Решить свою задачу» позволяет, не выходя из справочника решить задачу с использованием Mathcad Application Server.

Роль сетевых ресурсов в научно-технических расчетах. Особую популярность в образовательной, научной и инженерной деятельности приобретают расчетные Internet-серверы. Это могут быть как серверы, предназначенные для решения рутинных математических задач, так и системы автоматизации онлайн расчетов для решения частных задач (например, Онлайн Электрик, [3]).

Главным достоинством таких сетевых ресурсов является то, что нет необходимости приобретать (или скачивать) и устанавливать у себя на компьютере программное обеспечение, а можно проводить расчеты в режиме онлайн.

Mathcad Application Server (MAS). Математический пакет Mathcad позволяет быстро освоить работу на компьютере, не вдаваясь в тонкости программирования. Значительному количеству пользователей Mathcad нужен не для разработки собственных сложных алгоритмов, а для построения графиков, решения уравнений и систем (алгебраических, дифференциальных), несложной статистики и т.д. и т.п. Реализация решений задач в MathCad ведется на естественном математическом языке с привлечением мощного математического аппарата. Расчеты, выполненные в среде Mathcad, очень просто публиковать в Intermet по технологии MAS. Сервер MAS предоставляет возможности проведения расчетов разной степени сложности в режиме удаленного доступа. Связь же с этим сервером осуществляется через Internet: пользователь (клиент сервера) шлет на сервер свои данные и получает ответ. При этом у пользователя сохраняется полная иллюзия, что он открыл Mathcad-документ и работает с ним [4].

Прекрасным примером реализации возможностей MAS является расчетный сервер МЭИ (ТУ) [5]. Здесь можно найти интерактивные справочники, производить онлайн расчеты по общей теплоэнергетике, аналитической химии и т.д., а также познакомиться с технологией MAS (см. рис.1.)

Рисунок 1

Еще одним примером использования технологии MAS может служить образовательный ресурс Exponenta.ru [6]. Здесь собраны справочные и методические материалы по математическим пакетам MathСad, MathLab, Maple, Mathematica, Statistica, а также реализована возможность интерактивных вычислений (на основе технологии MAS). Ресурс Exponenta.ru является открытым проектом, в котором могут участвовать вузы, центры дистанционного обучения, другие заинтересованные организации и лица.

На рисунке 2 приведен пример онлайн расчета «Анализ двумерного нормального распределения», опубликованный на Exponenta.ru.

Рисунок 2

Подготовка Mathcad-документа к работе на Mathcad Application Server. Для того, чтобы MathCad-документ был доступен в сети его необходимо отредактировать, вставив в него элементы управления WebControl (см. рис. 3-4). Почему именно элементы WebControl, когда их несетевые аналоги предусмотрены в MathCad? Для функционирования WebControl не надо писать или редактировать программы на языках, поддерживающих технологию Active Scripting. Такие программы в сети нежелательны, т.к. в основном через них переносятся компьютерные вирусы.

Рисунок 3

Рисунок 4

На рисунке 5 приведен пример простейшего Mathcad-документа. Документ разделен на зоны для ввода исходных данных, расчета и вывода результата. Здесь в зоне «Исходные данные» вместо операторов присваивания для ввода значений γ и λ использованы текстовые поля Text Box и добавлена кнопка Submit (Recalculate). На рисунке 6 приведен этот же документ, но со скрытой зоной «Расчет».

Зоны Mathcad-документа можно использовать не только для структуризации документа, выделения его отдельных частей, но и для организации областей, которые пользователям запрещено модифицировать. Зоны можно не только скрывать и раскрывать, но и запирать или блокировать, т. е. закрывать для любого редактирования (Format/Area /Lock). Для такого случая предусмотрена защита информации от несанкционированного редактирования паролем (см. рис 7). Дл

Рисунок 5

Рисунок 6

запретить

Рисунок 7

дваЛюбая информация, введенная через Text Box воспринимается как текст (String).

В. Очковым совместно с Т. Гудманом была разработана методика ввода через текстовое окно массивов (векторов и матриц) и функций [4].

Рассмотрим пример пользовательской функции Str2VMat(s), предназначенной для преобразования последовательности символов в одномерный массив. Массив вводится в Text Box одной строкой (String). С помощью функции из строки выделяются подстроки, отделенные друг от друга пробелом. В состав подстроки могут входить цифры, знаки «-» и «.». Далее выделенные подстроки преобразуются в элементы массива. Выводится массив (Y) в транспонированном виде. Листинг пользовательской функции Str2VMat(s) приведен на рисунке 8.

Аналогично можно организовать и ввод матрицы.

Рисунок 8

Выводы. Технология MAS позволяет запускать на серверах Mathcad-документы и обращаться к ним дистанционно через Internet. Нет необходимости ставить на компьютер пользователя саму программу Mathcad нужной версии, где-то искать, проверять на отсутствие вирусов и запускать прикладные xmcd-файлы – достаточно подключить компьютер к Internet и обратиться к MAS-серверу через браузер. При этом можно изменять исходные данные и пересчитывать (распечатать, сохранить на диске) результаты. Сама же расчетная методика (набор формул в традиционной математической нотации), а также промежуточные данные могут быть либо открыты, либо закрыты полностью или частично. Новые расчетные методики быстро становятся доступны всем членам Internet-сообщества. Любые ошибки, опечатки, недоработки и допущения в расчете, замеченные как самим автором (разработчиком), так и пользователями, могут быть быстро исправлены. Незаметно для пользователей можно также модернизировать и расширять расчеты. Кроме того, технология MAS не исключает традиционной возможности скачивания с сервера самих Mathcad-документов для их расширения и модернизации [4].

Литература:

1. Информатизация инженерного образования: электронные образовательные ресурсы МЭИ. Выпуск 3 / сост.: Ю.В. Арбузов, Т.И. Болдырева, А.И. Евсеев и др.; под общ. ред. С.И. Маслова. —М. : Издательский дом МЭИ, 2008. — 424 с.

2. Справочник по высшей математике. URL: http://twt.mpei.ac.ru/math (дата обращения: 3.07.2012).

3. Онлайн Электрик. URL: http://www.online-electric.ru (дата обращения: 5.07.2012).

4. Инструкция разработчику on-line расчетных методик для Интернет в среде Mathcad. URL: http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/VPU_Book_New/mas/ From_WorkSheet_to_WebSheet.html (дата обращения: 15.06.2012).

5. РC МЭИ (ТУ). URL: http://twt.mpei.ac.ru/ochkov/VPU_Book_New/mas (дата обращения: 7.07.2012).

6. Exponenta.ru. URL: http://www.exponenta.ru (дата обращения: 4.07.2012).