close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2323.Информационные системы

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Федеральное агентство по образованию
ГОУ ВПО Тульский государственный педагогический университет
им. Л.Н. Толстого
В.В. Персианов, Е.И. Логвинова
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Учебное пособие
Рекомендовано
Учебно-методическим объединением по специальностям педагогического образования
в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся
по специальностям 032100 – «Математика» и 030100 – «Информатика»
и другим междисциплинарным специальностям
Тула
2005
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ББК 32.973.233-018я7
П26
Рецензенты:
Кафедра прикладной математики и информатики Тульского
университета,
доктор физико-математических наук, профессор В.И. Иванов.
государственного
Кафедра естественнонаучных и математических дисциплин Тульского института новых
образовательных технологий,
кандидат технических наук, доцент Е.А. Машинцов.
Персианов, В.В.
П26 Информационные системы: Учебное пособие / В.В. Персианов, Е.И. Логвинова. –
Тула: Изд-во тул. гос. пед. ун-та им. Л.Н. Толстого, 2005. – 149 с.
Пособие предназначено для изучения дисциплины «Информационные системы» блока
«Дисциплины предметной подготовки» учебных планов. Содержание учебного материала
соответствует требованиям ГОС ВПО-2, предъявляемым к педагогическим
специальностям 032100 – Математика и 030100 – Информатика очной и заочной форм
обучения.
Пособием также могут пользоваться студенты, обучающиеся по специальностям 540200 –
Физико-математическое образование и 351500 – Математическое обеспечение и
администрирование информационных систем.
Пособие апробировалось авторами на факультете математики и информатики Тульского
государственного педагогического университета им. Л.Н. Толстого в 2004-2005 годах.
УДК 681.3.01(075)
ISBN 5-318-00561-8
Учебное издание
Логвинова Екатерина Ивановна
Персианов Вячеслав Венедиктович
ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Учебное пособие
для студентов педагогических вузов
(специальности: 032100 – Математика 030100 – Информатика)
Печатается в авторской редакции
2
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ОГЛАВЛЕНИЕ
Стр.
4
Введение
Раздел 1. Теоретические сведения (обзорные лекции)
1. Определение и классификация информационных систем
2. Моделирование образовательной области
3. Обеспечивающие информационные системы
4. Информационные системы организационного управления
5. Прикладные вычислительные системы
6. Системы открытого образования
5
5
19
38
55
70
87
Раздел 2. Практические занятия
1. Информационные процессы и системы
2. Обучающие информационные системы
3. Моделирующие информационные системы
4. Информационные системы организационного управления
5. Прикладные информационные системы
6. Информационные системы дистанционного обучения
109
109
110
111
112
113
114
Раздел 3. Лабораторные работы
1. Автоматизированное рабочее место
2. Обучающие информационные системы на компакт-дисках
3. Автоматизированная библиотека учебного заведения
4. Справочная информационная система учебного заведения
5. Диспетчерская обучающая система «Информатика»
6. Вычислительная система Mathcad
115
115
117
119
121
123
126
Раздел 4. Самостоятельные работы
1. Автоматизированная информационная система
2. Информационно-справочная система
3. Информационно-поисковая система
4. Автоматизированная обучающая система
131
131
11
133
134
Раздел 5. Контроль знаний
5.1. Тестовые задания
5.2. Контрольные работы
5.3. Вопросы к экзамену (зачету)
137
138
147
149
Литература
152
3
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ВВЕДЕНИЕ
Пособие предназначено для изучения дисциплины «Информационные системы»,
входящей в блок «Дисциплины предметной подготовки» учебных планов. Содержание
учебного материала соответствует требованиям ГОС ВПО-2, предъявляемым к
педагогическим специальностям.
Хотя информационные системы являются программным продуктом, они имеют ряд
существенных отличий от стандартных прикладных программ и систем. В зависимости от
предметной области информационные системы существенно отличаются по своей
архитектуре, функциям, реализации. Однако можно выделить ряд свойств, которые
являются для них общими.
Для решения прикладных задач можно применять различные программные системы, но
для того чтобы грамотно сформулировать и реализовать на компьютере эти задачи, надо
знать базовые положения теории информационных систем. В представленном пособии в
большинстве случаев эти положения излагаются с целью составить о них отчетливое
представление.
Значительное
внимание
уделяется
проблеме
использования
информационных систем в обучении.
Главная цель авторов – предоставление
информации, которую можно использовать при самостоятельном изучении дисциплины.
В пособие вошли материалы, апробированные авторами на факультете математики и
информатики Тульского государственного университета им. Л.Н. Толстого в 2004-2005
годах и материалы открытой отечественной и зарубежной печати (редакционная работа
выполнена Персиановым В.В., wpers@tula.net) .
Пособие включает 149 страниц текста, 21 иллюстрацию и состоит из пяти разделов:
теоретические сведения (обзорные лекции по базовым темам), методические планы для
практических занятий и лабораторных работ, задания для самостоятельных работ,
контрольные работы и тесты для контроля знаний.
При выполнении практических занятий и лабораторных работ можно пользоваться
примерами, записанными на магнитных носителях (в пособии указаны их адреса).
Пособие предназначено для студентов педагогических вузов обучающихся на стационаре
и заочном отделении по специальностям
032100 – Математика
и 030100 –
Информатика. Оно может оказаться полезным для студентов специальностей 540200 –
Физико-математическое образование и 351500 – Математическое обеспечение и
администрирование информационных систем, а также для аспирантов и преподавателей.
Электронную копию пособия можно приобрести на кафедре информатики и
вычислительной техники Тульского госпедуниверситета (300026, Тула, проспект Ленина,
125, корпус 4, ком. 308). Сетевая версия пособия выставлена на сервере университета
(http://www.tspu.ru.../ iwthost.../ infosystem_net).
4
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Тема 1. Определение и классификация информационных
систем
Содержание
1.1. Определение информационной системы. Выполняемые функции.
1.2. Классификация информационных систем.
1.3. Автоматизированные информационные системы.
Ключевые слова
Информационный процесс. Информационная система. Организационно-экономические
системы. Система управления. Экспертная система. Система обучения. Информационновычислительная система. Информационно-справочная система.
_____________________________________________________________________________
1.1. Определение информационной системы.
Выполняемые функции
1º. Понятие информационной системы.
2º. Процессы, протекающие в информационных системах.
3º. Этапы развития информационных систем.
_________________________________________________________
1º. Понятие информационной системы
Система (system – целое, составленное из частей; греч.) – это совокупность элементов,
взаимодействующих друг с другом, образующих определенную целостность, единство.
Архитектура системы – совокупность свойств системы, существенных для пользователя.
Элемент системы – часть системы, имеющая определенное функциональное назначение.
Элементы, состоящие из простых взаимосвязанных элементов, часто называют
подсистемами.
Организация системы – внутренняя упорядоченность, согласованность взаимодействия
элементов системы, проявляющаяся, в частности, в ограничении разнообразия состояния
элементов в рамках системы.
Структура системы – состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы,
определяющие основные свойства системы. Если отдельные элементы системы разнесены
по разным уровням и характеризуются внутренними связями, то говорят об
иерархической структуре системы.
Добавление к понятию система слова информационная отражает цель ее создания и
функционирования. Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку,
5
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
поиск, выдачу информации, необходимой в процессе принятия решений задач из любой
области. Они помогают анализировать проблемы и создавать новые информационные
продукты.
Информационная система — это взаимосвязанная совокупность средств, методов и
персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах
достижения поставленной цели.
Современное понимание информационной системы предполагает использование в
качестве основного технического средства переработки информации компьютера. Кроме
того, техническое воплощение информационной системы само по себе ничего не будет
значить, если не учтена роль человека, для которого предназначена производимая
информация и без которого невозможно ее получение и представление.
Необходимо понимать разницу между компьютерами и информационными системами.
Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются
технической базой и инструментом для информационных систем. Информационная
система немыслима без персонала, взаимодействующего с компьютерами и
телекоммуникациями.
В нормативно-правовом смысле информационная система определяется как
«организационно упорядоченная совокупность документов (массив документов) и
информационных технологий, в том числе и с использованием средств вычислительной
техники и связи, реализующих информационные процессы» [Закон РФ «Об информации,
информатизации и защите информации» от 20.02.1995, № 24-ФЗ].
2º. Процессы, протекающие в информационных системах
Информационный процесс – «процесс создания, сбора, обработки, накопления,
хранения, поиска, распространения и потребления информации» [Закон РФ «Об участии в
информационном обмене» от 04.07.1996, № 85-ФЗ].
Информационный ресурс – это отдельные документы и отдельные массивы документов,
документы и массивы документов в информационных системах (библиотеках, архивах,
фондах, банках данных, других видах информационных систем) [Закон РФ «Об участии в
информационном обмене»].
В нормативно-правовом аспекте документ определяется как зафиксированная на
материальном носителе информация с реквизитами, позволяющими ее идентифицировать.
Процесс документирования превращает информацию в информационные ресурсы.
Процессы, обеспечивающие работу информационной системы любого назначения,
условно можно представить состоящими из следующих блоков:
 ввод информации из внешних или внутренних источников;
 обработка входной информации и представление ее в удобном виде;
 вывод информации для представления потребителям или передачи в другую
систему;
 обратная связь — это информация, переработанная людьми данной организации
для коррекции входной информации.
6
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Информационные процессы реализуются с помощью информационных процедур,
реализующих тот или иной механизм переработки входной информации в конкретный
результат.
Различают следующие типы информационных процедур:
1. Полностью формализуемые, при выполнении которых алгоритм переработки
информации остается неизменным и полностью определен (поиск, учет, хранение,
передача информации, печать документов, расчет на моделях).
2. Неформализуемые информационные процедуры, при выполнении которых
создается новая уникальная информация, причем алгоритм переработки исходной
информации неизвестен (формирование множества альтернатив выбора, выбор одного
варианта из полученного множества).
3. Плохо формализованные информационные процедуры, при выполнении которых
алгоритм переработки информации может изменяться и полностью не определен (задача
планирования, оценка эффективности вариантов экономической политики).
Функции
информационных
подразделений,
создающих
и
поддерживающих
информационные системы (служба администратора): оповещение и обработка запросов;
поддержание целостности и сохранности информации; периодическая ревизия
информации; автоматизация индексирования информации.
В целом информационные системы определяется следующими свойствами:
1) любая информационная система может быть подвергнута анализу,
построена и управляема на основе общих принципов построения
систем;
2) информационная система является динамичной и развивающейся;
3) при построении информационной системы необходимо использовать
системный подход;
4) выходной
продукцией
информационной
системы
является
информация, на основе которой принимаются решения;
5) информационную систему следует воспринимать как человекомашинную систему обработки информации.
Внедрение информационных систем может способствовать:
 получению более рациональных вариантов решения управленческих задач за
счет внедрения математических методов;
 освобождению работников от рутинной работы за счет ее автоматизации;
 обеспечению достоверности информации;
 совершенствованию структуры информационных потоков (включая систему
документооборота);
 предоставлению потребителям уникальных услуг;
 уменьшению затрат на производство продуктов и услуг (включая
информационные).
3º. Этапы развития информационных систем
Этапы развития информационных систем и цели их использования представлены в
таблице 1.1.
7
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Первые информационные системы появились в пятидесятых годах. Они были
предназначены для обработки счетов и расчета зарплаты, а реализовывались на
электромеханических бухгалтерских счетных машинах. Это приводило к некоторому
сокращению затрат и времени на подготовку бумажных документов.
Таблица 1.1. Этапы развития информационных систем
Период
времени
1950-1960
годы
Концепция использования
информации
Бумажный поток
расчетных документов
1960-1970
годы
Помощь в подготовке
отчетов
1970-1980
годы
Управленческий
контроль процессов
Информация — стратегический ресурс, обеспечивающий конкурентное
преимущество
с 1980 года
по н/в
Вид информационных
систем
Электромеханические
бухгалтерские машины
Управленческие информационные системы для
производственной
информации
Системы поддержки
принятия решений
Стратегические информационные системы.
Автоматизированные
офисы
Цель
использования
Упрощение процедуры обработки
счетов и расчета
зарплаты
Ускорение процесса
подготовки
отчетности
Выработка рациональных решений
Выживание и
процветание
организации
Шестидесятые годы знаменуются изменением отношения к информационным системам.
Информация, полученная из них, стала применяться для периодической отчетности по
многим параметрам. Для этого организациям требовалось компьютерное оборудование
широкого назначения, способное обслуживать множество функций, а не только
обрабатывать счета и считать зарплату.
В семидесятых – начале восьмидесятых годов информационные системы начинают
широко использоваться в качестве средства управленческого контроля, поддерживающего
и ускоряющего процесс принятия решений.
К концу восьмидесятых годов концепция использования информационных систем вновь
изменяется. Они становятся стратегическим источником информации и используются на
всех уровнях организации любого профиля. Информационные системы этого периода,
предоставляя вовремя нужную информацию, помогают организации достичь успеха в
своей деятельности, создавать новые товары и услуги, находить новые рынки сбыта,
обеспечивать себе достойных партнеров, организовывать выпуск продукции по низкой
цене и многое другое.
1.2. Классификация информационных систем
1º. Типы информационных систем.
2º. Классификация по функциональному признаку.
3º. Классификация по уровням управления.
_______________________________________________________
8
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1º. Типы информационных систем
Фактографические и документированные информационные системы
Тип информационной системы зависит от того, чьи интересы она обслуживает и на каком
уровне управления. По характеру представления и логической организации хранимой
информации информационные системы подразделяются на фактографические,
документальные и геоинформационные.
Фактографические информационные системы накапливают и хранят данные в виде
множества экземпляров одного или нескольких типов структурных элементов
(информационных объектов). Каждый из таких экземпляров или некоторая их
совокупность отражают сведения по какому-либо факту, событию отдельно от всех
прочих сведений и фактов.
Структура каждого типа информационного объекта состоит из конечного набора
реквизитов, отражающих основные аспекты и характеристики объектов данной
предметной области. Комплектование информационной базы в фактографических
информационных системах включает, как правило, обязательный процесс
структуризации входной информации.
Фактографические
информационные
системы
предполагают
удовлетворение
информационных потребностей непосредственно, т.е. путем представления потребителям
самих сведений (данных, фактов, концепций).
В документальных (документированных) информационных системах единичным
элементом информации является нерасчлененный на более мелкие элементы документ и
информация при вводе (входной документ), как правило, не структурируется, или
структурируется в ограниченном виде. Для вводимого документа могут устанавливаться
некоторые формализованные позиции (дата изготовления, исполнитель, тематика).
Некоторые виды документальных информационных систем обеспечивают установление
логической взаимосвязи вводимых документов – соподчиненность по смысловому
содержанию, взаимные отсылки по каким-либо критериям и т.д.
Определение и установление такой взаимосвязи представляет собой сложную
многокритериальную и многоаспектную аналитическую задачу, которая не может быть
формализована в полной мере.
В геоинформационных системах данные организованы в виде отдельных
информационных объектов (с определенным набором реквизитов), привязанных к общей
электронной топографической основе (электронной карте). Геоинформационные системы
применяются для информационного обеспечения в тех предметных областях, структура
информационных объектов и процессов в которых имеет пространственногеографический компонент (маршруты транспорта, коммунальное хозяйство).
2º. Классификация информационных систем по функциональному
признаку
Функциональный признак определяет назначение подсистемы, а также ее основные цели,
задачи и функции. На рис. 1.1 представлена классификация информационных систем по
характеристике их функциональных подсистем.
9
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Информационные системы
Автоматизированные
системы (АС)
Системы поддержки
принятия решений
(СППР)
Информационновычислительные
системы (ИВС)
Информационносправочные
системы (ИСС)
Системы
обучения
Производственные
системы
Руководителя
Информационнорасчетные
Системы
делопроизводства
Системы программного обучения
Административные Должностного лица
системы
органа управления
Автоматизации
проектирования
Системы обеспечения деловых игр
Финансовые и
учетные системы
Оперативного
дежурного
Моделирующие
Автоматизированные архивы
Системы ведения
электронных карт
местности
Системы
маркетинга
Оператора
Проблемноориентированные
Справочные
картотеки
Тренажеры и тренажерные комплексы
Системы управления образованием
Системы научных
исследований
Рис. 1.1. Классификация информационных систем по функциональному признаку
В хозяйственной практике производственных и коммерческих объектов типовыми видами
деятельности, которые определяют функциональный признак классификации
информационных систем, являются производственная, маркетинговая, финансовая,
кадровая деятельность.
3º. Классификация информационных систем по уровням управления
Выделяют:
 информационные системы оперативного (операционного) уровня – бухгалтерская,
банковских депозитов, обработки заказов, регистрации билетов, выплаты зарплаты;
 информационная система специалистов – офисная автоматизация, обработка знаний
(включая экспертные системы);
 информационные системы тактического уровня (среднее звено) – мониторинг,
администрирование, контроль, принятие решений;
 стратегические информационные системы – формулирование целей, стратегическое
планирование.
Информационные системы оперативного (операционного) уровня
Информационная система оперативного уровня поддерживает специалистовисполнителей, обрабатывая данные о сделках и событиях (счета, накладные, зарплата,
кредиты, поток сырья и материалов). Назначение информационной системы на этом
уровне — отвечать на запросы о текущем состоянии и отслеживать поток сделок в фирме,
что соответствует оперативному управлению. Чтобы с этим справляться, информационная
10
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
система должна быть легко доступной, непрерывно действующей и предоставлять точную
информацию.
Задачи, цели и источники информации на оперативном уровне заранее определены и в
высокой степени структурированы. Решение запрограммировано в соответствии с
заданным алгоритмом.
Информационная система оперативного уровня является связующим звеном между
фирмой и внешней средой. Если система работает плохо, то организация либо не получает
информации извне, либо не выдает информацию. Кроме того, система — это основной
поставщик информации для остальных типов информационных систем в организации, т.к.
содержит и оперативную, и архивную информацию.
Информационные системы специалистов
Информационные системы этого уровня помогают специалистам, работающим с
данными, повышают продуктивность и производительность работы инженеров и
проектировщиков. Задача подобных информационных систем — интеграция новых
сведений в организацию и помощь в обработке бумажных документов.
По мере того как индустриальное общество трансформируется в информационное,
производительность экономики все больше будет зависеть от уровня развития этих
систем. Такие системы, особенно в виде рабочих станций и офисных систем, наиболее
быстро развиваются сегодня в бизнесе.
Информационные системы офисной автоматизации вследствие своей простоты и
многопрофильности активно используются работниками любого организационного
уровня. Наиболее часто их применяют работники средней квалификации: бухгалтеры,
секретари, клерки. Основная цель — обработка данных, повышение эффективности их
работы и упрощение канцелярского труда. Информационные системы офисной
автоматизации связывают воедино работников информационной сферы в разных регионах
и помогают поддерживать связь с покупателями, заказчиками и другими организациями.
Их деятельность в основном охватывает управление документацией, коммуникации,
составление расписаний и т.д.
Эти системы выполняют следующие функции:
 обработка текстов на компьютерах с помощью различных текстовых процессоров;
 производство высококачественной печатной продукции;
 архивация документов;
 электронные календари и записные книжки для ведения деловой информации;
 электронная и аудиопочта;
 видео- и телеконференции.
Информационные системы обработки знаний, в том числе и экспертные системы,
вбирают в себя знания, необходимые инженерам, юристам, ученым при разработке или
создании нового продукта. Их работа заключается в создании новой информации и нового
знания. Так, например, существующие специализированные рабочие станции по
инженерному и научному проектированию позволяют обеспечить высокий уровень
технических разработок.
Информационные системы тактического уровня (среднее звено)
Основные функции этих информационных систем:
 сравнение текущих показателей с прошлыми показателями;
 составление периодических отчетов за определенное время (а не выдача отчетов по
текущим событиям, как на оперативном уровне);
11
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

