Тел.: (812) 643-77-67 | Mail: fit.herzen.conf@gmail.com

Поиск по сайту

Григорьев А. П.,
Егоров В. С.,
Чернелевский А. О.

ГУАП, г. Санкт-Петербург

Разработка и внедрение в обучающий процесс военно-космической академии имени А. Ф. Можайского локального адаптивного автоматизированного комплекса для обучения по дисциплине «Теория полёта космических аппаратов»


Эта статья содержит основную информацию о разработке и внедрении локального адаптивного автоматизированного комплекса для обучения по дисциплине «Теория полёта космических аппаратов».

Grigoryev A. P.,
Egorov V. S.,
Chernelevsky A. O.

SUAI, St. Petersburg, Russia

Development and introduction into the training process of the A. F. Mozhaysky's Military-Space Academy of a local adaptive automated system for training in the discipline «The theory of spacecraft flight»

This article contains basic information about the development and implementation of a local adaptive automated system for training in the discipline «The theory of spacecraft flight».

С 2016 года на базе кафедры № 11 Санкт-Петербургского государственного университета аэрокосмического приборостроения под руководством начальника проектно-конструкторского сектора направления «Ракетно-космическая техника» АО «Конструкторское бюро «Арсенал» имени М. В. Фрунзе», соискателя, ассистента кафедры «Аэрокосмических измерительно-вычислительных комплексов» (кафедра № 11) Григорьева А. П. и специалиста ИТ компании Skynet Егорова В. С. ведется информационно-технологическая поддержка военно-космической академии имени А. Ф. Можайского по внедрению в обучающий процесс локального адаптивного автоматизированного комплекса по дисциплине «Теория полёта космических аппаратов».

Так как Академия имени А. Ф. Можайского является режимным специализированным высшим учебным учреждением министерства обороны с определенными ограничениями в части открытого доступа к сети Интернет, то при разработке комплекса ставилась задача создания, защищенного (безопасного) локального автономного средства проверки знаний учащихся.

Обучающий комплекс «Баллистик» (авторы Григорьев А. П., Егоров В. С., 2016 год) предназначен для организации локального (без выхода Интернет), автоматизированного (без непосредственного участия преподавателя), адаптивного (с учетом индивидуального уровня подготовки обучаемого), частично автономного (без установки дополнительного ПО и драйверов) обучения по дисциплине «Теория полета космических аппаратов», читаемой кафедрой «Навигационно-баллистического обеспечения применения космических средств и теории полета летательных аппаратов» в Военно-космической академии имени А. Ф. Можайского.

При разработке обучающего комплекса «Баллистик» были использованы: языки программирования JavaScript и PHP, база данных MySQL, элементы графики на базе CSS и кроссплатформенный универсальный http-сервер Apache [1].

В качестве программных языков разработчиками выбраны JavaScript и PHP [1], так как они позволили осуществлять контроль знаний в реальном масштабе времени, а также организовывать непрерывный мониторинг текущей успеваемости обучаемых. Язык JavaScript [1] обладает упрощенной структурой формирования программной составляющей, что позволяет быстро и на «месте» вносить корректировки и изменения в управляющую программу.

Под комплексом здесь и далее будем понимать ряд исполняемых файлов (сценариев), написанных на языке PHP [1]. Комплекс представляет из себя модульную структуру, состоящую из следующих основных частей: авторизационная, пользовательская, администраторская.

Авторизационная часть предназначена для идентификации пользователя (рис. 1), который желает пройти тестирование или же для идентификации администратора, осуществляющего работу в системе.

Рис. 1. Авторизационная часть комплекса «Баллистик»

Обучающий комплекс «Баллистик» используется для организации теоретического этапа обучения по дисциплине «Теория полета космических аппаратов» при рубежном (по отдельным главам учебного пособия) и итоговом (по всему учебному пособию) адаптивном контроле знаний, и пользовательская часть предоставляет возможность выбрать тот или иной контроль знаний, который зарегистрирован в системе. Пользователь проходит тест и получает полную детализацию своего непосредственного прохождения, за счет возможности ознакомления с отчетом (рис. 2).

Рис. 2. Пользовательская часть. Отчёт после прохождения контроля

Администраторская часть содержит ряд файлов (методические пособия для закрепления или повторения учебного материала, базы тестовых заданий) необходимых для работы с комплексом (рис. 3).

