КАБАРДИНО-БАЛКАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Х.М. БЕРБЕКОВА
ИНИСТИТУТ ИНФОРМАТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ
КАФЕДРА СИСТЕМНОГО АНАЛИЗА И КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ УПРАВЛЕНИЯ
ОТЧЕТ ПО НИР
«Моделирование функционирования тракта данных»
Выполнил: , магистр 1 года обучения
Направление: 09.04.01 «Информатика и вычислительная техника»
Магистерская программа «Сети ЭВМ и телекоммуникации»
Научный руководитель:
Нальчик - 2015
Введение
Обучением в настоящее время занято так много людей, что любое усовершенствование педагогического процесса, ведущее к экономии человеческих сил и времени, немедленно привлекает к себе всеобщее внимание. В то же время ни одно из них не изменяло место педагога в учебной работе. Попытки совершенствования педагогического процесса делали ставку именно на "ручной" труд педагога, требуя от него все большей отдачи интеллектуальных и физических сил. Этим и объясняется тот факт, что подобные дидактические системы не смогли получить достаточного распространения на практике, хотя и несомненно способствовали развитию педагогической науки.
Программированное обучение является качественно новой дидактической системой, развитие которой началось в 1926 г., когда С. Пресси создал первую партию контролирующих автоматов. Далее, в 1961 г., Б. Скиннером и Н. Краудером были разработаны принципы построения обучающих программ и созданы образцы автоматов для их реализации. К периоду 60-х годов относится возросший интерес к программированному обучению и в нашей стране.
Идеи программированного обучения явились естественным следствием объективного развития производительных сил общества на данном этапе. Характерная черта этого развития — автоматизация процессов труда. Главное значение в автоматизации процессов труда приобретают не сами процессы, а методы управления ими, ведущие к возможно более полному устранению непосредственного обмена информацией между человеком и машиной в процессе производства. Человек готовит управляющую информацию для работы машины заранее и вводит ее в виде программы, регулирующей работу машины. Такое программное управление работой машин оказывается неизбежным в условиях высоких требований к эффективности современного производства. Что-то подобное должно быть и в учебном процессе.
Благодаря уменьшению потока информации от "индивидуального" учителя к учащимся и существенному увеличению этого потока от "обобщенного" учителя (программы) улучшается управление процессом обучения. В результате повышается уровень обучения и сокращается разброс в успеваемости учащихся. Сочетание кибернетических и педагогических идей и создание системы программированного обучения оказывает влияние на весь учебный процесс, так как не только изменяет место и умножает возможности преподавателя в руководстве коллективом учащихся, но и повышает роль самих учащихся в процессе обучения. В программированном обучении делается упор на активизацию самостоятельной познавательной деятельности учащихся и предлагаются эффективные методы и средства для гибкого управления этой деятельностью. Поскольку, как показывает практика, создание учебных программ немыслимо без участия педагога, то ему предоставляется возможность критического пересмотра и усовершенствования стандартных программ обучения.
За годы компьютеризации создано огромное количество обучающих программ различного назначения и качества. Чаще всего такие программы создавались с чисто коммерческими целями в отрыве от педагогического процесса, т. е. без участия педагогов-практиков, что существенно сказалось на их качестве и эффективности.
Попытки разработать обучающие программы, отвечающие как методическим, так и психологическим требованиям являются весьма актуальными, а наиболее актуальными из них те, которые могли бы использоваться в курсах ВУЗов, поскольку именно здесь интенсивность обучения (увеличивается количество информации при сокращении аудиторных занятий) растет наиболее стремительно.
§1. Методы и средства представления обучающих материалов, иллюстрирующих работу ЭВМ
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.
Внедрение информационных технологий обучения активно происходит в Институте дистанционного обучения (ИДО) 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.
Обучающие программы (ОП) являются основной формой современных электронных учебных ресурсов по математике, поэтому их структуру можно считать установившейся 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.
Современный этап развития системы образования характерен тем, что с одной стороны мы имеем существенный рост объемов информации, который требуется «впитать» и осмыслить обучаемому, чтобы стать специалистом, соответствующим современным условиям. С другой же стороны имеется тенденция к сокращению времени обучения (например, двухступенчатая Болонская система). В этих условиях как никогда становится важным разработка тех способов и средств, которые могли бы повысить интенсивность процесса получения знаний - будь то аудиторные занятия, будь то самообразование.
Широкая доступность персональных компьютеров (ПК) позволяет коренным образом изменить сложившуюся систему образования. Низкая цена ПК позволяет использовать их не только в учебных заведениях, но и в качестве домашних обучающих устройств наравне с другой бытовой аппаратурой.
Известно, что применение средств программированного обучения позволяет повысить успеваемость учащихся и ускорить прохождение программного материала в среднем на 25...30% при существенном облегчении труда педагога. Необходимость применения средств программированного обучения диктуется следующими обстоятельствами [2]:
- при современной наполняемости групп преподаватель физически не в состоянии осуществлять принцип индивидуального обучения (между тем каждый учащийся, как показывает практика, нуждается в постоянном и непрерывном внимании для формирования у него полноценных интеллектуальных и профессиональных навыков);
- объем необходимых знаний достигает таких размеров, что обычные методы организации их подачи ведут к перегрузке учащихся малообоснованными сведениями, поверхностному усвоению фактов и, как следствие, потере интереса к обучению и резкому снижению его качества;
- с ростом объемов информации изменяется и ее структура и качество;
- значительный вес приобретают аналитические описания и выводы; в то же время педагог может опираться на методические средства и приемы, которые рассчитаны на более низкий уровень развития знания, остававшегося на относительно примитивном уровне описания фактов и явлений;
- несмотря на достигнутые успехи в области психологии обучения, их реализация имеющимися у педагога дидактическими средствами не представляется возможной;
- труд педагога остается одной из немногих областей человеческой деятельности, в которой до сих пор еще сохраняется "ручной" труд, неизбежно малопроизводительный, изнурительный и дорогой.