обеспечение доступа к архивной информации и т.д.
Системы поддержки принятия решений обслуживают частично структурированные
задачи, результаты которых трудно спрогнозировать заранее (имеют более мощный
аналитический аппарат с несколькими моделями). Информацию получают из
управленческих и операционных информационных систем. Используют эти системы все,
кому необходимо принимать решение: менеджеры, специалисты, аналитики. Например,
их рекомендации могут пригодиться при принятии решения покупать или взять
оборудование в аренду.
Характеристика систем поддержки принятия решений:
 обеспечивают решение проблем, развитие которых трудно прогнозировать;
 оснащены сложными инструментальными средствами моделирования и анализа;
 позволяют легко менять постановки решаемых задач и входные данные;
 отличаются гибкостью и легко адаптируются к изменению условий несколько раз в
день;
 имеют технологию, максимально ориентированную на пользователя.
Стратегические информационные системы
Развитие и успех любой организации (фирмы) во многом определяются принятой в ней
стратегией. Под стратегией
понимается набор методов и средств решения
перспективных долгосрочных задач. В этом контексте можно воспринимать и понятия
стратегический метод, стратегическое средство, стратегическая система.
В настоящее время в связи с переходом к рыночным отношениям вопросу стратегии
развития и поведения фирмы стали уделять большое внимание, что способствовало
коренному изменению во взглядах на информационные системы. Они стали
расцениваться как стратегически важные системы, которые влияют на изменение выбора
целей фирмы, ее задач, методов, продуктов, услуг, позволяя опередить конкурентов, а
также наладить более тесное взаимодействие потребителей с поставщиками. Появился
новый тип информационных систем — стратегический.
Стратегическая информационная система — компьютерная информационная система,
обеспечивающая поддержку принятия решений по реализации перспективных
стратегических целей развития организации. Известны ситуации, когда новое качество
информационных систем заставляло изменять не только структуру, но и профиль фирм,
содействуя их процветанию. Однако при этом возможно возникновение нежелательной
психологической обстановки, связанное с автоматизацией некоторых функций и видов
работ, так как это может поставить некоторую часть работающих в затруднительное
положение.
Прочие классификации информационных систем
Классификация по степени автоматизации
В зависимости от степени автоматизации информационных процессов в системе
управления фирмой информационные системы определяются как ручные,
автоматические, автоматизированные.
Ручные информационные системы характеризуются отсутствием современных
технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком.
Например, о деятельности менеджера в фирме, где отсутствуют компьютеры, можно
говорить, что он работает с ручной информационной системой.
12
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Автоматические информационные системы выполняют все операции по переработке
информации без участия человека.
Автоматизированные информационные системы предполагают участие в процессе
обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль отводится
компьютеру. В современном толковании в термин "информационная система"
обязательно вкладывается понятие автоматизируемой системы. Автоматизированные
информационные системы, учитывая их широкое использование в организации процессов
управления, имеют различные модификации и могут быть классифицированы, например,
по характеру использования информации и по сфере применения.
Пример 1.1. Роль бухгалтера в информационной системе по расчету заработной платы
заключается в задании исходных данных. Информационная система обрабатывает их по
заранее известному алгоритму с выдачей результатной информации в виде ведомости,
напечатанной на принтере.
Классификация по характеру использования информации
Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу
информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных
(информационно-поисковая система в библиотеке, в железнодорожных и авиакассах).
Информационно-решающие системы осуществляют все операции переработки
информации по определенному алгоритму. Среди них можно провести классификацию по
степени воздействия выработанной результатной информации на процесс принятия
решений и выделить два класса — управляющие и советующие системы.
Управляющие информационные системы вырабатывают информацию, на основании
которой человек принимает решение. Для этих систем характерен тип задач расчетного
характера и обработка больших объемов данных. Примером могут служить система
оперативного планирования выпуска продукции, система бухгалтерского учета.
Советующие информационные системы вырабатывают информацию, которая
принимается человеком к сведению и не превращается немедленно в серию конкретных
действий. Эти системы обладают более высокой степенью интеллекта, так как для них
характерна обработка знаний, а не данных.
Пример 1.2. Существуют медицинские информационные системы для постановки
диагноза больному и определения предполагаемой процедуры лечения. Врач может
принять к сведению полученную информацию, но и предложить иное решение по
сравнению с рекомендуемым системой.
Классификация по сфере применения
Информационные системы организационного управления предназначены для
автоматизации функций управленческого персонала. Учитывая наиболее широкое
применение и разнообразие этого класса систем, часто любые информационные системы
понимают именно в данном толковании. К этому классу относятся информационные
системы управления как промышленными фирмами, так и непромышленными объектами:
гостиницами, банками, торговыми фирмами и др.
Информационные системы управления технологическими процессами служат для
автоматизации функций производственного персонала. Они широко используются при
13
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
организации поточных линий, изготовлении микросхем, на сборке, для поддержания
технологического процесса в металлургической и машиностроительной промышленности.
Информационные системы автоматизированного проектирования предназначены для
автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов,
дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями
подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации
(чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование
проектируемых объектов.
Интегрированные (корпоративные) информационные системы используются для
автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от проектирования до
сбыта продукции. Создание таких систем весьма затруднительно, поскольку требует
системного подхода с позиций главной цели, например получения прибыли, завоевания
рынка сбыта и т.д. Такой подход может привести к существенным изменениям в самой
структуре фирмы, на что может решиться не каждый управляющий.
Классификация по способу организации
По способу организации групповые и корпоративные информационные системы
подразделяются на следующие классы:
 системы на основе архитектуры файл-сервер;
 системы на основе архитектуры клиент-сервер;
 системы на основе многоуровневой архитектуры;
 системы на основе интернет/интранет-технологий.
1.3. Автоматизированные информационные системы
1. Классификация автоматизированных информационных систем.
2. Виды обеспечения автоматизированных информационных систем.
_________________________________________________________________________________________________________
1. Классификация автоматизированных информационных систем
По направлению деятельности различают:




производственные системы;
административные системы (человеческих ресурсов);
финансовые и учетные системы;
системы маркетинга.
Производственные системы подразделяются на:
 автоматизированные системы управления производством;
 автоматизированные системы управления технологическими процессами;
 автоматизированные системы управления техническими средствами.
2. Виды обеспечения автоматизированных информационных систем
Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей,
называемых подсистемами.
Подсистема — это часть системы, выделенная по какому-либо признаку.
14
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность
подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном
признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими. Таким образом,
структура любой информационной системы может быть представлена совокупностью
обеспечивающих подсистем, среди которых обычно выделяют информационное,
техническое, математическое, программное, организационное и правовое обеспечение.
Различают:
 Программно-техническое обеспечение (платформа).
 Информационное обеспечение.
 Математическое обеспечение (иногда – алгоритмическое).
 Организационно-методическое обеспечение
Иногда объединяют математическое и программное обеспечение, иногда выделяют
лингвистическое обеспечение.
Информационное обеспечение — совокупность единой системы классификации и
кодирования
информации,
унифицированных
систем
документации,
схем
информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология
построения баз данных.
Назначение подсистемы информационного обеспечения состоит в своевременном
формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих
решений.
Базовые понятия информационной системы представлены на рис. 1.2.
Информация
Содержит
Сведения
Знания
Обрабатывается в виде
Данные
Представляет и
фигурирует в образе
Документ
(документированная
информация)
Агрегируется
Информационные
ресурсы
Организационно упорядочивается
(накапливается, хранится, обрабатывается)
Информационные
системы
Рис. 1.2. Базовые понятия информационных систем.
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Автоматизированная система – система, состоящая из персонала и комплекса средств
автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию
установленных функций.
Технологическое и организационное
воплощение информационного обеспечения
осуществляется в следующих формах:
 служба документационного управления;
 информационная служба;
 экспертно-аналитическая служба.
Унифицированные
системы
документации
создаются
на
государственном,
республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная цель — это обеспечение
сопоставимости показателей различных сфер общественного производства. Разработаны
стандарты, где устанавливаются требования:
 к унифицированным системам документации;
 к унифицированным формам документов различных уровней управления;
 к составу и структуре реквизитов и показателей;
 к порядку внедрения, ведения и регистрации унифицированных форм документов.
Для создания информационного обеспечения необходимо:
 ясное понимание целей, задач, функций всей системы управления организацией;
 выявление движения информации от момента возникновения и до ее
использования на различных уровнях управления, представленной для анализа в
виде схем информационных потоков;
 совершенствование системы документооборота;
 наличие и использование системы классификации и кодирования;
 владение методологией создания концептуальных информационно-логических
моделей, отражающих взаимосвязь информации;
 создание массивов информации на машинных носителях, что требует наличия
современного технического обеспечения.
Техническое обеспечение — комплекс технических средств, предназначенных для
работы информационной системы, а также соответствующая документация на эти
средства и технологические процессы.
Комплекс технических средств составляют:
 компьютеры любых моделей;
 устройства сбора, накопления, обработки, передачи и вывода информации;
 устройства передачи данных и линий связи;
 оргтехника и устройства автоматического съема информации;
 эксплуатационные материалы и др.
К настоящему времени сложились две основные формы организации технического
обеспечения (формы использования технических средств) – централизованная и частично
или полностью децентрализованная.
Централизованное техническое обеспечение базируется на использовании
информационной системе больших компьютеров и вычислительных центров.
в
Децентрализация технических средств предполагает реализацию функциональных
подсистем на персональных компьютерах непосредственно на рабочих местах.
16
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Перспективным подходом следует считать, по-видимому, частично децентрализованный
подход – организацию технического обеспечения на базе распределенных сетей,
состоящих из персональных и больших компьютеров для хранения баз данных, общих для
любых функциональных подсистем.
Математическое и программное обеспечение — совокупность математических методов,
моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы,
а также нормального функционирования комплекса технических средств.
К средствам математического обеспечения относятся:
 средства моделирования процессов управления;
 типовые алгоритмы управления;
 методы математического программирования, математической статистики, теории
массового обслуживания и др.
В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программные
продукты, а также техническая документация, рис.1.3.
К общесистемному программному обеспечению относятся комплексы программ,
ориентированных на пользователей и предназначенных для решения типовых задач
обработки информации. Они служат для расширения функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных.
Программное
обеспечение
Общее
Системное
Специальное
Прикладное
Системное
Профессиональное
Рис.1.3. Программное обеспечение информационной системы
Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ,
разработанных при создании конкретной информационной системы. В его состав входят
пакеты прикладных программ, реализующие разработанные модели разной степени
адекватности, отражающие функционирование реального объекта.
Техническая документация на разработку программных средств должна содержать
описание задач, задание на алгоритмизацию, экономико-математическую модель задачи,
контрольные примеры.
Организационное обеспечение — совокупность методов и средств, регламентирующих
взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе
разработки и эксплуатации информационной системы. Организационное обеспечение
создается по результатам предпроектного обследования организации.
17
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Организационное обеспечение реализует следующие функции:
 анализ
существующей системы управления организацией, где будет
использоваться информационная система, и выявление задач, подлежащих
автоматизации;
 подготовку задач к решению на компьютере, включая техническое задание на
проектирование информационной системы и технико-экономическое обоснование
эффективности;
 разработку управленческих решений по составу и структуре организации,
методологии решения задач, направленных на повышение эффективности системы
управления.
Правовое обеспечение — совокупность правовых норм, определяющих создание,
юридический статус и функционирование информационных систем, регламентирующих
порядок получения, преобразования и использования информации.
Главной целью правового обеспечения является укрепление законности. В состав
правового обеспечения входят законы, указы, постановления государственных органов
власти, приказы, инструкции и другие нормативные документы министерств, ведомств,
организаций, местных органов власти.
В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую
функционирование любой информационной системы, и локальную часть, регулирующую
функционирование конкретной системы.
Правовое обеспечение этапов разработки информационной системы включает типовые
акты, связанные с договорными отношениями разработчика и заказчика и правовым
регулированием отклонений от договора.
Правовое обеспечение функционирования информационной системы включает:
 статус информационной системы;
 права, обязанности и ответственность персонала;
 правовые положения отдельных видов процесса управления;
 порядок создания и использования информации и др.
Контрольные вопросы
1. Что такое информационные процессы?
2. Что такое информационная система?
3. Какими свойствами обладает информационная система?
4. Как можно классифицировать информационные системы?
5. Какие типы информационных систем существуют?
6. Что такое диалоговый режим?
7. Какие функции реализуются при информационном диалоге?
8. Что такое человеко-машинная система?
9. Что такое интерактивная информационная система?
10. Какие виды обеспечения вам известны?
18
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 2. Моделирование образовательной области
Содержание
2.1. Основы создания и применения информационных систем учебного назначения.
2.2. Интерфейс обучающих систем.
2.3. Автоматизированные обучающие системы.
Ключевые слова
Стандарт проектирования. CASE-средства проектирования. Методология RAD.
Интерфейс. Среда функционирования. Сценарий обучения. Модель образовательной
области. Модель обучаемого. Моделирование учебной среды. Программно-управляемое
обучение. Структурно-управляемое обучение.
___________________________________________________________________________
2.1. Основы создания и применения информационных систем
учебного назначения
1º. Концепция реформирования системы образования.
2º. Функции информационных систем учебного назначения.
3º. Общие положения по проектированию информационных систем.
________________________________________________________________________________________
1º. Концепция реформирования системы образования
Теоретическая концепция компьютерного обучения была разработана А.П. Ершовым.
Эта концепция включает в себя следующие положения (сохранен авторский стиль):
1. ЭВМ не просто техническое средство обучения, она является партнером человека на
всю жизнь.
2. Обучение общению с ЭВМ надо начинать как можно раньше.
3. ЭВМ не черный ящик, необходима творческая деятельность и реализация инициативы.
4. Школьная информатика в узком смысле – знания и умения, приобретаемые в связи с
ЭВМ в рамках отдельной дисциплины, в широком – весь круг проблем, изучаемых
учителями,
методистами,
инженерами
по
школьному
образованию
и
администраторами в связи с проникновением ЭВМ в школу.
5. Персональные ЭВМ, объединенные в локальные сети в пределах класса, являются
наиболее предпочтительными средствами компьютерного обучения.
6. Эмпирический путь внедрения компьютерной техники в практику обучения должны
быть отвергнуты с самого начала. Этап компьютеризации принципиально не
допускает использования метода проб и ошибок.
За годы рыночных преобразований в стране разработан ряд документов, направленных на
реформирование системы образования:
 «Концепция организационно-экономической реформы системы образования России»
(1998 год).
 «Федеральная программа развития образования на 2000-2005 годы» (утверждена
Федеральным законом в марте 2000 года).
19
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

«План действий Правительства РФ в области социальной политики и модернизации
экономики на 2000-2010 годы».
Концепция организационно-экономической реформы системы образования, разработанная
Комиссией по реформированию образования, основана на идеях:
 структурной перестройки системы образования;
 активной адаптации к рыночным условиям хозяйствования.
Принципиально важным остается формирование образовательной политики государства, в
которой определены цели, принципы, приоритеты образовательной деятельности и формы
ее государственного регулирования. Система образования рассматривается как один из
факторов экономического и социального прогресса общества, и ее целью провозглашается
формирование гармонично развитой, социально активной творческой личности. Одна из
важнейших задач реформы в условиях возрастания многообразия образовательных
программ и форм учебных заведений состоит в обеспечении государственных гарантий
качества образования, отвечающего заданным общественным стандартам.
Государственный контроль качества образования должен быть обязательным для всех
организационно-правовых
форм
образовательных
заведений,
включая
и
негосударственные. Он осуществляется через систему лицензирования, аттестации и
государственной аккредитации образовательных заведений, и, хотя эта система пока не
совершенна, без ее существования трудно было бы сохранить единство образовательного
пространства в стране. В этой связи довольно остро стоит проблема координации между
отдельными уровнями управления образованием.
Федеральная программа реформирования образования, разработанная Министерством
образования «Развитие единой образовательной информационной среды на 2002-2006
годы» провозглашает:
 сохранение, в основном, государственной системы образования;
 финансирование за счет бюджетов разных уровней.
2º. Функции информационных систем учебного назначения
Исходя из роли образования в жизни общества, традиционно выделяют следующие его
функции:
 культурно-историческая;
 социальная;
 социально-экономическая.
Содержание этих функций заключается в стабилизации и контроле над основными
параметрами культурной и социальной среды через направленное формирование
знаний, навыков, идеологических установок членов общества. Благодаря системе
образования осуществляется передача и накопление знаний, сохраняется
национальная культура, осуществляется подготовка человека к активному
включению в производственные и социальные связи.
Для индустриального общества характерна репродуктивная форма
обеспечивающая воспроизводство интеллектуальных ресурсов на
общественных стандартов, которые устанавливаются государством.
20
образования,
уровне тех
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Система образования как определенным образом организованная институциональная
структура выполняет в обществе следующие функции:
 воспроизводственная;
 развивающая;
 социальная;
 идеологическая.
Воспроизводственная (репродуктивная) функция образования заключается в обеспечении
стандарта общих и профессиональных знаний и умений членов общества, необходимого
для участия в процессе общественного производства, т.е. необходимого качества
человеческого капитала.
Развивающая (креативная) функция состоит в развитии интеллектуального потенциала
личности, ее способностей и инициативы, активизации психологических ресурсов,
творчества и саморегуляции.
Социальная функция реализуется через организацию широкого межличностного общения,
которое имеет место в образовательных учреждениях и которое приносит значительный
эффект с точки зрения перспектив дальнейшей профессиональной деятельности.
Различные формы профессиональной переподготовки и повышения квалификации
работающих кадров требуют разного сочетания функций образования. Важнейшее место в
них принадлежит процессам обучения в смысле обновления и расширения потенциала
знаний и профессиональных навыков.
В компьютеризированных формах образования процесс обучения предстает в виде
передачи информации, которая происходит уже не традиционным способом
дидактического обучения, а в виртуальном пространстве. Стало возможным
использование различных индивидуальных стилей представления материала на основе
комбинирования текстов, изображений, звукового сопровождения, задач и тестов.
3º. Общие положения по проектированию информационных систем
Стандарт ISO/IEC 12207 определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы,
действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания информационной
системы:
 основные
процессы (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация,
сопровождение);
 вспомогательные процессы (документирование, управление, верификация,
аттестация, аудит, разрешение проблем);
 организационные процессы (управление проектом, создание инфраструктуры
проекта, обеспечение жизненного цикла, обучение).
Разработка информационной системы включает в себя все работы по созданию
информационного и программного обеспечения в соответствии с заданными
требованиями. Разработка является одним из важнейших процессов жизненного цикла
информационной системы и, как правило, включает в себя стратегическое планирование,
анализ, проектирование и реализацию (программирование).
Под
моделью
жизненного
цикла
понимается
структура,
определяющая
последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач,
выполняемых на протяжении жизненного цикла:
21
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»