Рис. 3. Администраторская часть. Базы тестирования, методические пособия

Для хранения данных используется база MySQL [1]. Данный комплекс включает в себя системную базу из N баз, где N – количество зарегистрированных тестов.

В состав обучающего комплекса «Баллистик» входят:
1) электронное учебное пособие – С. А. Власов, П. А. Мамон «Теория полета космических аппаратов». Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, СПб, 2003. (в формате PDF);
2) система адаптивного контроля знаний;
3) авторский алгоритм адаптивного тестирования с применением «сложностной» (сложность последующего вопроса изменяется в зависимости от ответа на предыдущий: при правильном ответе – возрастает, при неверном – уменьшается) и «временной» (время, отведенное для ответа, варьируется: при правильном ответе – уменьшается, при неправильном – возрастает) адаптации;
4) моновариантная (с единственным правильным вариантом ответа на вопрос) база адаптивных тестовых заданий закрытого типа (с набором предложенных вариантов ответа), составленная по учебному пособию С. А. Власов, П. А. Мамон «Теория полета космических аппаратов». Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского, СПб, 2003.

Обучающий комплекс «Баллистик» работает в следующих режимах:
1) непосредственно с CD-диска (без установки на ПК);
2) с установкой на ПК (необходимо вставить CD-диск в CD-дисковод и запустить файл autorun).

Минимальные системные требования к аппаратной части компьютера при установке обучающего комплекса «Баллистик» на ПК: процессор Intel или AMD от 700 MHz, RAM от 128 Мб, размер свободного пространства жесткого диска от 50 Мб, видеокарта от 32 Мб, устройство чтения CD-диска, клавиатура, манипулятор типа «мышь».

После установки обучающего комплекса «Баллистик» для корректной работы требуется следующее стандартное ПО:
1) операционная система семейства Windows (не ниже чем Windows XP);
2) программа для чтения текстовых документов формата PDF;
3) программа для работы в сети Интернет (веб-браузер). Вид браузера значения не имеет;
4) программа для работы с текстовыми файлами формата .txt типа «Блокнот» (для чтения и работы с базами данных MySQL [1]).

В заключении хотелось бы отметить, что разработанный авторами статьи обучающий комплекс с 2016 года внедрен в учебный процесс военно-космической академии имени А. Ф. Можайского (акт реализации научных исследований, полученных в рамках диссертационных исследований на соискание ученой степени кандидата технических наук от 08 сентября 2016 г.).

Обучающий комплекс «Баллистик» активно эксплуатируется и рекомендован руководством кафедры «Навигационно-баллистического обеспечения применения космических средств и теории полета летательных аппаратов» для внедрения в учебный процесс различных структурных подразделений военно-космической академии имени А. Ф. Можайского.

Литература:
1. Никсон Р. Создаем динамические веб-сайты с помощью PHP, MySQL, JavaScript, CSS и HTML5. 3-е изд. – СПб.: Питер, 2015. – 688 с.: ил. – (Серия «Бестселлеры O’Reilly»)

Комментарии

  • Здравствуйте Иван Колбасин. Ваш вопрос показывает насколько Вы были невнимательны при изучении данной статьи и не знакомы с форматом платформы конференции. Так как объем статьи предполагает не более пяти страниц, физически невозможно описать все стороны какой-то актуальной проблемы, а лишь только обозначить и сказать о каких-то научно практических результатах. Возвращаясь к Вашему вопросу, нами (коллективом ГУАП) было рассмотрено только само внедрение комплекса и его ключевой состав. Целью статьи никоим образом не являлось обсуждение специфики Высшего военного образования, но указана причина замкнутости и стационарности комплекса (эта причина станет ясна, если бы Вы более внимательно изучите материалы статьи). Если у Вас возникнут более предрасположенные для дискуссии замечания просим Вас писать на электронный адрес « anatoliy.chernelevskiy@mail.ru » . Мы всегда рады обсудить любые по-настоящему критичные замечания, относящиеся к нашей научной деятельности. С уважением Чернелевский А. О.

