Автоматизация процесса обучения физике с использованием программы Mathcad Workbook

Использование компьютерной техники при рассмотрении физических процессов и явлений не является новым. На сегодняшний день существует множество программных комплексов – виртуальных лабораторий, в основном специализирующихся на определенных направлениях естественнонаучных дисциплин [1]. Этот вид лабораторных работ характеризуется численным моделированием физических явлений с их одновременной визуализацией средствами компьютерной графики [2].

Большинство имеющихся виртуальных лабораторных работ имеют в себе «неизменяемые части», что проявляется в невозможности изменить основную рабочую формулу рассматриваемого процесса (даже частично), внести в нее дополнительную переменную (которая может проявлять себя как флуктуации в процессах); однако возможно изменить лишь переменные, которые уже входят в запрограммированную на каком-либо языке формулу, ито, если эта возможность осуществлена.

На кафедре физики и общетехнических дисциплин Костанайского государственного педагогического института написана среда MathCAD Workbook, которая включает в себя возможности электронного учебника и интегрирована со средой математического моделирования MathCAD, осуществляющей визуализацию рассматриваемой модели. В рамках нашей программы проводятся вирту- альные лабораторные работы по оптике. Отличительной особенностью является то, что в ней осуществлена возможность проверки ответов студентов не в результате выборки ответа из нескольких вариантов, а в результате анализа вводимого текста при ответе (на основе фильтра ключевых слов), что, несомненно, освобождает преподавателя от рутинной работы проверки ответов.

MathCAD Workbook позволяет создавать описание, модели и входной контроль лабораторных работ на основе MathCAD, а также проводить эти работы, в том числе, проводить их одновременно по локальной сети.

Установка программы реализует возможность ведения учетных записей студентов, тестовый контроль и запись результатов выполнения в базу данных.

MathCAD Workbook написан на объектно-ориентированном языке Delphi 2005 с применением сторонних DLL-библиотек по работе с базами данных Microsoft Jet. Все программное обеспечение упаковано при помощи инсталлятора InstallShield. Загрузка сторонней среды MathCAD производится при помощи компонента OLE.

MathCAD Workbook состоит из двух частей:

• •    клиентская часть, включающая в себя основную возможность: проведение лабораторной работы;

• •    серверная часть, включающая в себя возможности панели управления

  Трибуна молодого ученого

  
  

  Автоматизация процесса обучения физике с использованием программы MathCAD Workbook

  
  

  И.М. Шевченко

  
  

программой MathCAD Workbook, предназначенная для преподавателя. После запуска клиентской части программы и авторизации в ней, студенту предоставляется возможность выбрать лабораторную работу из списка имеющихся. Сразу после выбора работы начинается отсчет времени, отведенного на работу, которое устанавливается в серверной части. Весь процесс работы с программой сопровождается своего рода сценарием изложенного на панели снизу в виде кнопок: теоретическая часть, входной контроль, физическая модель, выходной контроль.

В процессе выполнения работы студент читает ее теоретическое описание, проходит тестовый входной контроль к работе, выполняет саму модель работы (в интегрированной среде MathCAD) и проходит выходной контроль, после чего студенту выдается оценка с указанием допущенных ошибок.

Входной контроль работы состоит из трех теоретических вопросов с возможностью выбора ответа из четырех вариантов ответов. Важно отметить то, что дважды контроль пройти нельзя. Тест считается пройденным, если студенты правильно ответили на два вопроса из трех.

Модель работы выполняется в отдельном окне среды с загрузкой в нее рабочей оболочки MathCAD без возможности сохранения модели. Сама оболочка выполняет анимирование и визуализацию рассматриваемого физического процесса или явления. После выполнения работы студенту остается ответить на выходной контроль, состоящий из трех устных вопросов. Хочется отметить, что ответы на вопросы контролируются самой программой (на основе фильтрации ключевых слов), что, несомненно, вносит элементы автоматизации в процесс обучения.

Интерфейс клиентской части программы позволяет добавлять в систему новые работы (а также вместе с ними и контролирующие вопросы) и проводить их либо персонально (на одном компьютере), либо по локальной сети учебного кабинета.

При проведении работы по сети осуществляется синхронизация выполнения лабораторных работ, причем для единовременного выполнения можно выбрать не все компьютеры, а только некоторые из списка.

Если студент по какой-либо своей случайной ошибке закрыл окно программы или хочет по каким-либо причинам переделать требуемую работу, то повторный допуск к ней можно получить из серверной части. Серверная часть имеет возможность защиты паролем и защиты ключом, т. е. не может быть запущена без наличия зашифрованного файла на носителе.

Данная написанная среда позволяет максимально автоматизировать процесс обучения в вузе при проведении виртуальных лабораторных работ и способствует выработке у студентов навыков интегрирования и обработки полученной информации.