Задачная модель – разработка системы «снизу-вверх» от отдельных задач ко всей
системе.
Каскадная модель (рис. 2.1.) – разбиение разработки на этапы; переход на очередной
этап осуществляется после завершения работ на текущем этапе.
Теоретический процесс
Анализ
Проектирование
Реализация
Внедрение
Сопровождение
Реальный процесс
Рис. 2.1. Каскадная модель разработки информационной модели

Спиральная модель (рис. 2.2) делает упор на начальные этапы – анализ и
проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется
путем создания прототипов. Разработка итерациями отражает объективно
существующий спиральный цикл создания системы.
Спиральная модель проектируется в настоящее время по методологии быстрой
разработки приложений RAD (Rapiol Application Development): определение
требований, анализ, проектирование, реализация, внедрение.
Особенности: небольшая команда программистов (от 2 до 10 человек); тщательная
проработка; произвольный график (от 2 до 6 месяцев); повторный цикл во
взаимодействии с заказчиком.
II Анализ
III Проектирование
I Определение
требований
Версия 3
IV Реализация и
тестирование
Версия 2
Версия 1
V Интеграция
Рис.2.2. Спиральная модель разработки информационной системы
22
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
CASE-средства проектирования
За последние десятилетия сформировалось новое направление в программотехнике –
CASE (Computer-Aided Software/System Engineering; дословно – разработка программного
обеспечения информационной системы при поддержке/с помощью компьютера). Теперь
под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие
процессы создания и сопровождения информационных систем, включая анализ и
формулировку требований, проектирование прикладного программного обеспечения
(приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование,
обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также
другие процессы. CASE-средства вместе с системным программным обеспечением и
техническими средствами образуют полную среду разработки автоматизированной
информационной системы.
CASE-технология представляет собой методологию проектирования информационных
систем, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме
моделировать предметную область, анализировать эту модель на всех этапах разработки и
сопровождения системы и разрабатывать приложения в соответствии с
информационными потребностями пользователей. Большинство существующих CASEсредств основано на методологиях структурного (в основном) или объектноориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде
диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями
системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств.
Обычно к CASE-средствам относят любое программное средство, автоматизирующее ту
или иную совокупность процессов жизненного цикла и обладающее следующими
характерными особенностями:
 мощные графические средства для описания и документирования информационной
системы, обеспечивающие удобный интерфейс с разработчиком и развивающие его
творческие возможности;
 интеграция отдельных компонент CASE-средств, обеспечивающая управляемость
процессом разработки информационной системы;
 использование специальным образом организованного хранилища проектных
метаданных (репозитария).
Классификационные типы CASE-средств, в основном, совпадают с их компонентным
составом:
1. Средства анализа, предназначенные для построения и анализа моделей предметной
области.
2. Средства проектирования, поддерживающие наиболее распространенные
методологии проектирования и использующиеся для создания проектных
спецификаций.
3. Средства проектирования баз данных, обеспечивающие моделирование данных и
генерацию схем баз данных.
4. Средства разработки приложений.
5. Средства реинжиниринга, обеспечивающие анализ программных кодов и схем баз
данных и формирование на их основе различных моделей и проектных
спецификаций.
23
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Технология проектирования определяется как совокупность трех составляющих:
 пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических
операций проектирования (рис. 2.3);
 критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения
технологических операций;
 нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания
проектируемой системы.
Рис.2.3. Технология CASE-средства проектирования
Реальное применение CASE-технологии проектирования (как и любой другой)
требует выработки ряда стандартов (правил, соглашений), которые должны
соблюдаться всеми участниками проекта:
Стандарт проектирования. Стандарт оформления проектной документации.
Стандарт пользовательского интерфейса.
На сегодняшний день наиболее развитым CASE-средством является комплекс технологий
и инструментальных средств создания информационных систем, основанный на
методологии и технологии DATARUN. В состав комплекса входят следующие
инструментальные средства:
 CASE-средство Silverrun;
 средство разработки приложений JAM;
 комплекс средств тестирования QA;
 менеджер транзакций Tuxedo;
 комплекс средств планирования и управления проектом SE Companion;
 комплекс средств конфигурационного управления PVCS;
 объектно-ориентированное CASE-средство Rational Rose;
 средство документирования SoDA.
Промышленная версия приложения, разработанного с помощью JAM, включает в себя
следующие компоненты:
 исполняемый модуль интерпретатора приложения;
 экраны, составляющие само приложение;
 внешние
модули, поставляемые в виде текстовых файлов или в
перекомпилированном виде;
 файлы конфигурации приложения (терминал, системные сообщения).
24
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2.2. Интерфейс обучающих систем
1º. Цели и методы компьютерного обучения.
2º. Обучающие компьютерные модели и алгоритмы.
3º. Человеко-машинное взаимодействие.
____________________________________________________
1º. Цели и методы компьютерного обучения
Целевые установки компьютерного обучения:
1) формирование необходимых теоретических и практических знаний;
2) повышение общего уровня компьютерной, информационной и математической
грамотности;
3) формирование операционного стиля мышления учащихся;
4) умение использовать знания в области информатики в различных сферах
человеческой деятельности;
5) поиск и обоснование эффективных способов организации учебно-познавательной
деятельности;
6) синтез важнейших психологических, педагогических и собственно дидактических
закономерностей в организации учебно-воспитательной деятельности;
7) углубленный аналитический подход, связанный с апробацией и неизбежной
корректировкой некоторых традиционных педагогических, психологических и
дидактических положений с учетом опыта программированного обучения;
8) преодоление психологического барьера у потенциальных пользователей;
9) уплотнение времени предъявления «пробной» информации и четкая обратная связь
предъявителя информации (компьютера) с учащимся;
10) построение интегрированных курсов.
Педагогическая деятельность в условиях компьютеризации характеризуется следующими
аспектами:
 непрерывно возрастающая сложность компьютерных систем;
 принципиальная
ориентация
на
интегративное,
междисциплинарное
взаимодействие с другими областями научных знаний;
 интенсификация интеллектуальной деятельности, надежное информационное
обеспечение;
 оперативное обновление учебной информации на основе индивидуальных
особенностей каждого обучаемого.
Методы автоматизированного обучения:
программирование учебной деятельности; моделирование учебной среды; свободное
обучение; тестирование и информирование.
При программировании учебной деятельности управляющие воздействия на
обучаемого полностью детерминируются системой обучения. При организации
обучающего диалога в рамках учебного задания система может использовать
разнообразные факторы управления (правильность ответов обучаемого, время ответа,
предысторию работы обучаемого над учебным материалом, сложность задания,
различные модели обучения и т.п.). Различают программно-управляемое обучение и
автоматизированную проверку знаний.
25
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В процессе программно-управляемого обучения обучающая система выполняет
некоторую обучающую программу, в которой описываются подлежащие усвоению
знания, умения, навыки, а также алгоритмы овладения ими. Обучающая программа
строится из определенным образом связанных между собой кадров (квант информации,
предъявляемый обучаемому для усвоения или закрепления материала). Совокупность
кадров, связанных общим содержанием, образует единицы обучающей программы. По
способу связи кадров обучающая программа может быть линейной, разветвленной или
смешанной.
При автоматизированной проверке знаний основное внимание уделяется контролю
выполнения
обучаемым
заданий,
предъявляемых
системой.
Совокупность
контролирующих заданий с системой связей образуют контролирующую программу,
выполняемую обучающей системой.
В рамках моделирования учебной среды обучающая система представляет обучаемому
средства моделирования на компьютере объектов и явлений реального мира, с помощью
которых он познает конкретные свойства изучаемых объектов и явлений.
При свободном обучении система представляет учебный материал в соответствии с
указаниями обучаемого о тематике этого материала и способе работы с ним. Обучаемому
представляется доступ к формализованной структуре учебного материала и средства
управления работой с этим материалом.
Свободное обучение включает структурно-управляемое обучение, обучение принятию
решений и генеративное обучение.
В случае структурно-управляемого обучения учебный материал в обучающей программе
представляет собой некоторую иерархию структур данных. Для каждого уровня иерархии
определены локальная цель обучения и предпосылки ее достижения. Система
представляет обучаемому инициативу выбора уровня иерархии обучающей программы и
последовательность достижения локальных целей обучения.
При обучении принятию решений учебная информация представляет собой некоторую
совокупность ситуаций, организованную обычно в виде древовидной структуры данных.
Переход от одной вершины дерева к другой соответствует переходу от более общего
решения к более частному. Совокупность возможных ситуаций представляет собой
модель действий обучаемого (с точки зрения автора учебного материала).
Наиболее перспективным представляется генеративное обучение, которое строится на
основе взаимодействия модели обучаемого, представляющей его текущий уровень
знаний, и модели учебного материала, т.е. совокупности понятий и их связей, которую
должен усвоить обучаемый. Учебный материал при генеративном обучении организуется
обычно в виде семантических или прагматических сетей, либо в виде совокупности
процедур, хранящихся в базе данных и вырабатывающих ответ, сравниваемый с ответом
обучаемого.
Тестирование и информирование являются вспомогательными методами, которые могут
использоваться в каждом из основных методов и самостоятельно.
Тестирование выявляет индивидуальные психологические и профессиональные
характеристики обучаемого, а информирование позволяет обучаемому обращаться к
справочным данным с целью получения сведений по учебному материалу, средствам
общения с системой и т.д.
26
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Автоматизированное тренирование используется для выработки навыков выполнения
определенных мыслительных действий. Учебный материал организуется в виде банка
учебных заданий, для каждого из которых определены их класс и характеристики
ошибок, обычно допускаемых обучаемым.
Основные функции технологии обучения:
1) описательная – раскрывает существенные аспекты практического процесса обучения
(различный инструментарий, различные специальности);
2) объяснительная – выявляет эффективность различных компонентов обучения
(например, методов) и определяет оптимальные их комбинации;
3) проектировочная – требуется при описании процесса обучения на всех уровнях,
включая уровень педагогической реализации.
Диалог, в котором целью хотя бы одного из участников служит формирование знаний и
умений, называется обучающим диалогом. Простейшая форма обучающего диалога
используется в традиционных формах программированного обучения.
Отличительные черты (признаки) такого диалога:
 разбиение учебного материала на порции (дозы, шаги, кадры);
 сочетание информационных кадров с вопросами по теме кадра;
 оперативное объяснение ошибки или одобрение ответа;
 планирование последовательности предъявления кадров.
2º. Обучающие компьютерные модели и алгоритмы
Модель деятельности обучаемого, решающего задачу с помощью компьютера,
должна включать в себя следующие умения:









уяснение задачи, в результате чего определяется проблемная ситуация,
устанавливается структура данных и неизвестных;
разработка математической модели ситуации;
составление плана решения (в виде текста, блок-схемы, графа и т.п.);
выбор (разработка) алгоритма, наиболее эффективного для применения
компьютера;
составление программы в соответствии с алгоритмом;
отладка и тестирование программы;
проверка пригодности модели;
оценка эффективности принятого плана решения;
организация взаимодействия с компьютером.
Компьютерные модели включают множество аспектов моделируемой реальности,
обеспечивают большую гибкость при решении задач, позволяют управлять временем и
пространством, повторять или изменять ситуацию, дополнять модель графикой,
мультипликацией, звуковым сопровождением.
Учебные компьютерно-ориентированные задачи подразделяются на:
 задачи демонстрационного типа;
 задачи на качественное изучение явлений и процессов;
 задачи на моделирование (включая ситуативные);
 контрольно-тренировочные и контрольно-обучающие задачи;
 компьютерные игры-задачи;
 экспертные задачи, использующие искусственный интеллект (машины пятого
поколения, язык Пролог, базы знаний).
27
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В учебном процессе часто используется имитационное моделирование – имитация
поведения объекта, реальной среды, ситуации, процесса в динамике, отражение основных
характеристик и свойств.
Модель решения учебной задачи можно построить как систему из множества
операторов, обеспечивающих прохождение и переработку информации:











анализ текста и идентификация объектов;
установление отношений между идентифицированными объектами;
выявление задачной структуры;
поиск библиотечной структуры, аналогичной выявленной;
корректировка выявленной задачной структуры в соответствии с библиотечной (в
случае необходимости);
принятие плана решения задачи;
построение процедуры решения (в частности, алгоритма) в соответствии с
принятым планом;
выполнение операций, предписанных процедурой решения;
выработка эталона контроля и правил контроля;
контроль правильности решения;
корректировка задачи и процедуры решения (при необходимости).
Для реализации принципов индивидуального обучения обучающая система должна
включать модель обучаемого и модель предметной области, рис. 2.4.
Корректировка модели
Блок
корректировки
Содержание
Модель
обучаемого
Блок
отбора
материала
Модель
предметной
области
Генератор
задач
«Решатель»
задач
Вопрос
Ответ
Уровень
Обучаемый
Действие
Рис. 2.4. Обучающая система
В математике понятие алгоритма предусматривает точное предписание (т.е. набор
операций и правил их чередования), при помощи которого, начиная с некоторых
исходных данных, можно решить любую задачу фиксированного типа.
Механический алгоритм задает определенные действия, обозначая их в единственной и
достоверной последовательности, обеспечивая тем самым однозначно требуемый
(искомый) результат.
28
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вероятностный (стохостический) алгоритм дает программу решения задачи
несколькими путями или способами, приводящими к вероятному достижению результата.
Эвристический алгоритм – это такой алгоритм, в котором достижение конечного
результата программы действий однозначно не определено, вся последовательность
действий не обозначена, все действия исполнителя не выполнены.
Этот алгоритм основан на некоторых идеях стратегии поиска:
 выбор некоторого действия из множества возможных;
 осуществление выбранного действия;
 оценка ситуации;
 отбрасывание бесполезного действия;
 повторение выбора;
 окончание поиска, если достигнута конечная ситуация.
Использование эвристических алгоритмов подчас является единственным способом
решения неформализованных задач с помощью компьютера (выбор конструкции, формы
тела, стратегии обучения, управления объектом в условиях неопределенности и т.п.).
Методология решения задачи на компьютере в общем случае рассматривает совместную
«деятельность» человека и компьютера. Непосредственное решение задачи – это процесс
автоматического преобразования исходных данных в искомый результат в соответствии с
заданным алгоритмом.
3º. Человеко-машинное взаимодействие
Элементы теории диалоговых информационных систем
Состояние
информационной
среды
можно
охарактеризовать
преобразованиями:
 выполнение шага вычислений;
 присваивание значения;
 приведение вычисления;
 добавление нового вычисления.
следующими
Модель данных представляет собой множество имен доменов, между которыми указаны
связи. Манипулирование данными основано на прослеживании связей между доменами,
которые характеризуют модель данных, и связано с использованием переборных
алгоритмов.
Модель вычислений, используемая для генерации управляющих программ, состоит из
двух компонентов – модели среды и неупорядоченного множества вычислительных
процедур.
Модель среды представляет собой набор глобальных переменных, конкретные значения
которых отражают текущее состояние процесса обработки информации, позволяя
управлять генерацией программ.
Блок управления вычислениями позволяет по непроцедурному описанию, отражающему
информационные связи между прикладными модулями, формировать программу,
управляющую вычислительным процессом для решения задач пользователя.
Организация специального диалога пользователя с информационной системой при
вводе/выводе данных осуществляется в рамках блока общения и основана на моделях
29
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
документов. Представление моделей документов базируется на понятиях и связывающих
их отношениях.
Диалог, в котором целью хотя бы одного из участников служит формирование знаний и
умений, называется обучающим диалогом. Простейшая форма обучающего диалога
используется в традиционных формах программированного обучения.
Отличительные черты (признаки) такого диалога:
 разбиение учебного материала на порции (дозы, кадры, экраны, шаги);
 сочетание информационных кадров с вопросами по теме кадра;
 оперативное объяснение ошибки или одобрение ответа;
 планирование последовательности предъявления кадров.
Шаг диалога начинается с выдачи сообщения или вопроса системой. Для ввода ответов
при работе с компьютером используют следующие возможности:
 выбор из меню;
 ответ в форме да/нет;
 ответ по шаблону;
 ответ с ключевыми словами;
 свободно конструируемый ответ.
Диалоговая система должна обладать способностью к адаптации, чтобы видоизменяться
с учетом различных уровней подготовки пользователя, а также с учетом того, что один и
тот же пользователь неодинаково знаком со всеми свойствами системы.
Для реализации диалога разрабатывается интерфейс человек-компьютер. Он должен
включать тексты выдаваемых сообщений, заданий, правильных ответов. Эти
материалы могут генерироваться самой обучающей системой (методическая
оболочка).
Педагогический уровень реализации обучающей системы описывается в виде сценария
действий обучающей системы в каждый момент обучения.
Сценарий должен предусматривать:
 соотнесение
обучающих
воздействий
с
психолого-педагогическими
требованиями;
 конкретизацию действий в любой ситуации;
 способы реагирования системы на самые неожиданные действия обучаемого.
План разработки сценария описывается следующими действиями:
1. Формулирование замысла.
2. Вычленение основных объектов (субъектов) изображаемого мира.
3. Описание последовательности сцен (кадров), имеющих смысловое значение, и логики
переходов из одной сцены в другую.
4. Проработка модельных представлений объектов предметного мира, а также
возможных взаимодействий этих объектов друг с другом.
5. Детальная проработка сценария.
Стандарт интерфейса пользователя должен устанавливать:
 правила оформления экранов (шрифты, цветовая палитра), состав и расположение
окон и элементов управления;
 правила использования клавиатуры и мыши;
 правила оформления текстов помощи;
30
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»