  • 1. Здравствуйте Иван Колбасин. Ваш вопрос показывает насколько Вы были невнимательны при изучении данной статьи и не знакомы с форматом платформы конференции. Так как объем статьи предполагает не более пяти страниц, физически невозможно описать все стороны какой-то актуальной проблемы, а лишь только обозначить и сказать о каких-то научно практических результатах. Возвращаясь к Вашему вопросу, нами (коллективом ГУАП) было рассмотрено только само внедрение комплекса и его ключевой состав. Целью статьи никоим образом не являлось обсуждение специфики Высшего военного образования, но указана причина замкнутости и стационарности комплекса (эта причина станет ясна, если бы Вы более внимательно изучите материалы статьи). Если у Вас возникнут более предрасположенные для дискуссии замечания просим Вас писать на электронный адрес « anatoliy.chernelevskiy@mail.ru » . Мы всегда рады обсудить любые по-настоящему критичные замечания, относящиеся к нашей научной деятельности. С уважением Чернелевский А. О. 2. Здравствуйте Щербакова Елизавета Михайловна. Данный комплекс действительно характерен модульной структурой, которая позволяет производить непрерывную переналадку системы, если это требуется, адаптируя для разных как предметных областей, так и места физического применения. Критичных проблем с запуском сервера пока ни у кого из тех, кто активно эксплуатирует комплекс вызвано не было, зато его применение позволило осуществлять кроссплатформенность и бесшовную интеграцию при использование удаленного контроля. Сервер действительно на стационарном оборудовании всегда включен, его нагрузка на операционную систему минимальна (очень многие используют в домашних условиях виртуальный сервер и не испытывают проблем даже при минимальных конфигурациях «железа»). Вообще, комплекс обладает простотой работы, и может быть переделан под базой других языков программирования, в случае критической необходимости. На счет Административной части, действительно большая часть — это прорисовка оболочки и базы данных, а также материалы для теоретического изучения и восполнения знаний обучаемых, но базы не являются фиксированными, и имеют цифровую подпись содержащую число 33, лишь для удобства при эксплуатации и заполнения базы вопросов. Базы могут содержать неограниченное количество вопросов ограниченные количеством которое может внести эксперт (т. е. его теоретической базой). Разделение баз было сделано для прямого опроса по отдельным главам учебного материала и всего курса в целом, а также чтобы в случае нужды эксперт мог непосредственно проверить базу по отдельным ее элементам. Для переналадки комплекса под другую предметную область необходимо: а) изображение, если Вы хотите свой фон у комплекса; б) база ¬– преподаватель-эксперт должен составить базу вопросов по своей предметной области. Время же может разниться от нескольких минут до нескольких часов и зависит лишь от того как много вопросов и насколько быстро сможет придумать преподаватель-эксперт. Если наши объяснения были для Вас неубедительны и у Вас возникли еще вопросы для дискуссии просим Вас писать на электронный адрес « anatoliy.chernelevskiy@mail.ru » , мы будем рады ответить на них. С уважением Чернелевский А. О.

  • Интересная в целом статья. Только не совсем понятно, почему не рассмотрены должным образом характерные особенности получения высшего военного образования в целом? Не отражается специфика данной предметной области!

  • пишет:

    Добрый день. В настоящей статье рассматривается организация локального автоматизированного адаптивного обучения, непосредственно по дисциплине «Теория полета космических аппаратов», в задачи статьи входит описание принципа действия алгоритма работы программы и организации процесса обучения. Особенности получения высшего военного образования не являются принципиальным критерием при освещении работы комплекса.

  • Спасибо за интерес к статье и за вопрос! В рамках данной статьи рассматривается опыт внедрения в обучающий процесс ВКА им. А.Ф. Можайского комплекса, состоящего из электронного учебного пособия и системы контроля знаний. Собственно в основном рассматриваются спицифические специальные задачи, возникшие в процессе работы. Я и члены нашего авторского коллектива, посчитали данные задачи нетривиальными и актуальными. Так как комплекс применяется на теоретическом этапе подготовки, в рамках аудиторного и внеаудиторного мониторинга знаний, то вопросы специфики той или иной предметной области не затрагиваются, данные аспекты затрагиваются, как правило, на практическом и тренажерном этапах подготовки. Теоретический этап обучения в контексте классно-урочной формы, сводится к контролю усвоения теоретического материала переданного лектором в устной и/ или письменной форме, поэтому в данном конкретном случае, предложенные методы и алгоритмы инвариантны к предметной области и могут быть обобщены для решения широкого круга задач по контролю знаний как в рамках гуманитарных, специальных, технических, так и дисциплин естественно научного цикла...Это не принципиально