§2. Структура демонстрационно-обучающей программы
В работе представлена демонстрационно-обучающая программа «Двоичная арифметика», предназначенная для интерактивной демонстрации части одной из важнейших тем дисциплины «Организация ЭВМ и систем» – «Двоичная арифметика», показывающая как в АЛУ реализуются такие операции, как сложение, вычитание, умножение и деление двоичных чисел. Цель реализации данного проекта была подсказана его практической необходимостью в процессе обучения и проведения контрольных рейтинговых мероприятий.
Заключение
В настоящее время существует две точки зрения на процесс обучения в той его части, которая связана с выполнением лабораторных работ.
Одна из них заключается в том, что лабораторная работа по любой дисциплине должна выполняться на физическом уровне. Другими словами, если речь идет о схемотехнике, то обучаемый должен своими руками собрать некоторую схему и ее исследовать. Этот путь считается более дидактически правильным, поскольку обучаемый имеет дело не с компьютерными абстракциями, а с реальными схемами, генераторами импульсов, блоками питания и пр. Однако чтобы эффективно реализовать этот подход требуются специально оборудованных помещений, стендов и других комплектующих.
Кроме того подобное лабораторное занятие должно осуществляться непосредственно под контролем преподавателя или тьютора и не позволяет осуществить подобную работу самостоятельно в домашних условиях.
В подходе, который реализован в данной работе физическое устройство заменяется симулирующей программой. Такая программа позволяет не только собирать схему, коммутируя те или иные вентили, но и требует от обучаемого знаний того какие вентили следует выбирать.
Растиражированная программа позволит осуществлять выполнение данной лабораторной работы как в компьютерных классах, так и самостоятельно во внеаудиторных условиях.
Мы полагаем, что цель, поставленная при разработке данной программы исследования успешно достигнута. Программа выполняет поставленные задачи и может использоваться в лабораторных работах по дисциплинам «ЭВМ и ПУ» взамен использования физических стендов. Интерфейс программы является интуитивно понятным и позволяет углубить понимание устройства одного из основных элементов компьютера. В дальнейшем планируется усовершенствовать и расширить возможности программы, сделав ее как можно более универсальной и позволяющей собирать практически любую схему. Мы полагаем, что данная программа сделает изучение подобных схем более понятным и наглядным.
Литература
Компьютерная графика ч. II. Программирование графики. – Нальчик: Каб.-Балк. ун-т, 2003 Гук М., роцессоры Pentium 4, Athlon и Duron. - СПб.: Питер, 2002. - 512 c. Дейтел X., Дейтел П.. Как программировать на C++: Пер. с англ. - Москва: ЗАО "Издательство БИНОМ", 2010. 1024с. Архитектура ЭВМ. – СПб: БХВ-Петербург, 2006. Рекомендован УМО. Информационно-аналитические материалы по параллельным вычислениям (http://www. parallel. ru, http://www. ccas. ru, www. mcs. anl. gov). , Современные микропроцессоры, 3-е изд., перераб. и доп. - СПб.: БХВ-Петербург, 2003. - 440 с. Культин «C++ Builder в задачах и примерах». – СПб.: БХВ – Петербург, 2005. – 336 с.: ил. , Архитектура ЭВМ и вычислительных систем: Учебник: Форум, 2012 Система памяти ЭВМ (Функциональный подход). Учеб. пособие. СПб.: Изд. центр СПбГМТУ. 2002. 238 с Паттерсон Д, Дж. Хеннесси. Архитектура компьютера и проектирование компьютерных систем: Питер, 2012 г. – 10 экз. иппман. C++ для начинающих: Пер. с англ. 2тт. - Москва: Унитех; Рязань: Гэлион, 2010, 304-345сс, Организация ЭВМ и систем. – СПб: Питер, 2004. Допущен МО РФ в качестве учебника. труктурная организация и архитектура компьютерных систем. 5-е издание. - М.: Издательский дом "Вильямс", 2002. - 896 с. Сэвитч У. C++ в примерах: Пер. с англ. - Москва: ЭКОМ, 1997. 736с. рхитектура компьютера (+ CD-ROM): СПб, Питер, 2012 г. Хамахер K., 3.Вранешич, С. Заки. Организация ЭВМ. 5-е изд. – 10 экз. Хеннинг Дж. SPEC CPU 2000: определение производительности в новом тысячелетии (http://www. osp. ru/os/2000/07-08/178080/). , Организация ЭВМ и систем. – СПб: Питер, 2004. Допущен МО РФ в качестве учебника. Эллис M, Б. Строуструп. Справочное руководство по языку C++ с комментариями: Пер. с англ. - Москва: Мир, 2008. 445с. «C++ Builder в задачах и примерах». – СПб.: БХВ – Петербург, 2005. – 336 с.: ил.Приложение
Рис. 1. Главное окно программы «Тракт данных»
Рис. 2 Главное окно программы «Функционирование АЛУ»
Рис. 3. Ввод значений операндов в программе «Управление АЛУ»