перечень стандартных сообщений;
правила обработки реакции пользователя.
2.3. Автоматизированные обучающие системы
1º. Назначение Выполняемые функции Классификация.
2º. Особенности разработки и применения.
3º. Типовые автоматизированные обучающие системы.
_______________________________________________________________________
1º. Назначение Выполняемые функции Классификация
Использование обучающих комплексов на базе компьютерных автоматизированных
систем делает возможным рассмотрение в учебных целях современных задач
системотехники, информатики, программирования.
К таким вопросам можно отнести проблемную ориентацию обучения, моделирование
обучающих систем, работу с реальной информацией, разработку алгоритмических
предписаний, программирование в современных средах на современном инструментарии,
технологию проектирования и эксплуатации автоматизированных систем.
Возможность использования машинного хранения функций, информации, программ,
параметризованных запросов и сценариев работы делает возможным настройку
обучающей системы на выполнение конкретной учебной задачи.
Концептуальную основу обучающей системы можно охарактеризовать следующими
положениями:
 руководство обучением – предъявление обучаемому учебного материала и
обработка его ответов;
 история обучения (мониторинг) – регистрация материала, предъявляемого
обучаемому и его ответов;
 модель обучаемого – анализ текущего уровня знаний, умений и прогноз будущей
деятельности обучаемого;
 стратегия обучения – соотнесение систематизированного образа обучаемого с
обобщенными типами учебных воздействий и выбор очередного воздействия;
 генерация обучающих воздействий – выработка конкретного обучающего
воздействия, используемого в блоке руководства обучаемым.
Автоматизированная обучающая система – это человеко-машинная система,
состоящая из компьютера индивидуального или коллективного пользования,
комплекса технических, математических, программных, учебно-методических и
педагогических средств, предназначенная для автоматизации многих видов и форм
обучения в образовательном учреждении.
Возможности системы:
31
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1) в качестве средства деятельности учения она может освободить обучаемого от
ряда компонентов осваиваемой предметно-специфической деятельности
(ориентировочной, исполнительской, контрольной, корректировочной);
2) обладает неисчерпаемыми возможностями в отношении моделирования
изучаемых объектов и явлений;
3) самым непосредственным образом причастна к выбору продукта учебной
деятельности;
4) дает обучаемому оперативные указания относительно процедуры выполнения
составляющих учение актов;
5) берет на себя большой объем операций в процессе самообучения.
Под техническим обеспечением автоматизированной обучающей системы
понимается комплекс средств вычислительной техники, обеспечивающих
функционирование автоматизированных обучающих систем.
Под математическим обеспечением автоматизированной обучающей системы
понимается совокупность математических методов, моделей и алгоритмов для решения
учебных задач и обработки информации с применением вычислительной техники в
автоматизированных системах.
Под программным обеспечением автоматизированной обучающей системы
понимается совокупность программ для реализации целей и задач
автоматизированной системы, обеспечивающих ее функционирование.
Учебно-методическое обеспечение – это подлежащий усвоению учебный материал, т.е.
объяснительные тексты и инструкции, учебные и контрольные задания и вопросы для
проверки качества усвоения. В учебно-методическое обеспечение автоматизированной
обучающей системы включается и разработанный преподавателем-методистом сценарий
обучения, представляющий собой указания относительно процедуры управления учением
в тех или иных ситуациях, данные на языке инструкций для автоматизированной системы.
Этот вид обеспечения может содержать и методические указания для преподавателей,
проводящих занятия в компьютерном классе с автоматизированной системой.
Организационное обеспечение – это вся документация, определяющая график работы с
автоматизированной системой (расписание занятий, формы заявок на обслуживание
компьютерного класса, списки групп учащихся, инструкции по обращению с
техническими устройствами и т.п.).
Можно выделить следующие функции автоматизированной обучающей системы в
деятельности обучения:
1) выявление исходного уровня знаний и умений обучаемых, их индивидуальноличностных особенностей;
2) подготовка учебных курсов;
3) предъявление обучаемым учебного материала;
4) текущий контроль работоспособности и состояния познавательной деятельности
обучаемых, внесение необходимых коррекций;
5) завершающий контроль качества усвоения;
6) регистрация и статистический анализ показателей процесса усвоения по каждому
обучаемому и группе в целом.
32
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Классификация учебно-ориентированных компьютерных систем приводится на рис.2.5.
Учебно-ориентированные компьютерные системы
Системные
Языковые
операционные
системные
пакетные:
 жесткие
алгоритмичес универсальные кие
Информационные
Проблемные
«решатели»
таблицы
тренажеры
Моделирующие
операторные
исполнители
автоматизирован- интерпретационигры
ные
ные
справочные
интегрированные
компиляторы
демонстраторы
библиотечные
интеллектуальные
псевдокомпиляторы
редакторы
поисковые
локальные
терминальные
базы
экзаменаторы
Технические
генераторы
многомашинные
сетевые
Рис. 2.5. Классификация учебно-ориентированных компьютерных систем
2º. Особенности разработки и применения
Учебно-ориентированные компьютерные системы должны быть организованы так,
чтобы Учебно-ориентированные компьютерные системы должны быть организованы так, чтобы их применение вырабатывало у обучаемых потребности и
навыки, обеспечивающие регулярное и эффективное использование ими
компьютеров в дальнейшей практической деятельности. Поэтому в них должны
входить аналоги тех систем, которые уже нашли массовое применение в мировой
практике и имеют перспективу дальнейшего распространения.
Необходимо создавать у обучаемых прочные навыки применения компьютера как
инструмента решения разнообразных задач учебного и прикладного характера.
Прикладное обеспечение, связанное с решением определенного круга задач (конкретных),
должно возникать каждый раз заново, являясь продуктом совместной деятельности
обучающего и обучаемого.
При наличии тысяч «наивных» пользователей потребительские качества обучающих
компьютерных систем должны быть на самом высоком уровне.
Учебно-ориентированные компьютерные системы – это системы, обеспечивающие
применение вычислительной техники для предъявления учебной информации,
формирования и закрепления основных навыков учебной дисциплины, управления
обучением и анализа учебной деятельности.
33
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Технология проектирования учебно-ориентированных систем подчиняется общим
правилам и рекомендациям создания компьютерных систем общего назначения.
Создание
автоматизированных
информационных
систем
в
регламентируется «Комплексом стандартов и руководящих
автоматизированные системы» (ГОСТ 34.601-90).
нашей
стране
документов на
Можно выделить типовые этапы проектирования компьютерных обучающих систем:
 анализ цели: содержание, матрица требуемого поведения, поведенческие цели,
граф процесса учения;
 анализ учебного материала: предварительный анализ, детальный анализ;
 проектирование процесса обучения: выбор учебных целей, установление элементов
учебной деятельности, подготовка текстового и иллюстративного материала,
подготовка учебных заданий и правил их выполнения, конструирование наборов
элементов;
 разработка учебных игровых моделей: разработка учебной игры и определение
поведения обучаемого в процессе учения-обучения, распределение ролей между
обучающим и обучаемым;
 проектирование
программ обучающе-тренирующе-контролирующего типа:
режимы работы, формирование учебных заданий, оформление кадров (новый
материал, правила, инструкции), библиотека игр, компоновка учебной программы с
игрой;
 окончательная доработка проекта обучения: совершенствование плана урока,
подготовка средств обучения;
 работа на уроке: настройка и компоновка обучающей системы перед уроком,
работа в сети.
3º. Типовые автоматизированные обучающие системы
Справочные системы
Модель данных, определяющая хранимые структуры данных и операции над ними,
занимает центральное место в организации баз данных информационных систем. Вторым
важнейшим фактором является организация интерфейса пользователя с системой. В
общем случае задача интерфейса заключается в установлении связи пользователя с
информационной базой, в частности, за счет универсальных средств отображения
структур данных базы в пользовательское представление данных (и обратно).
Доступ к данным осуществляется в соответствии с их структурой, заданной описанием
данных, и представляет собой процедуру обхода вершин дерева данных. В процессе
обхода в текущей вершине можно производить определенные действия с данными:
читать и изменять данные, создавать новые вершины, удалять текущие вершины вместе с
их поддеревьями и т.д. При этом все выполняемые в процессе обхода дерева данных
движения представляют собой либо переходы, согласованные с иерархией дерева, либо
прямые переходы по ссылкам. Совокупность таких переходов называется траекторией в
дереве данных или в базе данных.
В соответствии с траекторией дерева данных выполнение запроса логически разбивается
на части, относящиеся к обработке групп данных различными процедурами.
Последовательность доступа к данным по траектории дерева данных определяет
последовательность выполнения процедур обработки, а наличие данных – сам факт
34
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
выполнения процедур (фактически доступ к данным управляет выполнением процедур).
Таким образом, запрос представляет собой сложную смесь считывания данных из базы и
выполнения процедур.
Диалоговый интерфейс обеспечивает и различные формы взаимодействия:
1) работа по сценарию;
2) работа с произвольными запросами;
3) работа по созданию сценария.
Работа по сценарию. Это – основной режим работы прикладных конечных
пользователей. Взаимодействие происходит на языке, состоящем из меню, команд и
бланков, подлежащих заполнению и выдаваемых по заданному сценарию. Сценарий
отражает профессиональные интересы пользователей и создается в понятных ему
терминах. В состав сценария включаются средства подсказки и обучения. Пользователю
не нужно знать структуру данных и изучать специальный язык манипулирования
данными. Сценарий создается администратором и оперативному изменению не
подлежит.
Работа с произвольными запросами. Это – режим работы пользователей-профессионалов
в сфере обработки данных. Такая форма взаимодействия доступна подготовленным
пользователям, знающим структуру информационной базы и язык манипулирования
данными. Пользователь может работать со схемой базы данных (определять, удалять,
изменять отношения) в пределах предоставленных ему полномочий. Для
манипулирования данными используется язык реляционного интерфейса. Диалог состоит
из запросов на языке реляционного интерфейса, команд управления и редактирования и
ответов на них, передаваемых через диалоговый интерфейс.
Работа по созданию сценария. Это – режим работы администратора. Сценарий работы
прикладных конечных пользователей создается администратором совместно с
прикладными пользователями. Формирование сценария ведется в диалоговом режиме. В
процессе работы администратор имеет возможность проверить созданный им сценарий и
оперативно откорректировать его. Администратор создает систему меню и связанных с
меню запросов, а также описывает экранные формы в соответствии с требованиями
конечных пользователей.
Диалог прикладного конечного пользователя задается иерархической системой меню,
содержащих описание последовательности работы в терминах определенной предметной
области.
Для
формулирования
запросов
пользователям
предоставляется
специализированный полноэкранный редактор. Стратегия диалога основана на концепции
контекстной помощи, чередующейся с запросами. Фрагмент, состоящий из ключевого
слова и связанного с ним текстового поля, становится самостоятельным объектом.
Укрупнение объектов редактирования позволяет ускорить обработку запросов, а
диалоговые средства работы с шаблонами снижают возможность случайного внесения
ошибок в текст запросов.
Пример 2.1. Автоматизированная справочная система для изучения языка КуМир –
Справка/КуМир.
Имеет разделы: основной текст KUMIR, задачи для интерпретатора INTERPRE, задачи
для исполнителя ISPOLNIT.
35
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В основном разделе содержатся сведения о диалоговой русскоязычной системе
программирования КуМир версии 3.60, разработанной производственным объединением
Инфомир. Назначение системы – освоение языка программирования КуМир (развитие
языка Е) и моделирование учебных миров, в которых функционируют исполнители.
Система записана в файле KUMIR.exe, подсказки – в файле KUMIRRUS.hlp, данные для
подсистемы меню – в файле KUMIRRUS.mnu. Для настройки системы используются
файлы TUNE.exe и TUNBOOST.bin. Для организации работы с системой используется
микрокоммандер МС.
В разделе интерпретатора содержатся типовые учебные задачи: текст задания (условие
задачи) и текст программы решения задачи.
В разделе исполнителей содержатся типовые учебные задачи для исполнителей системы
(Робот, Черепашка, ГраТекс, SYS, Вездеход, Куберия, Жизнь): текст задания (условие
задачи), текст программы управления исполнителем и описание мира, в котором
функционирует исполнитель.
Библиотечные системы
Свойства автоматизированной библиотечной системы:
 устранение значительной части примитивной или чисто канцелярской работы;
 устранение ошибок, попадающих в систему;
 постоянство информации внутри системы;
 быстрота ответов на запросы.
Виды обязательных услуг:
 беспорядочный перебор;
 информационный поиск;
 регулярное оповещение.
Беспорядочный перебор - пользователь не имеет в виду какую-то определенную
информацию или документ, а просто хочет «оглядеться вокруг» в поисках чего-нибудь
интересного.
Информационный поиск - пользователь периодически или случайно нуждается в
определенной информации или документации того или иного рода.
Регулярное оповещение - пользователь рассчитывает, что он будет информирован о всех
новых материалах, касающихся его конкретной области деятельности.
Одной из важных функций библиотечных автоматизированных систем является выдача
ответов на запросы пользователей. В процессе формирования запроса пользователем
должна быть идентифицирована та часть информационной базы, которая имеет
отношение к выдаче справки, а также установлено предписание, задающее критерии отбора данных, и процедура извлечения нужных сведений из базы данных. Процедура поиска
включает информацию, идентифицирующую часть базы данных, предикат,
определяющий критерий отбора данных, и оператор извлечения.
Пример 2.2. Автоматизированная обучающая система для программирования на языке
Паскаль – Библиотека/Паскаль.
36
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Имеет разделы: условия задач (тексты заданий) PAS_TXT, программы решения задач
(исходные тексты) PAS_PRG, блок-схемы реализованных алгоритмов (выполнены
средствами языка). Используется транслятор BP.exe.
В комплект поставки входят методические указания по выполнению лабораторных работ
PASCAL.lab.
Автоматизированные учебные пособия
Под автоматизированным (компьютерным) учебным пособием понимается
структурированная совокупность упорядоченных знаний и данных, обеспечивающая
внедрение новых информационно-педагогических технологий решения дидактических
задач обучения.
Способ взаимодействия компьютерного пособия с пользователем реализуется
программой, управляющей доступом, переработкой информации и представлением ее в
понятном и удобном для пользователя виде. Взаимодействие определяется
возможностями пользователя понять, проанализировать информацию, представленную
компьютером, и перейти к ответу посредством интерактивной технологии интерфейса
(инструментальных, программных и физических средств).
Принципы создания пользовательского интерфейса основаны на формировании оконного
интерфейса с вызовом главного меню и всплывающих окон подменю. Наиболее
перспективным является принцип объект-действие, который обусловливает
минимизацию режимов применения программного продукта и страховку пользователей от
возникающих неудобств в работе с ним.
Пример 2.3. Автоматизированное учебное пособие «Использование вычислительной
техники в учебном процессе».
Учебное пособие состоит из первичного текста TEXT; иллюстраций IWT_POLI. Пункты
главного меню: Теоретические сведения. Лабораторный практикум. Иллюстрации.
Библиография. Приложение.
Каждый раздел имеет ссылки на главы и ключевые слова.
Система может функционировать на IBM PC-совместимых компьютерах с процессором
Р486 и выше, операционной системой MS DOS версии 5.0 и выше и видеоадаптером
VGA. Потребная дисковая память 750 килобайт.
Контрольные вопросы
1. Что такое механизм приобретения знаний?
2. Что такое система моделирования учебного процесса?
3. Какие методы используют при машинном обучении?
4. Что такое образовательная область?
5. Что такое система контекстной помощи?
6. Что такое предметная область?
7. Что такое активный и пассивный диалог?
8. Что такое интерактивная информационная система?
9. Что такое человеко-машинная система?
10. Что такое интерфейс пользователя?
37
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
38
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 3. Обеспечивающие информационные системы
Содержание
3.1. Модели и методы организации данных.
3.2. Системы информационных баз.
3.3. Реляционные базы данных.
Ключевые слова
Концептуальная модель. Информационная модель. Модель данных. Функциональноориентированный набор данных. Нормальная форма. Метод доступа. Ключевой атрибут.
База данных. Система управления базой данных.
_____________________________________________________________________________
3.1. Модели и методы организации данных
1. Информационные модели.
2. Уровни моделирования.
3. Организация данных.
_______________________________
1º. Информационные модели
Информационная модель представляет собой формализованное описание на языке
информатики части реального мира (предметной области), подлежащей изучению
для организации управления и автоматизации социально-экономических процессов.
Информационная модель должна удовлетворять ряду требований: управление
потоками событий; идентификация сообщений; обработка ошибок; возможность
расширения; простота использования и управления (включая транспортабельность
передачи сообщений); «мягкий» отказ; возможность расширения.
Информационный объект – это описание некоторой сущности (реального объекта,
явления, процесса, события) в виде совокупности логически связанных
информационных элементов (атрибут/реквизит, отношение).
Информационный объект имеет множество реализаций (экземпляров), каждый из
которых представлен совокупностью конкретных значений атрибутов и
идентифицируется значением ключевого атрибута (ключа). Остальные атрибуты
являются описательными.
Информационная модель позволяет зафиксировать концептуальное устройство
предметной области, иерархию понятий, свойств и структуру объектов.
Информационные объекты одного реквизитного состава и структуры образуют
классы объектов, которым также присваивается уникальное имя («Студент»,
«Сессия», «Стипендия»).
Модель данных – это совокупность структурированных данных и операций их
обработки.
39
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Построение информационной модели базируется на описании документооборота и
алгоритмов решения прикладных задач. Моделирование возможно, если создано
формализованное описание, учитывающее основные закономерности процессов и
действующие факторы.
Решение по конфигурации модели принимается с учетом объемных и временных
характеристик потоков информации, рациональных маршрутов ее движения.
Локализация информации осуществляется с учетом:
 класса задач, решаемых с использованием этой информации;
 круга соответствующих пользователей;
 места хранения.
Концептуальная модель предметной области служит для описания ее объектов и
отношений между ними:
Мк = <A,R>
где А – множество объектов;
R – множество отношений между объектами.
Информационно-логическая (инфологическая) модель предметной области отражает
предметную область в виде совокупности информационных объектов и их
структурных связей.
Этапы построения информационной модели:

идентификация пользователей и сопряженных организаций;

идентификация областей принятия решений;

определение области принятия решений;

разработка описательной системы модели;

разработка нормативной системы модели;

разработка согласованной модели системы;

построение и описание алгоритма принятия решений;