  • Как я поняла, данная статья отражает аспекты технологического внедрения описанного комплекса в обучающий процесс военно-космической академии А. Ф. Можайского, но так как система заявлена в виде комплекса, видимо предполагается модульная структура, как программирования, так и подключения отдельных элементов развертывания графики, обработчиков тестов и результатов. Хотелось бы понять, почему же применяется именно PHP? При серверном применении, при использовании дистанционной отработки, данный язык программирования можно отнести к достаточно высокому классу, но для применения в стационарном виде, как описано в виде локальной версии и при подключении виртуального сервера создает излишние трудности. Сервер должен быть всегда включен, комплексу видимо приходится при каждом запуске его разгонять. Это уже лишние нагрузки на аппаратах с минимальной памятью, хотя они и минимальны, при использовании малого объема данных. Как правило, если не применяется удаленное управление, используют JavaScript и разделенное объектное программирование, где используется прямое обращение к файлам. И мне немного непонятна часть названная Административной. На представленном рисунке указаны все стандартные файлы прогрузки графики. По составу и названиям (как я поняла) для каждого нового комплекса по разным предметам и направлениям, требуется, скорее всего, создавать базы с фиксированным количеством вопросов (в данном случае строго 33 (написано q33), и смущает то, что внизу отдельно база all, видимо базы не получилось автоматически свезти в одну форму при запросе), чтобы он работал (видимо, нет внутреннего, именно в комплексе захвата вопросов и материалов для изучения). Насколько быстро данный комплекс можно применить (реконструировать), например, при обучении физике и что именно требуется реконструировать в теле программной оболочки?

  • Здравствуйте Елизавета Михайловна! Спасибо за Ваши вопросы по технической части. Они действительно важны, хотя подробно и не были раскрыты в статье. Вы правильно заметили, что в данной системе применяется язык PHP. С одной стороны да, Вы правы, что применение для стационарного тестирования в теории кажется неоправданно и будет вызывать некоторый оверхэд по использованию ресурсов. Но если посмотреть на практике, то поднятие используемого в программном комплексе легковесного веб-сервера занимает несколько миллисекунд, а использование дополнительной памяти всего 4Мб. Даже на компьютерах с ограниченной памятью это не является сколько-то значимой проблемой. Но эти даже небольшие накладные расходы дают нам большие плюсы в плане универсальности и переносимости комплекса, а именно: 1) данный комплекс может запускаться, как стационарно, так и дистанционно (например, мы используем дистанционную версию комплекса для тестирования у нас в университете, про это у нас с коллегами есть несколько докладов), 2) кроссплатформенность комплекса, заменив веб-сервер можно запустить под linux или любой другой платформой. Что касается базы вопросов, q33 никак не связано с количеством вопросов в базе, их может быть сколько угодно, количество ответов на вопрос также никак не ограничено. Формат хранения вопросов простой и интуитивно понятен при редактировании, поэтому применить его в физике и любой другой научной сфере достаточно просто. Необходимо только создать в любом текстовом редакторе файлы с вопросами, в самом php-коде нужно будет только поменять текстовые ресурсы типа названия страниц и так далее. В будущем мы планируем вынести это в отдельный файл, чтобы сделать наше решение еще более универсальным.

  • Здравствуйте, Елизавета Михайловна. В дополнение к уже сказанному Виталием Сергеевичем! Изначально в соответствие с нашей концепцией любой комплекс или система обучения "пишется" с учетом требований дистанционности (возможности удаленного использования, для самодиагностики знаний) и адаптивности (самонастраивающаяся на уровень знаний конкретного обучаемого работающего с системой)…Таким образом заранее прописав некоторую «избыточность» - проще интегрировать данный комплекс в уже действующий обучающий процесс того или иного учебного заведения! Первый раз мы в своей практике столкнулись, с задачей искусственного «загрубления» функционала программного продукта… Требования «Можайцев» были достаточно строгими как в части безопасности, так и в части интуитивной понятности, простоты, дальнейшей возможности автономного (без привлечения нас как разработчиков) расширения…Поэтому основным лейтмотивом на стадии внедрения – звучало – безопасность и простота…В такой постановке, мы просто урезали возможности своего «каркаса»…Как говорят хирурги: «Проще отрезать, чем пришивать и/или перешивать». Для реконструкции под новую предметную область – требуется изменить только базу адаптивных тестовых заданий (АТЗ), добавить в виде файла электронное учебное пособия (файл PDF, WORD и пр.), по желанию изменить фон…Из собственного опыта отмечу, что основная нагрузка связана с проектированием базы АТЗ и напрямую зависит от ее размера…Для базы размерностью, приведенной в статье…время переналадки – 5-8 часов (параллельная работа 4-х человек по занесению вопросов в базу)

Оставьте свой комментарий