определение информационных потребностей.
Технологию информационного моделирования можно представить следующим образом.
Первый шаг. Агрегированный структурный анализ:
 Назначение и цели организации.
 Операционная часть.
 Структурная конфигурация.
Второй шаг. Функциональный анализ:
 Основные функциональные стратегии, цели и показатели работы.
 Основные свойства, используемые для интеграции (планирование и
контроль, инструменты связи, система принятия решений).
Третий шаг. Детализированный анализ организационных функций:
 Функциональные цели и показатели эффективности функционирования для
поддерживаемых целей.
 Функциональные единицы и структуры.
 Функциональные системы.
40
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Четвертый шаг. Анализ управленческих функций, поддерживаемых системой:
 Категории видов управленческой деятельности.
 Роли руководителей по основным видам деятельности: описать обязанности
в пределах организационных функций или процессов; определить прямые
обязанности.
 Показатели эффективности для управленческих функций.
 Идентифицировать действия, которые нужно поддерживать по каждому
виду управленческой деятельности: определить цели и природу действий;
определить природу проблем и природу процесса решения проблем;
описать технику и ресурсы, необходимые для действий; описать влияние
человеческих факторов на действия.
Пятый шаг. Определить характеристики для поддержки управленческих функций:
информационные характеристики и содержание; вид необходимого
преобразования информации; характеристики сообщений с точки зрения
руководителей.
2º. Уровни моделирования
Организационный уровень заключается в разработке организационных мероприятий и
нормативных документов, обеспечивающих функционирование системы.
Информационная модель системы организационного уровня должна удовлетворять
следующим требованиям:
 многократное использование любых наборов данных, содержащихся в
динамической модели любого узла, всеми пользователями системы;
 однократный ввод оперативных данных;
 минимальная избыточность за счет развитой системы идентификации содержания
информации и связей между узлами системы;
 физическая независимость данных, обеспечивающая возможность изменения
способов физического хранения данных, а также замены внешних запоминающих
устройств без значительной модификации программного обеспечения;
 логическая независимость данных, предусматривающая возможность добавления
новых элементов данных и расширения общих логических структур информации
без модификации программного обеспечения;
 простота использования модели, позволяющая применять языки запросов
высокого уровня, которые обеспечивают возможность получения данных
пользователями системы без необходимости разработки ими специальных
программ;
 пользователи должны иметь возможность легкого получения информации о том,
какие данные имеются в их рассмотрении, используя словари данных,
определяющие элементы хранимой информации и методы ее получения, а также
различные средства помощи;
 модель должна обеспечивать требуемую скорость удовлетворения запросов
пользователей на запрашиваемые данные с помощью совершенных систем
адресации, механизмов доступа и поиска данных;
 модель должна обеспечивать требуемый уровень контроля достоверности и
целостности хранимой и используемой информации;
 модель должна обеспечивать требуемый уровень сохранности и защищенности
данных от физического разрушения, несанкционированного доступа и
41
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
использования, а также средства эффективного и своевременного восстановления
работоспособности при сбоях и отказах;
 при подготовке и использовании информации должны применяться методы
счетного и логического контроля, автоматического обнаружения и исправления
ошибок.
Концептуальный уровень соответствует логическому аспекту
информации предметной области в интегрированном виде.
представления
Функциональный уровень обеспечивает
предварительного анализа информации.
задач,
решение
прикладных
об
требующих
Информационный уровень обеспечивает формирование информационных объектов
(количественное и качественное описание), между которыми установлены связи,
позволяющие осуществлять поиск и выбор требуемой информации в соответствии с
реализуемыми функциями.
В основе моделирования лежит специфицирование (формализованное описание)
предметной области. Специфицирование состоит в описании входной и выходной
информации, планово-отчетных показателей, нормативно-справочной информации,
оперативной информации, процедур, предназначенных для принятия решений
руководителями всех уровней, словарей и каталогов пользователей.
Схема специфицирования предметной области:
 обозначение работы (код, наименование, идентификатор);
 проблемно или пооперационно организованная функция;
 обеспечивающая процедура.
При моделировании используется блочный принцип.
Функциональные блоки описывают функции в соответствии с этапами работы и
подразделениями-исполнителями (функциональный граф).
Информационные блоки являются информационными описаниями выполняемых функций
(информационный граф). Они состоят из функционально-ориентированных наборов
данных, являющихся основой построения информационных баз.
Спецификация функционально-ориентированных наборов данных:
 обозначение функционально-ориентированных наборов данных;
 объемные характеристики (атрибуты, уровень, хранение, объемы);
 психологические характеристики (обработка, потребление, пользователь, режим
работы, стоимость).
Между информационными блоками существуют логические связи, позволяющие
осуществлять поиск и выбор требуемой информации в соответствии с реализуемыми
функциями.
В прикладной системе можно выделить следующие уровни организации информации:
модели процессов, документов, вычислений и данных, а также экземпляры хранимых
записей.
Монитор управления обеспечивает интерфейс между моделями процессов и моделями
документов. Модели процессов задаются с помощью функций и предикатов, что позволяет
синхронизировать процедуры обработки информации, инициируемые пользователем.
42
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Блок общения обеспечивает интерфейс между моделями документов, вычислений и
данных. Модели документов имеют иерархическую структуру и содержат наряду с
именами информационных областей (доменов) связи, существующие между ними для
организации логического контроля и обработки вводимых и выводимых данных.
Блок управления вычислениями обеспечивает интерфейс между моделью вычислений и
моделью данных. Модель вычислений задает информационные связи, существующие
между процедурами обработки данных, позволяя автоматически генерировать
управляющие программы для преобразования одних данных в другие.
Блок управления данными обеспечивает интерфейс между записями и моделью данных,
которая представляет собой перечень имен документов с указанием функциональных
связей между ними и позволяет организовать ввод, корректировку и поиск хранимых
данных. Необходимый интерфейс между физическими записями и уровнем хранимых
записей обеспечивается использованием методов доступа, которые позволяют
представить структуры памяти в виде совокупности хранимых файлов.
3º. Организация данных
Модель данных – это совокупность структурированных данных и операций их
обработки.
Модели данных классифицируют по структурам.
1. Простые списковые.
Содержат списки индексов для множества записей. Индекс включает ключ записи и
соответствующий адрес (поэтому эти структуры еще называют адресными
списками).
2. Цепные.
Каждая запись, кроме собственного адреса, содержит адрес следующей за ней записи
(ссылку). Могут быть незамкнутыми и замкнутыми (кольцевыми).
3. Иерархические.
Объединяют наборы разнотипных записей, допускающих всевозможные сочетания
между собой. Описываются с помощью служебных записей для вершин (имя, дуги) и
для дуг (имя, источник, приемник, прочие дуги источника). Могут быть
древовидными и сетевыми.
4. Реляционные.
Объединяют наборы однотипных записей, описываемых с помощью двумерных
таблиц (строка-кортеж, столбец-домен).
Модели данных используют различные методы доступа:
 последовательный;
 прямой (индексный);
 индексно-последовательный.
Файл – это совокупность экземпляров записей одной структуры. Через файл
осуществляется обращение к данным во внутреннем (машинном) представлении.
Объект характеризуется записью. Запись характеризуется полем (атрибут может иметь
несколько полей). Поле характеризуется описанием (реквизитом). Поле, каждое значение
которого однозначно определяет соответствующую запись, называется ключевым полем
(первичный или простой ключ).
43
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В правильно построенной реляционной базе данных в каждой таблице есть один или
несколько столбцов, значения в которых во всех строках разные. Этот столбец называется
первичным ключом таблицы.
Если запись однозначно определяется значениями нескольких полей, то используется
составной ключ (или вторичный).
Первичный ключ для каждой строки таблицы является уникальным, поэтому в таблице с
первичным ключом нет двух одинаковых строк.
Таблица, в которой все строки отличаются друг от друга, в математических терминах
называется отношением. Именно этому термину реляционные базы данных и обязаны
своим названием, поскольку в их основе лежат отношения (таблицы с отличающимися
друг от друга строками).
Столбец одной таблицы, значения в котором совпадают со значениями столбца,
являющегося первичным ключом другой таблицы, называется внешним ключом.
Внешние ключи выполняют роль поисковых или группировочных признаков.
Внешний ключ, как и первичный ключ, тоже может представлять собой комбинацию
столбцов. На практике внешний ключ всегда будет составным (состоящим из нескольких
столбцов), если он ссылается на составной первичный ключ в другой таблице. Очевидно,
что количество столбцов и их типы данных в первичном и внешнем ключах совпадают.
Если таблица связана с несколькими другими таблицами, она может иметь несколько
внешних ключей.
3.2. Системы информационных баз
1. Структура информационных баз.
2. Формализация отношений.
3. Каноническая процедура проектирования информационной базы.
________________________________________________________________________________________
1. Структура информационных баз
Информационное хранилище (или глобальная информационная база) содержит сведения о
всей информации, доступной человечеству в масштабе земли.
Информационное хранилище включает отдельные информационные базы, которые
формируют единое информационное пространство.
Информационная база – это, в широком смысле слова, совокупность сведений о
конкретных объектах реального мира в какой-либо предметной области.
Информационная база может включать базы и банки данных, базы знаний.
Базы данных могут включать локальные записи (автономные, постраничные) и
информационные таблицы.
По топологическому принципу базы данных делятся на локальные (централизованные) и
распределенные (децентрализованные).
44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
По архитектурному принципу база данных делится на четыре зоны:
1) зона пользователя;
2) функциональная (проблемная) зона;
3) нормативно-справочная зона;
4) технологическая зона.
В проблемной зоне базы данных хранится информация, необходимая для реализации
закрепленных функций.
В справочной зоне базы данных хранится нормативно-справочная информация (словари,
каталоги, справочники, сценарии связи).
В технологической зоне базы данных хранится информация, необходимая для проведения
работ в пакетном режиме, подготовленная для передачи между зонами и во внешнее
информационное пространство, а также информация, используемая службой
администратора для управления информационной системой (регламентация, доступ,
защита, передача).
2. Формализация отношений
Между информационными блоками существуют логические связи отношения,
позволяющие осуществлять поиск и вывод требуемой информации в соответствии с
реализуемыми функциями.
Различают следующие виды связей.
1 тип – «один к одному» (1:1)
Это модель функциональных зависимостей:
Ai  Bj (при I = m  j = n и наоборот)
2 тип – «один ко многим» (1:М)
Это модель порожденных зависимостей (односторонних):
А1
В21
Bj
Ai
В22
(при I = m  j = lj, но при j = n  I = m)
Формируется цепочка указателей:
Uijlj
1,2,1
1,2,2
…
3 тип – «много ко многим» (М:М)
Это модель порожденных записей (двусторонних):
A11
B21
Ai
A12
B22
45
Вj
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
(при I = m  j = lj; при j=n  i=ki)
Используется составной ключ – Ui+ki, j+lj:
А11 – U1+1, 2+1; U1+1, 2+2
В21 – U2+1, 1+1; U2+1, 1+2
4 тип – «условная»
Модель одиночной связи (нет – , есть –1).
Ai

1
Вj
Используется для связи корневых объектов.
Формализацией отношений называется аппарат ограничений, позволяющий устранять
дублирование, обеспечить непротиворечивость хранимых данных, уменьшить
трудозатраты на ведение информационной базы.
Основные нормальные формы (НФ):
1НФ – существуют только функциональные зависимости;
2НФ – существуют функциональные зависимости неключевых атрибутов от составного
ключа;
3НФ – неключевые атрибуты не имеют транзитивной связи с первичным ключом (первый
атрибут связан с ключом, а второй атрибут связан с первым атрибутом).
При нормализации отношений происходит «расщепление» исходных информационных
объектов. Часть атрибутов (полей) при этом удаляется из исходного объекта и включается
в состав других (в том числе, вновь создаваемых) объектов.
46
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Каноническая процедура проектирования информационной базы
Разработка информационной базы включает логическое проектирование, физическое
проектирование и проектирование представления данных для приложений
(информационное проектирование), рис. 3.1.
Каноническая процедура проектирования:
 разработка информационно-функционального графа;
 выделение ключей;
 удаление избыточных связей;
 выделение информационных групп (группа характеризуется ассоциированными
элементами и имеет первичный ключ);
 привязка к используемому программному обеспечению (тип СУБД).
Приложения
Приложения
Логическое
проектирование
Внешняя модель
(проблемная область)
Концептуальная
модель ИБ
Концептуальный
уровень
Внутренняя модель
ИБ
Физическое
проектирование
Уровень
представления данных
(информационное
проектирование)
Информационная база
Рис. 3.1. Проектирование информационной базы (ИБ)
К уровню представления данных применяют следующие требования:
 структурная схема должна учитывать логические связи данных и быть
стабильной;
 каждая запись должна иметь простую структуру;
 записи и их элементы должны быть поименованы (уникально);
 связи между записями должны быть классифицированы;
 первичные ключи каждой записи должны быть выделены (помечены);
 необходимо отразить связи вторичных ключей;
47
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

некоторые записи могут иметь специальный ключ.
3.3. Реляционные базы данных
1. Основные понятия.
2. Системы управления базами данных.
3. Применение информационных баз в учебном процессе.
____________________________________________________________________________
1. Основные понятия
В зависимости от структуры данных различают иерархические, сетевые и реляционные
базы данных.
Реляционной считается такая база данных, в которой все данные представлены в виде
двумерных таблиц и все операции над базой сводятся к манипуляциям над таблицами.
Название «реляционная» связано с тем фактом, что каждая запись в такой базе содержит
информацию, относящуюся (related) только к одному конкретному объекту (экземпляру
сущности). Кроме того, с данными двух сущностей можно работать как с единым целым,
основанным на значениях связей (ключей) между сущностями.
Необходимая терминология:
 отношение (relation) – информация об объектах одного класса (экземплярах
сущности): клиенты, заказы, сотрудники. В реляционной базе данных отношение
хранится в виде таблицы;
 атрибут (attribute) – поименованное свойство сущности: адрес клиента, дата заказа,
зарплата сотрудника;
 домен (domain) – допустимое множество всех возможных значений атрибута;
 связь (relationship) – способ, которым информация в одной таблице связана с
информацией в другой таблице;
 объединение (join) – процесс объединения таблиц на основе совпадающих значений
определенных атрибутов.
Итак, реляционная таблица состоит из строк (записей) и столбцов (полей) и имеет
уникальное имя внутри базы.
Таблица отражает сущность (класс объектов) реального мира, а каждая ее строка –
конкретный экземпляр этой сущности.
Централизованная база данных хранится в памяти одной вычислительной машины (к ней
может осуществляться распределенный доступ).
Распределенная база данных состоит из нескольких, возможно пересекающихся или
дублирующих друг друга частей, хранимых на различных компьютерах.
48
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Различают базы данных с локальным доступом и сетевым доступом.
В сетевом доступе различают технологии файл-сервер, клиент-сервер.
2. Системы управления базами данных
Для компьютерной обработки баз данных используют специальное программное
обеспечение – системы управления базами данных (СУБД).
Работа СУБД характеризуется следующими этапами:
 создание структуры (шаблона) базы;
 заполнение базы;
 просмотр и редактирование базы;
 сортировка информации;
 фильтрация информации;
 поиск информации и последующая выборка;
 модификация структуры базы ее записей;
 создание запросов, форм, отчетов.
Современные СУБД обеспечивают:
1) набор средств для поддержки таблиц и отношений между связанными таблицами;
2) развитый пользовательский интерфейс, который позволяет вводить и
модифицировать информацию, выполнять поиск и представлять выводимую
информацию в текстовом или графическом виде;
3) средства программирования, с помощью которых можно создавать собственные
приложения;
4) средства обеспечения безопасности.
К основным функциям, выполняемым СУБД, относят:
 непосредственное управление данными во внешней памяти;
 управление буферами оперативной памяти;
 управление транзакциями;
 протоколирование;
 поддержка языков баз данных.
На сегодняшний день насчитывается порядка пятидесяти типов СУБД для IBM PCсовместимых компьютеров: семейство dBASE (RBASE, dBASE – фирма Borland, Ребус,
Клиппер); семейство foxBASE (foxBASE, FoxPro, Visual FoxPro – фирма Microsoft);
Paradox (ф. Borland); Access (ф. Microsoft).
Инструментальные средства:
 генерация исполнимых файлов;
 генерация меню, экранных форм, запросов, отчетов («Мастера», «Конструкторы»);
 генерация приложений.
Языковые средства:
языки описания данных и языки манипулирования данными.
Пример 3.1. Язык описания данных:
система информационного описания данных типа <connect A with B>.
49
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пример 3.2. Языки манипулирования данными:
1) XBASE–подобные языки (устаревший стандарт):
процедурная обработка; структурное программирование.
Занимают промежуточное положение между языками манипулирования данными и
языками процессов.
2) QBE (Query by Example – образцовый язык запросов):
графический (схематичный) язык с минимальным набором простейших синтаксических
конструкций: проекция (вертикальная выборка), селекция (горизонтальная выборка).
3) SQL (Structured Query Language – язык структурированных запросов):
международный стандарт языка запросов для архитектур файл-сервер и клиент-сервер.
SQL является инструментом, предназначенным для обработки и чтения данных,
содержащихся в компьютерной базе данных. Как следует из названия, SQL является
языком программирования, который применяется для организации взаимодействия
пользователя с базой данных.
На самом деле SQL работает только с базами данных одного определенного типа,
называемых реляционными (рис. 3.2).
Рис. 3.2. Схема работы языка SQL
4) Встроенные языки (например,Visual Basic for Application для Access).
В современные системы (например, Delphi) встраивают SQL-подобные процедуры,
позволяющие работать с удаленными базами данных («прозрачное» подключение).
Операции алгебры отношений:
 ограничение (селекция) – горизонтальная выборка;
 проекция – вертикальная выборка;
 соединение – фильтрация;
 объединение – склеивание;
 пересечение.
Дополнительно применяются:
 разность (вычитание);
 декартово (прямое) произведение;
 деление.
В современной реляционной базе данных выделяют ядро (Data Base Engine – процессор
базы данных), компилятор (обычно для языка SQL), подсистему запросов (обработка
транзакций), подсистему поддержки времени выполнения запроса и набор утилит, что
обеспечивает работу в многопользовательских средах.
SQL — это неотъемлемая часть СУБД, инструмент, с помощью которого осуществляется
связь пользователя с информационной базой (рис. 3.3).
SQL выполняет различные функции:
 Интерактивный язык запросов.
50
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Пользователи вводят команды SQL в интерактивные программы, предназначенные для
чтения данных и отображения их на экране. Это удобный способ выполнения
специальных запросов.
 Язык программирования баз данных.
Чтобы получить доступ к базе данных, программисты вставляют в свои программы
команды SQL. Эта методика используется как в программах, написанных пользователями,
так и в служебных программах баз данных (таких как генераторы отчетов и инструменты
ввода данных).
Рис. 3.3. Схема взаимодействия SQL с СУБД
Язык администрирования баз данных.
Администратор базы данных использует SQL для определения структуры базы данных и
управления доступом к данным.
 Язык создания приложений «клиент-сервер».
В программах для персональных компьютеров SQL используется для организации связи
через локальную сеть с сервером базы данных, в которой хранятся совместно
используемые данные. В большинстве новых приложений используется архитектура
клиент-сервер, которая позволяет свести к минимуму сетевой трафик и повысить
быстродействие как персональных компьютеров, так и серверов баз данных.
 Язык распределенных баз данных.
В системах управления распределенными базами данных SQL помогает распределять
данные среди нескольких взаимодействующих вычислительных систем. Программное
обеспечение каждой системы с помощью SQL связывается с другими системами, посылая
им запросы на доступ к данным.
 Язык шлюзов базы данных.
В вычислительных сетях с различными СУБД SQL часто используется в шлюзовой
программе, которая позволяет СУБД одного типа связываться с СУБД другого типа.

51
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таким образом, SQL превратился в полезный и мощный инструмент, обеспечивающий
людям, программам и вычислительным системам доступ к информации, содержащейся в
реляционных базах данных.
3. Применение информационных баз в учебном процессе
При автоматизации функций подразделений организационной системы с помощью
индивидуальных и групповых автоматизированных рабочих мест следует исходить из
необходимости временного сохранения обычных форм взаимодействия с другими
подразделениями, которые еще не охвачены системой автоматизации. Групповое или
индивидуальное автоматизированное рабочее место должно иметь необходимый
минимальный резервный комплект внешних устройств и устройств компьютера.
Схема единого образовательного пространства вуза:
 информационная база (локальный и распределенный контент);
 средства диспетчеризации / навигации (интегрированные модули);
 средства управления (опорные модули);
 средства администрирования (организационные модули);
 средства коммуникации (программные и технические модули).
Из образовательного пространства вуза формируется (динамически) образовательное
пространство студента и образовательное пространство педагога.
Можно выделить следующие уровни управленческой деятельности с использованием
компьютера в системе народного образования:
1 - управление учением и развитием отдельного учащегося;
2 - управление учебным процессом в рамках одного учебного заведения;
3 - управление учебным процессом группы родственных учебных заведений;
4 - управление работой учебных заведений, объединенных по территориальному
признаку;
5 - управление системой народного образования Федерации в целом.
Топология типовой компьютерной системы учебных заведений характеризуется
следующим образом.
Глобальная сеть Министерства через главный коммутационный узел входит в
Республиканскую систему и включает в себя множество региональных сетей.
Региональная сеть Территориального управления через коммуникационный узел
соединяется с отраслевой сетью и включает в себя множество магистральных
одноконтурных сетей.
Одноконтурная сеть учебного заведения через коммуникационный узел соединяется с
двухконтурной магистральной сетью и включает в себя множество локальных сетей.
Локальная сеть подразделения учебного заведения (отдел, факультет) через местный
коммутационный узел соединяется с распределенной сетью и включает в себя множество
пользовательских и технологических псевдосетей.
Пользовательская псевдосеть через коммутационную шину входит в локальную сеть и
включает в себя абонентские узлы (выносные терминальные устройства, сетевые
пользовательские компьютеры и их ассоциации).
На региональном и локальном уровнях могут использоваться персональные компьютеры
и терминальные устройства, не входящие в состав нижележащих сетей. Архитектура
52
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
компьютерной организационной системы является многоуровневой и обеспечивает
представление данных для каждого уровня в терминах связанной с ними модели данных.
Концептуальный уровень обеспечивает интегрированное представление о предметной
области.
Внешний уровень поддерживает представление данных, требуемое конкретным
пользователем.
Внутренний уровень отражает требуемую организацию данных в среде хранения.
Проектируемые интерфейсы для компьютерных организационных систем должны
обладать следующими характеристиками:
 обеспечить приемлемое время реакции системы. Интерфейс не должен вносить
ощущение нестабильности, непредсказуемости или медлительности, настолько
мешающих работе пользователя, что его действия становятся малоэффективными;
 иметь семантику, соответствующую семантике выполняемой работы;
 иметь естественный синтаксис, очевидный для пользователя и соответствующий
выполняемой работе. Должно сводиться к минимуму число вариантов формы
выполнения одной и той же функции и не допускается использование различных
вариантов для выполнения подобных функций;
 обеспечить избирательные уровни поддержки и помощи пользователям различной
квалификации.
Абоненты компьютерной организационной системы должны иметь возможность
использовать следующие функции сеансовых услуг по обработке и передаче данных:
 хранение сообщений для последующей доставки;
 упаковка данных с целью эффективной их передачи;
 разбиение длинных сообщений на пакеты для последующей доставки;
 преобразование символических, групповых, сокращенных или неявных адресов в
реальные;
 функции управления, позволяющие вводить транспортируемые пакеты, проверять
их правильность и исправлять перед передачей;
 функции, дающие возможность пользователю затребовать доставку и индикацию
сообщения, которое было передано ему ранее:
 контрольно-ревизионные функции в отношении системы;
 диалоговые функции, упрощающие "вход" в систему;
 справочные функции, позволяющие одному абоненту узнать местоположение
другого;
 функции преобразования, позволяющие взаимодействовать несовместимым
компьютерам;
 функции, содействующие вводу передаваемых данных;
 функции, обеспечивающие защиту информации;
 функции, обеспечивающие общение с виртуальным терминалом.
Предписание по системной обработке информации включает следующие функции:
1) системная организация информационной базы (генерация, активизация,
реорганизация, реструктуризация);
2) резервирование памяти (определение частоты и содержания сбрасываемых на
резервный носитель массивов);
3) ведение системного журнала о функционировании системы. Генерация
стандартных отчетов;
53
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4) восстановление информационной базы (или ее части) к предшествующему
состоянию. Исправление части базы (физических блоков) в случае, если они стали
непригодны для использования;
5) установка режима работы системы (одиночный, многопользовательский,
пакетный, диалоговый);
6) организация взаимодействия с программами проблемной обработки данных.
При работе с реляционными таблицами используются предписания по обработке данных,
включающие операции алгебры отношений: ограничение, соединение,
прямое
произведение, проекция, пересечение, объединение, разность, деление.
Кроме того, приводится порядок использования вспомогательных процедур копирования,
восстановления, защиты данных от разрушений и несанкционированного доступа, а
также таблицы соответствия шаблонов входным документам, таблицы распределения
информации по томам прямого доступа, параметры настройки программных средств для
используемых режимов работы.
При работе с распределенными данными используется предписание по обработке
запросов, включающее следующие типовые функции:
1) проверка корректности запроса и приведение его в стандартную форму;
2) передача запроса в нужный пункт распределенной информационной базы;
3) интерпретирование запроса в терминах языка конкретного пункта системы;
4) выполнение запроса путем включения в работу конкретного пункта системы и
формирования ответных данных;
5) представление пользователю ответа в специфицированной им форме.
Пример 3.3. Кадровый состав кафедры.
Информационная база характеризуется отношениями:
КАФЕДРА (Наименование, Подотчетность, Заведующий)
НИР (Номер_работы, Характер_работы)
СЛУЖАЩИЙ (Фамилия, Пол, Квалификация, Адрес)
ДЕТИ (Фамилия_сотрудника, Имя_ребенка, Пол, Возраст)
ТРУД (Фамилия_сотрудника, Дата_назначения, Должность)
ОКЛАД (Фамилия_сотрудника, Дата_назначения, Размер_оклада)
54
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Отношения характеризуются следующими связями:
КАФЕДРА
*) Номер
кафедры
Наименование Подотчетность Заведующий
НИР
*) Номер
кафедры
**) Номер
работы
Характеристика
работы
СОТРУДНИК
*) Номер **) Номер Фамилия
кафедры сотрудника сотрудника
Пол
Квалификация
Адрес
ДЕТИ
**) Номер **) Имя
сотрудника ребенка
Пол
Возраст
ТРУД
**) Номер **) Дата
Должность
сотрудника назначения
ОКЛАД
**) Номер **) Дата
Размер оклада
сотрудника начисления
Контрольные вопросы
1. Определите понятия: модель данных, база данных.
2. Определите понятие функционально-ориентированный набор данных.
3. Определите понятие единое образовательное пространство.
4. Что такое структура данных модели?
5. Приведите примеры сетевой и иерархической модели данных.
6. Раскройте основные понятия реляционной модели данных.
7. Как осуществляется связь реляционных таблиц?
8. Какие операции над реляционными таблицами вам известны?
9. Для чего предназначена СУБД?
10. Какими средствами обладают СУБД?
55
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 4. Информационные системы организационного
управления
Содержание
4.1. Идея управления в информационных системах.
4.2. Социально-экономические системы. Использование вычислительной техникой для
управления системой образования.
Ключевые слова
Автоматизированная система. Информационный комплекс. Алгоритм управления.
Принятие решения. Системы организационного управления. Офисная система.
Социально-экономические системы.
_____________________________________________________________________________
4.1. Идея управления в информационных системах
1. Некоторые определения.
2. Идея управления.
__________________________
1. Некоторые определения
Под управлением понимают обеспечение поставленной цели при условии реализации
следующих функций: организационная, плановая, учетная, анализа, стимулирования,
контрольная.
Организационная функция заключается в разработке организационной структуры и
комплекса нормативных документов: сферы ответственности; штатное расписание;
инструкции.
Плановая функция состоит в разработке и реализации планов по выполнению
поставленных задач (финансовый план, план проведения научно-исследовательской
работы, маркетинговые исследования, бизнес-план).
Учетная функция заключается в разработке или использовании уже готовых форм и
методов учета показателей деятельности организации: финансовый учет, материальный
учет, административный учет. В общем случае ее можно определить как получение, регистрацию, накопление, обработку и предоставление информации о реальных
хозяйственных процессах.
Аналитическая функция (анализ) связывается с изучением итогов выполнения планов,
определением влияющих факторов, выявлением резервов, изучением тенденций развития
и т.д.
Контрольная функция включает контроль за выполнением планов, расходованием
материальных ресурсов, использованием финансовых средств и т.п.
56
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Мотивационная функция (стимулирование) предполагает разработку и применение
различных методов стимулирования труда подчиненных работников (финансовые
стимулы, психологические стимулы)
Принятие решения — акт целенаправленного воздействия на объект управления,
основанный на анализе ситуации, определении цели, разработке программы достижения
этой цели.
Стандартные процедуры в организации – точно определенные правила выполнения
заданий в различных ситуациях.
Состав системы организационного управления:
 организационная подсистема;
 информационно-управленческая подсистема;
 исполнительная подсистема.
Организационная подсистема – это совокупность средств и методов, определяющая
выбор цели и критериев функционирования (поведения) системы на основе
сформулированной цели существования (жизни) системы.
Информационно-управленческая подсистема – это совокупность средств и методов,
обеспечивающих взаимодействие системы с внешней средой и компонентов системы
между собой в процессе достижения цели поведения, заданной организационной
подсистемой в соответствии с текущей ситуацией и критериями функционирования.
Исполнительная подсистема – это совокупность всех исполнительных средств,
способная обеспечить выполнение всех действий, необходимых для достижения
цели поведения (функционирования) системы.
Этапы принятия решения:
1. Формулировка (уточнение) проблемной ситуации.
Прежде всего, необходимо определить предметную область, объекты, функции,
выполняемые объектами, границы объектов и связи между ними.
Главное – выяснить, что мешает достижению целей (решению задач), какая проблема
решается и, соответственно, какие информационные ресурсы должны быть привлечены к
принятию решений.
2. Формулировка (уточнение) задачи (цели) и/или условий ее достижения.
Главное – правильно определить соответствие информационной модели объекта паре
задача-объект, выявить все явно и неявно фигурирующие в формулировке задачи условия
и ограничения, особенно скрытые при многократном моделировании.
Этапы научного исследования:
1. Общее знакомство с проблемой
исследования.
2.
3.
4.
5.
и
разработка
общего
плана
Определение используемых терминов и понятий.
Подбор фактов (но не добывание).
Оценка, классификация, анализ, уточнение.
Построение гипотезы.
Гипотезы обычно связаны с конкретными вопросами, отвечая на которые можно
проверить сами гипотезы. Гипотеза помогает свести факты к привычным научным
57
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
положениям, способствуя использованию более мощных методов анализа и обобщения,
выявлению связей между фактами и явлениями, привлечению дополнительных оснований
для сравнения и толкования явлений, а также восполнения отсутствующей информации.
Для того чтобы работа по сбору необходимых сведений была продуктивной, необходимо
на ранней стадии построить рабочую гипотезу относительно важнейших факторов,
действующих в изучаемой области. Этой рабочей гипотезой следует руководствоваться до
тех пор, пока не возникнет новая, более совершенная гипотеза.
Схема анализа.
1. Постановка задачи:
 можно ли записать смысл задачи, каким он представляется;
 причина возникновения задачи, что именно повлияло на постановку задачи;
 как график, схема, чертеж могут выявить связь различных объектов задачи или
изучаемой организации;
 главная цель задачи;
 основные требования к решению, срокам, точности;
 результат решения;
 требуемая информация, откуда она поступает;
 достигаемые побочные цели;
 где еще может быть использована полученная информация и для какой цели.
2. Разработка плана:
 простейшие элементы, на которые расчленяется задача;
 обычные приемы решения для обработки этих элементов;
 аналогии (решенные);
 возможные источники, необходимые для решения задачи;
 возможность самостоятельной разработки решения без копирования и
рациональность такого решения.
3. Проверка решения:
 удовлетворяет ли решение поставленным требованиям;
 достигаются ли в должной мере поставленные цели;
 все ли совмещения, возможные в разработке, выполнены;
 работает ли решение в исключительных случаях;
 следует ли применять различные методы решения или использовать
универсальный метод;
 преимущество предлагаемой схемы по сравнению с принятой;
 наилучший ли это способ решения задачи в данных условиях;
 убедительны ли доводы в защиту данного метода;
 для решения каких задач может быть пригоден разработанный метод;
 учтены ли критические замечания;
 составить таблицу недостатков и преимуществ предложенного решения, сравнить
желаемые цели с полученными.
Последовательность работ при получении задания:
1) рассмотреть проблему в общих чертах, выделить главнейшие моменты;
2) выработать общий план работы;
3) оценить возможность выполнения плана работ в заданный срок;
4) все внимание сосредоточить на изучении самых важных вопросов;
5) собрать исходные сведения, сделать заметки, произвести оценку и предметную
классификацию полученных сведений.
58
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6) Оценить и истолковать имеющиеся данные и установить, в какой степени они дают
ответ на вопрос исследования.
7) Подготовить итоговый доклад, подчеркнув особо важные моменты и оговорив
уточнения, вызывающие сомнения.
2. Идея управления
Алгоритм управления – совокупность предписаний (правил), которые определяют
характер воздействий органа управления на объект управления, направленных на
достижение этим объектом поставленной цели, рис. 4.1.
Внешняя
среда

Результирующее
состояние
Y
Управляющая подсистема
Орган
управления
Исполнительный орган
Средства передачи
управляющих
команд
U
Исходное
состояние
X
Средства обработки
информации
V
Средства сбора
информации
Ф
Цель управления
Управляющая
подсистема
Рис. 4.1. Схема управляющей подсистемы
На схеме обозначено:
Ф – критерий управления, характеризующий цель управления;
 – вектор возмущающих воздействий;
Х – действительный вектор состояния управляемой системы (входной сигнал);
V – регистрируемый вектор состояния управляемой подсистемы;
U – вектор управляющих команд;
Y – вектор управляющих воздействий (выходной сигнал).
Показатели цели управления:
ФХ t , Y t ,  t  – критерий управления
(X, Y, Z, f, g)  S – состояние системы
где Z – множество промежуточных состояний;
f – переходная функция (XzZ);
g – результирующая функция (ZyY).
59
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Проблема разработки управляющей системы состоит в том, чтобы построить и
реализовать на компьютере алгоритмы, вырабатывающие такие управляющие воздействия
Y(t), которые экстремизируют выбранный показатель цели управления:
Ф Х t , Y t ,  t   extrY t  ;


при этом необходимо соблюдать ограничения вдоль траектории управления
X , Y , t  G
и граничные условия:
 X , t0    0 ;  X , T    T .
В приведенных зависимостях обозначено:
X t   R m
Y t  R n
t  [t0, T]
G  Rm  Rn R1
0  Rm R1
T  Rn R1
где 0, T – отношения упорядочения;
Rm, Rn – многомерные пространства;
R1 – одномерное действительное пространство;
t0, T – начальный и конечный моменты времени, соответственно.
Решение проблемы оказывается возможным при том условии, когда задана зависимость,
позволяющая
установить
состояние
объекта
управления
в
определенные
последовательные моменты времени, если известны векторы состояния управляющих и
возмущающих воздействий в предыдущие моменты времени, т.е.
где t0  t  t T
X t   F Х t , Y t ,  t  *)
Выражение *) представляет собой, в определенном смысле, модель управляемой системы,
описывающую поведение этой системы при возможных внешних воздействиях.
Для математического описания сложной системы с автоматизированным управлением
можно использовать модели агрегирования, когда элементы системы описываются в виде
агрегата, а система в целом – как агрегированная.
Для детерминированных случаев можно создать частные математические модели,
учитывающие специфику системы.
Моделирование – это числовой метод проведения экспериментов с информационными и
логическими моделями определенных типов, описывающими поведение организационных
систем, с использованием компьютера в течении длительного промежутка времени.
В графе, описывающем пространство состояний, проводится поиск оптимального пути от
входных данных к результирующим (метод лабиринтного поиска): оптимизаторы;
маршрутизаторы; навигаторы.
60
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4.2. Социально-экономические системы
1. Определения. Классификация.
2. Типовые модели.
_________________________
1. Определения. Классификация
Модели социально-экономических систем характеризуют информационные связи в
системе управления и мощность информационных потоков, а также алгоритмы получения
показателей, необходимых руководителям всех рангов для выработки управленческих
решений, рис. 4.2.
Социально-экономические модели подразделяются на следующие типы:
 организационно-административные;
 организационно-экономические;
 производственно-экономические.
В отдельную группу выделяют автоматические и автоматизированные системы.
Автоматизированной системой называется структура управления, оптимально
выбранная для выполнения поставленных целей, в сочетании с комплексом технических и
программных средств, во взаимодействии с объектом управления и человеком на основе
рационально построенных форм и потоков информации.
ИО
V
Iy
Iвых
ЛПР
К
ПМ
АМ
УО
ОУ
Ioc
y
Iвх
КМ
Производственный контур
ОМУ
Информационный контур
Рис. 4.2. Принципиальная схема социально-экономической системы
Условные обозначения:
ИО – исполнительный орган;
УО – управляющий орган;
ОУ – объект управления;
V – внешние возмущения;
U – управляющее воздействие;
ЛПР – лицо, принимающее решение (человек);
Iy – управляющая информация;
Iос – информация обратной связи;
Iвх – входная информация;
Iвых – выходная информация;
КМ – концептуальная модель;
ОМУ – общая модель управления;
ЧМУ – частные модели управления;
61
ЧМУ
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
АМ – алгоритмическая модель;
П – программная модель;
К – компьютер (вычислительная) модель.
Автоматизация информационных технологий:
 редактирование и издательская деятельность (включая перевод);
 проектно-конструкторские работы;
 кредитно-финансовая система;
 научные исследования;
 обучение.
Автоматизированная обучающая система – это сложная человеко-машинная система,
состоящая из компьютерной системы коллективного пользования, комплекса
технических, математических, информационных, учебно-методических и педагогических
средств, предназначенных для автоматизации многих видов и форм обучения в учебном
заведении.
Офисные автоматизированные системы:
 средства изготовления, хранения, транспортировки и обработки документов;
 средства копирования и размножения документов;
 средства административно-управленческой связи;
 компьютерные системы в оргтехнике.
Комплексная автоматизация производства:
 автоматизированные участки с транспортными связями;
 технологические линии роботов и манипуляторов;
 средства автоматизированного проектирования;
 комплексы автоматизации инженерного труда;
 системы управления заказами;
 службы обеспечения выходного контроля;
 системы автоматизации работы офисов.
2. Типовые модели
Организационно-административная система АС ВУЗ
Предназначена для изучения функционального и
организационно-административных систем.
информационного
уровней
Система должна выполнять следующие функции:
1. Рациональное использование вычислительной техники.
2. Усиление интеллектуальных возможностей субъектов педагогического управления и
научно-исследовательской деятельности.
3. Совершенствование контроля над качеством учебно-воспитательного процесса.
4. Дозировка загрузки преподавателей и учащихся.
5. Оптимизация расписания занятий при наилучшем использовании помещений и
оборудования с учетом педагогических и медицинских требований.
6. Создание сетевых графиков прохождения предметов и дисциплин.
7. Накопление, систематизация и оперативное представление необходимых сведений о
результатах учебно-воспитательной деятельности.
8. Распределение затрат с учетом повышения эффективности учебного процесса.
9. Принятие оптимальных научно-обоснованных решений.
62
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Программное обеспечение: ASW_SYS.prg – учебная компьютерная модель, AS_WUZ –
методическое обеспечение, FoxPro – СУБД FoxPro.
Типовые подсистемы: Диспетчер. Учебная часть. Факультет. Кафедра. Компьютерный
класс. Библиотека. Кадры.
Каждой функциональной подсистеме соответствует программный файл, включающий
вызывающий модуль и пользовательскую библиотеку процедур и функций. Общее
управление моделью автоматизированной системы осуществляет головная программа.
Все программные модули написаны на языке FoxPro. В учебных целях одинаковые
функциональные операции реализуются с помощью различных команд (операторов).
Пример 4.1. Подсистема Учебная часть
Предназначена для организации учебного процесса в учебном заведении. За
подсистемой закреплены следующие функции:
 организация работы с учебными планами по всем специальностям;
 организация работы с тематическим планом;
 планирование объемов учебной работы кафедрам;
 распределение фонда почасовой оплаты по кафедрам;
 организация работы приемной комиссии;
 контроль выполнения учебных поручений кафедрами.
При работе с учебным планом выделены следующие функциональные операции:
просмотр плана, формирование выписки, просмотр выписки (выписку можно
формировать по факультету, по предмету, по курсу).
Доступная информация хранится в базах: Учебный план, Тематический план, Объемы
учебной работы, Карты заданий.
По каждой базе возможна реализация следующих информационных операций: просмотр
записей, редактирование базы в целом, добавление записей, удаление записей,
модификация записей.
Программное обеспечение подсистемы включает вызывающий модуль UCH_SYS.prg и
библиотеку процедур пользователя (память на диске 260 Кбайт).
Процедура PWPM подготавливает условия выписки из учебного плана (вызывающий
модуль). Осуществляется описание переменных для ввода значений управляющих
признаков store, выводятся поясняющие надписи say, выводится таблица со значениями
вариантов выписки, вводятся управляющие признаки get, read по факультету или курсу,
осуществляется обращение к процедуре формирования выписки.
Процедура PFRM формирует выписку из учебного плана (исполнимый модуль) в
соответствии с подготовленными условиями. Исходная база копируется во
вспомогательную copy. Из вспомогательной базы удаляются записи, не
соответствующие введенному значению факультета: scan, if not, delete, pack. Если во
вспомогательной базе не останется ни одной искомой запили, то выводится сообщение
«информация не обнаружена». Аналогично организована работа по выписке из учебного
плана для курсов и предметов.
Функция FFRM подготавливает к выводу на экран реализуемый вариант выписки из
учебного плана. Используется системная функция substr, подготовленное значение
передается оператором return.
63
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Процедура P_WIW организует просмотр на экране сформированной выписки по
факультету, предмету, курсу. Выводится заголовок таблицы и информация из
вспомогательной базы. Если вспомогательная база отсутствует, выводится
предупреждающее сообщение «формирование выписки не проводилось»; если в базе нет
записей – «информация не обнаружена».
Процедура P_PRSM организует просмотр базы данных Учебный план с помощью
оператора browse. Используются ограничители: без редактирования noedit, без удаления
nodelete, без добавления noappend.
Процедура PRED организует редактирование базы данных Учебный план с помощью
оператора browse. Используются ограничители: без удаления, без добавления. Поле
редактирования указывается в операнде freeze.
Процедура PDBL организует добавление записей в базу данных Учебный план с
помощью оператора browse. Используется ограничитель без удаления.
Процедура PUDL организует удаление записей из базы данных Учебный план с
помощью оператора browse. Используется ограничитель без добавления.
Процедура PMDF организует модификацию записи. Вводится номер модифицируемой
записи store, get, read и осуществляется корректировка найденной записи cheng.
Пример 4.2. Подсистема Факультет
Предназначена для организации учебного процесса на факультете и для работы со
студентами.
За подсистемой закреплены следующие функции:
 организация работы с учебными планами по специальностям факультета;
 составление расписания занятий, распределение аудиторного фонда;
 ведение графика самостоятельной работы;
 организация работы со студентами;
 организация работы совета факультета.
Программное обеспечение подсистемы включает вызывающий модуль FAK_SYS.prg и
библиотеку процедур пользователя:
PGSR – просмотр графика самостоятельной работы, PSOSTAV – просмотр состава
группы; PKARTA – просмотр личных карточек (по курсу, группе, фамилии); PKGR –
контроль успеваемости по группе, PKFM – контроль успеваемости по фамилии.
Организация программных модулей не отличается от типовой. Объем дисковой памяти
480 Кбайт.
При работе с учебным планом реализуются следующие функциональные операции:
просмотр плана, формирование выписки, просмотр выписки (выписки можно
формировать по кафедре, по предмету, по курсу).
При работе со студентами реализуются следующие функциональные операции:
просмотр состава группы, просмотр личной карточки студента, контроль успеваемости.
Контроль успеваемости можно осуществлять по каждому студенту отдельно и по группе
в целом.
64
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Доступная информация хранится в базах: Учебный план, График работы, Личная
карточка, Контроль успеваемости. По каждой базе возможна реализация
информационных операций просмотр базы и редактирование базы.
Учебный план для факультета передается из учебной части по каналам связи или на
магнитном носителе.
Организационно-экономическая система АС Регион
Предназначена для изучения функционального и
организационно-экономической системы.
информационного
уровней
Выполняемые функции:
 формирование и сопровождение информационной базы (экономические
характеристики, региональный баланс, товаропроводящая сеть);
 автоматизированное обслуживание абонентов;
 решение экономических задач (планирование, управление, обслуживание,
прогнозирование).
Программное обеспечение: REGION.prg – учебная компьютерная модель, PER.exe – пакет
экономических расчетов, FoxPro – СУБД FoxPro, EKONOM – практикум по решению
экономических задач на ПК.
Производственно-экономическая система АС Комбинат
Предназначена для изучения функционального и информационного
производственно-экономической системы.
уровней
Выполняемые функции:
 формирование и сопровождение информационной базы (производственные связи,
мощность оборудования, трудовые ресурсы, экономические показатели);
 вычислительная модель для расчета производственных ресурсов и показателей;
 оптимизационная модель для расчета производственных планов.
Программное обеспечение: KOMBINAT.prg – учебная компьютерная модель, PER.exe –
пакет экономических расчетов, FoxPro – СУБД FoxPro, KOMBINAT.ins, KOMBINAT.lab –
методические указания (инструкция, лабораторная работа).
4.3. Использование вычислительной техники для управления
системой образования
1. Уровни управления.
2. Возможности автоматизированных систем учебных заведений.
3. Опыт применения.
____________________________
1. Уровни управления
Выделяют следующие уровни управления:
1 – система образования государства;
2 – система образования региона для родственных учебных заведений;
3 – система образования отдельного учебного заведения;
65
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4 – система образования отдельного учащегося.
Создание и использование информационной системы для любой организации нацелены на
решение следующих задач.
1. Структура информационной системы, ее функциональное назначение должны соответствовать целям, стоящим перед организацией. Например, в государственном
предприятии – решение социальных и экономических задач, в коммерческой фирме –
эффективный бизнес.
2. Производство достоверной, надежной, своевременной и систематизированной информации.
3. Информационная система должна контролироваться людьми, ими пониматься и использоваться в соответствии с основными социальными и этическими принципами.
Построение информационной системы можно сравнить с постройкой дома. Кирпичи,
гвозди, цемент и прочие материалы, сложенные вместе, не дают дома. Нужен проект, землеустройство, строительство и т.п., чтобы появился дом.
Аналогично для создания и использования информационной системы необходимо сначала
понять структуру, функции и политику организации, цели управления и принимаемых
решений, возможности компьютерной технологии.
Информационная система является частью организации, а ключевые элементы любой
организации – это структура и органы управления, стандартные процедуры, персонал,
субкультура.
Построение информационной системы должно начинаться с анализа структуры управления организацией.
Координация работы всех подразделений организации осуществляется через органы
управления разного уровня. Под управлением понимают обеспечение поставленной цели
при условии реализации следующих функций: организационной, плановой, учетной,
анализа, контрольной, стимулирования.
Рассмотрим содержание управленческих функций.
Организационная функция заключается в разработке организационной структуры и
комплекса нормативных документов: штатного расписания фирмы, отдела, лаборатории,
группы и т.п. с указанием подчиненности, ответственности, сферы компетенции, прав,
обязанностей и т.п. Чаще всего это излагается в положении по отделу, лаборатории или
должностных инструкциях.
Планирование (плановая функция) состоит в разработке и реализации планов по
выполнению поставленных задач.
Учетная функция заключается в разработке или использовании уже готовых форм и
методов учета показателей деятельности фирмы.
Анализ или аналитическая функция связывается с изучением итогов выполнения планов и
заказов, определением влияющих факторов, выявлением резервов, изучением тенденций
развития и т.д.
Контрольная функция чаще всего осуществляется менеджером: контроль за выполнением
планов, расходованием материальных ресурсов, использованием финансовых средств и
т.п.
Стимулирование или мотивационная функция предполагает разработку и применение
различных методов стимулирования труда подчиненных работников:
• финансовые стимулы – зарплата, премия, акции, повышение в должности и т.п.;
66
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• психологические стимулы – благодарности, грамоты, звания, степени, доски почета
и т.п.
Принятие решения – акт целенаправленного воздействия на объект управления,
основанный на анализе ситуации, определении цели, разработке программы достижения
этой цели.
Структура управления любой организацией традиционно делится на три уровня: операционный, функциональный и стратегический.
Уровни управления (вид управленческой деятельности) определяются сложностью
решаемых задач. Чем сложнее задача, тем более высокий уровень управления требуется
для ее решения. При этом следует понимать, что более простых задач, требующих
немедленного (оперативного) решения, возникает значительно больше, а значит, и
уровень управления для них нужен другой – более низкий, где принимаются решения
оперативно. При управлении необходимо также учитывать динамику реализации
принимаемых решений, что позволяет рассматривать управление под углом временного
фактора.
Уровни управления соотносятся с такими факторами, как степень возрастания власти,
ответственности, сложности решаемых задач, а также динамика принятия решений по
реализации задач.
Операционный (нижний) уровень управления обеспечивает решение многократно
повторяющихся задач и операций и быстрое реагирование на изменения входной текущей
информации. На этом уровне велики объем выполняемых операций и динамика принятия
управленческих решений. Этот уровень управления часто называют оперативным из-за
необходимости быстрого реагирования на изменение ситуации. На уровне оперативного
(операционного) управления большой объем занимают учетные задачи.
Функциональный (тактический) уровень управления обеспечивает решение задач,
требующих предварительного анализа информации, подготовленной на первом уровне. На
этом уровне большое значение приобретает такая функция управления, как анализ. Объем
решаемых задач уменьшается, но возрастает их сложность. При этом не всегда удается
выработать нужное решение оперативно, требуется дополнительное время на анализ,
осмысление, сбор недостающих сведений и т.п. Управление связано с некоторой
задержкой: от момента поступления информации до принятия решений и их реализации, а
также от момента реализации решений до получения реакции на них.
Стратегический уровень обеспечивает выработку управленческих решений,
направленных на достижение долгосрочных стратегических целей организации.
Поскольку результаты принимаемых решений проявляются спустя длительное время,
особое значение на этом уровне имеет такая функция управления, как стратегическое
планирование. Прочие функции управления на этом уровне в настоящее время
разработаны недостаточно полно.
Часто стратегический уровень управления называют стратегическим или долгосрочным
планированием. Правомерность принятого на этом уровне решения может быть
подтверждена спустя достаточно длительное время. Ответственность за принятие
управленческих решений чрезвычайно велика и определяется не только результатами
анализа с использованием математического и статистического аппарата, но и
профессиональной интуицией руководителей.
67
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Возможности автоматизированных систем учебных заведений
Выполняемые функции:
 Планирование.
 Оптимизация учебного процесса.
 Усиление интеллектуальных возможностей.
 Научно-исследовательская работа.
 Статистика.
 Педагогическая информационная база.
Элементы системы:
 Компьютерные классы общего профиля (информатика, программирование,
самостоятельная работа).
 Компьютерные классы специализированного профиля/лаборатория (начальная
школа, мультимедиа, моделирование).
 Административный комплекс (архивы, финансы, справочная служба).
 Демонстрационный комплекс (учебное телевидение, аудио- видеосредства,
слайды).
 Издательский комплекс (набор, сканирование, редактирование, тиражирование).
 Библиотечный комплекс.
 Коммуникационный комплекс.
Существующая в настоящее время в мировой практике сеть открытого заочного и
дистанционного обучения базируется на шести известных моделях, использующих
различные традиционные средства и средства новых информационных технологий:
телевидение, видеозапись, печатные пособия, компьютерные телекоммуникации и пр.
Модель 1. Обучение по типу экстерната ориентировано на школьные или вузовские
экзаменационные требования, предназначается для учащихся и студентов, которые по
каким-то причинам не могут посещать очные учебные заведения.
Модель 2. Университетское обучение (на базе одного университета) предназначено для
студентов, которые обучаются не очно (on-campus), а на расстоянии, заочно или дистанционно, на основе новых информационных технологий, включая компьютерные
телекоммуникации (off-campus). Студентам предлагаются помимо печатных пособий
аудио- и видеокассеты, компакт-диски (для системы заочного обучения), разработанные
ведущими преподавателями этих университетов. В последние годы для организации
дистанционного обучения используются телекоммуникационные технологии.
Модель 3. Обучение, основанное на сотрудничестве нескольких учебных заведений,
позволяет сделать его более профессиональным, качественным и менее дорогостоящим.
Модель 4. Обучение в специализированных образовательных учреждениях. Специально
созданные для целей заочного и дистанционного обучения образовательные учреждения
ориентированы на разработку мультимедийных курсов.
Модель 5. Автономные обучающие системы. Обучение в рамках подобных систем ведется
целиком посредством телевидения или радиопрограмм, компакт-дисков, а также дополнительных печатных пособий. Это – программы самообразования.
Модель 6. Неформальное, интегрированное обучение на основе мультимедийных
программ. Это также программы самообразования. Они ориентированы на обучение
68
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
взрослой аудитории — тех людей, которые по каким-то причинам не смогли завершить
школьное образование. Подобные проекты могут быть частью официальной
образовательной программы и интегрированы в эту программу
или специально
ориентированы на определенную образовательную цель.
Основными целями всех моделей образования на расстоянии являются следующие:
1. Дать возможность обучаемым совершенствовать, пополнять свои знания в различных
областях в рамках действующих образовательных программ.
2. Получить аттестат об образовании, ту или иную квалификационную степень на основе
результатов соответствующих экзаменов (экстернат).
3. Дать качественное образование по различным направлениям школьных и вузовских
программ.
При этом используются программы отдельных университетов, где практикуются очные и
заочные формы обучения, дистанционные программы на базе новых информационных
технологий, программы межуниверситетские, разработанные и используемые совместными усилиями нескольких образовательных учреждений, поддерживаемых
правительственными и деловыми кругами, и автономные программы, разрабатываемые
для самостоятельного использования обучаемыми по определенным направлениям.
3. Опыт применения
В качестве примера успешно работающих курсов в дистанционном образовании можно
назвать курсы системы повышения квалификации педагогических кадров, разработанные
лабораторией дистанционного обучения института общего и среднего образования ИОСО
РАО, и курсы дистанционного образования по педагогической тематике «Эйдос».
Проблемы межличностного взаимодействия педагога и ученика необходимо очень
аккуратно и целенаправленно переносить в новую образовательную информационную
среду путем создания дорогостоящих наукоемких образовательных курсов, которые
реализуются в сетевых технологиях, ориентированных, прежде всего на аудиовизуальные
средства, например, on-line технологии.
При дистанционном обучении учащийся, как правило, работает либо дома, либо в какомто информационном центре. Так или иначе, он остается один на один с компьютером, и
общение с партнерами происходит посредством сети. Разумеется, отличие общения
«лицом – к лицу» от общения с партнером по сети достаточно существенно; последнее –
живое общение, поскольку происходит между реально существующими и взаимодействующими людьми (в отличие от квазиобщения с любой, даже самой умной
машиной), которые могут не видеть друг друга или в условиях видеоконференции
зрительно воспринимать партнера. Это живое общение на расстоянии в определенной
степени аналогично общению по телефону, видеотелефону.
Можно назвать организации, плодотворно работающие в области дистанционного
образования:
Институт информатизации образования ИНИНФО.
Российский фонд компьютерных алгоритмов и программ РОСФОКОМП.
Российский компьютерный центр информационных технологий образования РосКЦИТО
(Федеральное агентство проблем высшей школы).
Российский научно-исследовательский институт информационных систем РосНИИ ИС.
Научно-исследовательский институт проблем высшей школы НИИПВШ.
69
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Контрольные вопросы
1. Дайте определение автоматической системы.
2. Дайте определение автоматизированной системы.
3. В чем заключается идея управления?
4. Охарактеризуйте уровни управленческой деятельности.
5. Опишите принципиальную структуру автоматизированной системы вуза.
6. Опишите назначение и основные функции автоматизированной обучающей системы.
7. Что такое образовательная область?
8. Что такое предметная область?
9. Какие типы социально-экономических систем вам известны?
10. Какие функции возлагаются на лицо, принимающее решение?
70
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 5. Прикладные вычислительные системы
Содержание
5.1. Определение вычислительной системы.
5.2. Задачи вычислительной математики.
5.3. Системы компьютерной математики.
Ключевые слова
Компьютерная модель. Вычислительный эксперимент. Численное дифференцирование.
Численное интегрирование. Погрешность вычисления. Линейное программирование.
Целевая функция. Аппроксимация. Интерполяция. Экстраполяция.
_____________________________________________________________________________
5.1. Определение вычислительной системы
1. Компьютерное моделирование.
2. Вычислительный эксперимент.
3. Базовое обеспечение.
________________________________
1. Компьютерное моделирование
Укрупненная классификация абстрактных (идеальных) моделей:
1. Вербальные (текстовые) модели.
Используют последовательности предложений на формализованных диалектах
естественного языка для описания той или иной области действительности (правила
движения, протокол и т.д.).
2. Математические модели.
Широкий класс знаковых моделей, основанных на формальных языках над
конечным алфавитом и широко использующих те или иные математические методы
(расчет оптимального плана, обслуживание заявок и т.д.).
3. Информационные модели.
Класс знаковых моделей, описывающих информационные процессы (возникновение,
передачу, преобразование и использование информации) в системах самой разнообразной
природы.
Внутри информатики именно компьютерное математическое и компьютерное
информационное моделирование могут рассматриваться как ее составные части.
Компьютерное математическое моделирование связано с информатикой технологически;
использование компьютеров и соответствующих технологий обработки информации стало
неотъемлемой и необходимой стороной работы физика, инженера, экономиста, эколога,
проектировщика и т.д.
Математическая модель выражает существенные черты объекта или процесса языком
уравнений и других математических средств. Сама математика обязана своим
существованием тому, что она пытается отразить, т.е. смоделировать на своем
специфическом языке закономерности окружающего мира.
71
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Применение математического моделирования в наше время более распространено, нежели
моделирования натурного. Толчок развитию математического моделирования дало
появление компьютеров.
Модель должна учитывать возможности исполнителя – того, кто будет получать
результаты из исходных данных, используя построенную модель и алгоритм. Если
исполнитель только вычисляет, имеем вычислительную компьютерную модель.
Математическое моделирование, как таковое, не всегда требует компьютерной
поддержки. Каждый специалист, профессионально занимающийся математическим
моделированием, делает все возможное для аналитического исследования модели.
Аналитическое решение (т.е. представленное формулами, выражающими результаты
исследования через исходные данные) обычно удобнее и информативнее численного.
Возможности аналитических методов решения сложных математических задач, однако,
ограничены и, как правило, эти методы гораздо сложнее численных.
Сейчас доминируют численные методы, реализуемые на компьютерах («Вычислительная
математика», «Численные методы»).
Понятие «аналитическое решение» и «компьютерное решение» отнюдь не противостоят
друг другу:
 все чаще компьютеры при математическом моделировании используются не
только для численных расчетов, но и для аналитических преобразований;
 результат аналитического исследования математической модели часто выражен
столь сложной формулой, что при взгляде на нее не воспринимается описываемый
процесс. Эту формулу (или систему формул) нужно затабулировать, представить
графически, проиллюстрировать в динамике, иногда даже озвучить, т.е. проделать
то, что называется «визуализацией абстракций». При этом компьютер является
незаменимым техническим средством.
Исходя из общих закономерностей моделирования, безотносительно к математическому
аппарату, можно дать такую классификацию математических моделей:
 дескриптивные (описательные) модели;
 оптимизационные модели;
 многокритериальные модели;
 игровые модели;
 имитационные модели.
2. Вычислительный эксперимент
Организация вычислительного эксперимента – это метод решения задач определенного
класса (в математике, физике, химии и т.п.). Рассмотрим процесс компьютерного
математического моделирования, включающий численный эксперимент с моделью
(вычислительные эксперимент), рис. 5.1.
Численный эксперимент выясняет, соответствует ли модель реальному объекту
(процессу). Модель адекватна реальному процессу, если некоторые характеристики
процесса, полученные на компьютере, совпадают с экспериментальными с заданной
степенью точности.
72
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Определение целей
моделирования
Огрубление объекта
(процесса)
Исходный
объект (процесс)
Математическая
модель
Уточнение
модели
Конец
работы
Поиск математического описания
Анализ
результатов
Выбор метода
исследования
Разработка алгоритма и
программы для ЭВМ
Расчеты на ЭВМ
Отладка и тестирование
программы
Рис. 5.1. Общая схема вычислительного эксперимента
По сравнению с натурным экспериментом математическое моделирование имеет
следующие преимущества:







экономичность (сбережение ресурсов реальной системы);
возможность моделирования гипотетических, т.е. не реализованных в натуре объектов;
возможность реализации режимов, опасных или трудновоспроизводимых в натуре
(критический режим ядерного реактора, работа системы противоракетной обороны);
возможность изменения масштаба времени;
легкость многоаспектного анализа;
большая прогностическая сила вследствие возможности выявления общих
закономерностей;
универсальность технического и программного обеспечения проводимой работы.
Этапы моделирования.
1. Постановка проблемы и ее качественный анализ.
2. Построение математической модели.
3. Математический анализ построенной модели.
4. Подготовка исходной информации.
5. Численное решение.
6. Анализ полученных результатов и их применение.
Положительные аспекты применения математических методов в решении практических
задач:
 совершенствование системы сбора информации о сложном объекте;
 интенсификация и повышение точности технических и экономических расчетов;
 углубление количественного анализа проблем в технических, экономических и
других приложениях;
73
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

решение принципиально новых научных и практических задач в любой сфере
приложений.
Этапы вычислительного эксперимента, рис. 5.2:
1. Построение математической модели в виде формальной системы (исчисления).
2. Построение абстрактного вычислительного алгоритма (Р – полиномиальный, NP –
недетерминированный полиномиальный, Е – экспоненциальный).
3. Построение физической компьютерной информационной модели.
вход
выход
Текстовые
процессоры
Графические
редакторы
Объект
Содержательная
модель
Анализ
результата
Расчет
Программа
Натурный
эксперимент
Оформление
отчета
Математическая
модель
ППП
Системы
программирования
Дискретная
модель
Библиотеки
ППП
Среда
Модель
среды
Математические
методы предметной области
Классическая
математика
Численные
методы
Рис. 5.2. Организация вычислительного эксперимента
3. Базовое обеспечение
Вычислительная система – это совокупность взаимосвязанных и взаимодействующих
компьютеров (процессоров), периферийного оборудования и программного обеспечения,
предназначенных для подготовки и решения задач пользователя.
Разработка алгоритма и составление программы для компьютера – это творческий и
трудно формализуемый процесс. В настоящее время при компьютерном математическом
моделировании наиболее распространенными являются приемы процедурноориентированного (структурного) программирования. Из языков программирования
многие профессионалы, физики например, до сих пор предпочитают FORTRAN как в силу
традиций, так и в силу непревзойденной эффективности компиляторов (для расчетных
работ) и наличия написанных на нем огромных, тщательно отлаженных и
оптимизированных библиотек стандартных программ математической ориентации. В ходу
и такие языки как PASCAL, BASIC, C – в зависимости от характера задачи и склонностей
программиста.
74
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Дадим краткое описание программного обеспечения, используемого для реализации
методов вычислительной (компьютерной) математики. Освоение машинной математики
может создать у пользователя иллюзию освоения самой математики. Однако следует
отметить, что инструмент не заменяет компетентность. Никакие красочные меню не
освобождают пользователя от необходимости понимания сути математических команд и
методов, реализованных в таких системах.
Эти математические системы принципиально отличаются от текстовых и графических
редакторов. Если пользователь не знает, что такое матрица, то пакет программ матричной
алгебры ему не поможет. Если он пытается применить численный метод к вычислению
несобственного интеграла, то рискует получить решение сколь угодно далекое от
истинного, или вообще ничего не получить.
Среды общения с компьютером на почти естественном для любого человека (и вполне
естественном для математика) языке позволяют больше внимания уделять постановке
проблемы, математическому моделированию реальных ситуаций, анализу ответа. Для
записи команд и отдельных выражений в математических пакетах используется входной
язык, напоминающий Бейсик с примесью Фортрана и Паскаля.
Он может рассматриваться как функциональный язык сверхвысокого уровня и легко
осваивается пользователями с опытом процедурного программирования. Его версии в
отдельных пакетах различаются в некоторых деталях. Применяется он либо
непосредственно (MatLab, Derive), либо в комбинации с «кнопочно-шаблонным»
интерфейсом (Maple, Mathematic, MathCAD, Scientific Workplace).
От входного языка нужно отличать языки программирования, используемые для создания
внешних процедур многократного применения.
Высочайшим достижением истинно компьютерной математики и компьютерного
интеллекта стали системы компьютерной алгебры, выполняющие наряду с числовыми
расчетами аналитические (символьные) преобразования. Основа компьютерной алгебры –
глубокие математические результаты из коммутативной алгебры, алгебраической
геометрии, математической логики и теории алгоритмов.
Основные возможности типового математического пакета:
 арифметические
и
логические
операции,
вычисление
алгебраических,
тригонометрических и им обратных, гиперболических и им обратных, ряда
специальных (высших трансцендентных) функций, статистические и финансовоэкономические расчеты;
 действия над числами произвольной разрядности и в различных системах счисления
(обычно от 2 до 36);
 операции с действительными и комплексными числами, представление их в дробнорациональной форме с регулируемой точностью;
 символьные операции с полиномами, дробно-рациональными функциями, функциями
одной и многих переменных, включая разложение полиномов на простые множители,
вычисление их действительных и комплексных корней, нахождение числовых
значений и т.п.;
 символьное и числовое дифференцирование и интегрирование, вычисление сумм и
произведений элементов рядов, вычисление пределов функций, нахождение
разложений в ряд Тейлора в окрестности заданной точки;
 операции с векторами и матрицами, элементы которых могут быть как числовыми, так
и символьными выражениями;
 преобразование формул (подстановки, упорядочение многочленов по степеням
заданной переменной, разложение на множители и перемножение, выражение
75
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»


тригонометрических функций от кратных углов через базовый угол и обратно, замена
синусов на косинусы и обратно, упрощения и т.д.);
решение задачи теории поля и векторного анализа, включая вычисление градиента,
дивергенции и потенциала;
построение двумерных и трехмерных графиков; графиков функций, заданных в
параметрической форме, и графиков в полярной системе координат.
Самыми богатыми возможностями обладают профессиональные пакеты Mathematica и
Maple. Они же предъявляют самые высокие требования к аппаратуре (процессор I486 или
Pentium, не менее 8 Мбайт оперативной памяти и свыше 100 Мбайт дисковой) и наиболее
сложны в освоении.
Подмножества символьной математики из Maple входят в новейшие версии MathCAD,
MatLab, Scientific Workplace. Собственные версии символьной математики реализованы в
пакетах Mathematic, Derive, Macsyma.
Справедливости ради нужно отметить, что почти в каждом пакете можно найти
«изюминку», отсутствующую в других пакетах. Например, та же Macsyma по выбору
средств решения интегральных уравнений превосходит Maple (другие пакеты таких
возможностей не имеют вообще). Кроме того, она «умеет» решать уравнения в частных
производных и сама строит сетку для метода конечных элементов.
В профессиональной версии MathCAD документы (программы, комментарии, результаты
вычислений) имеют естественный для научно-технической литературы вид, а при задании
математических выражений в этой системе используется удобный кнопочный интерфейс.
Однако эта система проигрывает по отношению к потребным ресурсам (требуется порядка
100 Мбайт дисковой памяти).
В MatLab и Maple вместо математических знаков вводят слова, обозначающие функции и
операторы (например, sqrt вместо знака квадратного корня). Аналогичный подход
осуществляется и в Derive, но на внутреннем уровне пакета: требуемый оператор
определяется типом используемой панели, автоматически кодируется в командной строке
и отображается в рабочем листе посредством стандартной математической символики
(правда, далеко не с типографским качеством набора). То же относится к
сформированному результату.
5.2. Задачи вычислительной математики
1. Численные методы.
2. Типовые приложения.
_____________________________
1. Численные методы
Обработка табличных данных
Решение задачи интерполяции и экстраполяции обеспечивается построением
интерполяционной функции L(x), приближенно заменяющей исходную f(x), заданную
таблично, и проходящей через все заданные точки – узлы интерполяции. С помощью этой
функции можно рассчитать искомое значение исходной функции в любой точке.
Интерполяция – нахождение значения таблично заданной функции в тех точках внутри
данного интервала, где она не задана.
76
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Экстраполяция – восстановление функции в точках за пределами расчетного
интервала.
В связи с интерполяцией рассматривают три основные проблемы:
 выбор интерполяционной функции L(x);
 оценка погрешности интерполяции R(x);
 размещение узлов интерполяции (х1, х2, …, хn) для обеспечения наивысшей возможной
точности восстановления функции.
Метод Лагранжа предполагает построение интерполяционного полинома Лагранжа n-го
порядка:
n
Ln  x    y jQ j  x  .
j 0
Метод Ньютона использует понятие конечных разностей:
 k yi   k 1 yi1   k 1 yi
Метод Чебышева позволяет обосновать размещение узлов интерполяции в заданных
пределах на числовой оси.
Метод сплайнов требует непрерывности нескольких производных интерполяционной
функции в расчетных узлах (кубический сплайн склеивается из полиномов третьей
степени, требуется непрерывность двух производных).
Аппроксимация
Аппроксимация – это построение приближенной (аппроксимирующей) функции, в целом
наиболее близко проходящей около данных точек или около данной непрерывной
функции.
Такая задача возникает при наличии погрешности в исходных данных (в этом случае
нецелесообразно проводить функцию точно через все точки, как в интерполяции) или при
желании получить упрощенное математическое описание сложной или неизвестной
зависимости. Близость исходной и аппроксимирующей функций определяется числовой
мерой – критерием аппроксимации.
Выделяют две основные задачи:
 получение аппроксимирующей функции, описывающей имеющиеся данные с
погрешностью, не хуже заданной;
 получение аппроксимирующей функции заданной структуры с наилучшей возможной
погрешностью.
Метод наименьших квадратов базируется на применении в качестве критерия близости
суммы квадратов отклонений заданных и расчетных значений. При заданной структуре
аппроксимирующей функции yiрасч(х) необходимо таким образом подобрать параметры
этой функции, чтобы получить наименьшее значение критерия близости (т.е. наилучшую
аппроксимацию):
2
k


R    yi   a j xij   min
i 1 
j 0

n
yiрасч  x 
77
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Метод равномерного приближения в качестве критерия близости использует модуль
максимального отклонения расчетных и заданных значений:
R  max yi  yiрасч  min
Численное интегрирование
Численные методы обычно применяются при взятии не берущихся интегралов от
достаточно сложных функций, которые предварительно табулируются, или при
интегрировании таблично заданных функций, что в экономических приложениях
встречается значительно чаще. Все численные методы строятся на том, что
подынтегральная функция приближенно заменяется более простой, от которой интеграл
легко берется. В результате получаются формулы интегрирования, называемые
квадратурными, в виде взвешенной суммы ординат подынтегральной функции в
отдельных точках:
b
 f  x  dx   f  x 
i
i
i
a
Сравнение эффективности различных методов проводится по степени полинома, который
данным методом интегрируется точно, без ошибки. Чем выше степень такого полинома,
тем выше точность метода, тем он эффективнее.
Простейшие методы. К ним относятся методы прямоугольников (левых и правых) и
трапеций.
В методе прямоугольников подынтегральная функция заменяется горизонтальной прямой
y=С0 со значением ординаты, т.е. значением функции слева или справа участка.
В методе трапеций подынтегральная формула заменяется наклонной прямой у = С1х +С0.
В методе прямоугольников интеграл вычисляется абсолютно точно только при f(x)=Const,
а в методе трапеций – при f(x) линейной или кусочно-линейной.
Метод Симпсона базируется на замене подынтегральной функции квадратичной
параболой, которая строится по трем точкам на каждом участке (а не по двум как в методе
трапеций). По этим трем точкам (крайние точки участка и средняя точка) строится
интерполяционная функция – полином второго порядка, который аналитически
интегрируется. В этом методе обеспечивается вычисление интеграла точно, без
погрешности, при полиноме третьего порядка.
Метод Ньютона-Котеса является обобщением предыдущих, построен на аналогичных
принципах и предполагает замену подынтегральной функции параболой k-го порядка (а
не второго, как в методе Симпсона).
Все предыдущие формулы является частным случаем формулы Ньютона-Котеса (при k=1
получаем метод трапеций для одного участка, при k=2 – формулу Симпсона).
Методы Чебышева и Гаусса. Все предыдущие методы имели следующую особенность:
значения х располагались равномерно, а весовые коэффициенты были разными (в общем
случае), хотя некоторые из них были равны друг другу.
В методе Чебышева приняты все весовые коэффициенты одинаковыми, а xi – разными.
В методе Гаусса все участки разбиения и все весовые коэффициенты разные. Это
позволяет обеспечить интегрирование без ошибки уже полинома степени (2k – 1), что и
78
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
для любых других, не полиномиальных, подынтегральных функций дает лучшие
результаты (т.е. линейную ошибку), хотя и требует более сложных вычислений.
Методы решения нелинейных уравнений
Процесс решения нелинейного уравнения общего вида f(x)=0,
осуществляется в два этапа: отделение корней, уточнение корней.
как
правило,
Идеи аналитических методов первого этапа базируются на очевидном свойстве
непрерывных функций: корни функций (точки пересечения f(x) с горизонтальной осью)
обязательно лежат между соседними экстремумами функции (хотя обратное неверно).
Идеи методов второго этапа можно сгруппировать по трем основным направлениям:
1) поиск корня с заданной погрешностью сводится к перебору всех возможных значений
аргумента с проверкой наличия решения;
2) поиск корня нелинейной функции заменяется поиском корня более простой функции
(линейной, параболической), близкой к исходной нелинейной; как правило, процесс
поиска осуществляется итерационными процедурами (однотипными, последовательно
повторяющимися);
3) нелинейное уравнение вида f(x)=0 сводят к одной из форм вида g(x)=(x) и стремятся
обеспечить равенство левой и правой частей тоже, как правило, с помощью
итерационных процедур.
Условием окончания процесса решения уравнения (т.е. получения корня х* с заданной
погрешностью) может быть одно из двух возможных:
f(x*)  ;
x*xk  
Здесь  и  – предварительно заданные малые величины;
k – номер итерации.
Второе условие можно использовать, не зная точного значения корня, путем замены его
другим xk-1xk  , при подстановке которого данное условие будет гарантировано
выполняться.
Отделение корней может производиться графически путем построения графика функции
f(x) или аналитически путем нахождения критических точек.
Уточнение корней: метод сканирования; метод деления отрезка пополам; метод хорд;
метод Ньютона (касательных); комбинированный метод; метод параболической
аппроксимации; метод простой итерации.
Определение числа корней алгебраических уравнений
Для уравнения Pn(x)=a0xn+a1xn-1+a2xn-2+…+an=0 общее количество действительных
корней и комплексных корней (которые всегда в рассматриваемом случае при
действительных коэффициентах уравнения будут попарно сопряженными) всегда равно
наивысшей степени полинома в левой части уравнения (т.е. в нашем случае n).
Количество корней можно приблизительно определить по правилу Штурма (точно) и по
правилу Декарта (приближенно) по анализу числа перемены знака в последовательности
коэффициентов уравнения.
79
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для оценки области существования корней (важно в приложениях) часто достаточно знать
предельное (максимально возможное) значение корня.
Эту проблему можно решить, не находя все корни, а воспользовавшись специальными
методами.
Метод Лагранжа – верхняя граница положительных корней:
R 1 m B
a0
где m – номер первого по порядку отрицательного коэффициента;
В – наибольшая из абсолютных величин отрицательных коэффициентов;
а0 >0.
Метод Ньютона – если при некотором x= Pn(x)>0 и все производные Р(х)>0, P(x)>0,
…, P(n)>0, то значение  является предельным значением положительных корней (простой
перебор).
Метод кольца – позволяет находить область существования всех корней алгебраического
уравнения, в том числе и комплексных.
Действительные корни находятся в интервалах (-R, r) и (r, R):
R 1
1
A
; r
a0
1 B
an
где A=max{a1 , a2, …, an}; B=max{a1 , a2, …, an-1}.
Внутри корня с радиусами (r, R) находятся действительные корни. Уточнением этого
метода является метод предельных значений, в котором вычисляются верхние границы
положительных корней.
Уточнение корней алгебраических уравнений
Выделяют три этапа:
 нахождение приближенного значения корня;
 проверка, является ли найденное значение корнем;
 получение нового полинома степени на единицу меньше, чем предыдущая.
Применяют методы уточнения действительного корня (итерация, приближение) и
уточнения комплексной пары корней (метод Хичкока – решение вспомогательной
системы уравнений).
Решение систем нелинейных уравнений
Решение систем нелинейных уравнений f(x)=0, где х – векторная величина, а f(x) –
векторная функция, значительно сложнее, чем решение одного уравнения. Сложно
отделить корни, поэтому на этом этапе обычно выбирают начальное приближение ближе
к потенциально возможному решению. Для получения всех возможных решений чаще
всего на практике перебирают различные начальные условия поиска.
В основном используют два метода решения систем: метод Ньютона–Рафсона и метод
итераций.
Метод Ньютона–Рафсона базируется на разложении функций fj(x1, x2, …, xn) в ряд
Тейлора с отбрасыванием всех нелинейных членов разложения (т.е. функции
линеаризуют). Затем ставится задача перехода по всем переменным из текущей точки хi в
следующую xi+1, которую считают решением; т.е. находят hi= xi+1+ xi, полагая f(xi+1)=0.
80
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Получается система линейных уравнений относительно hij (j=1, 2, …, n). Процедуру
повторяют многократно, делая процесс поиска корней итерационным.
Метод итераций заключается в приведении всех уравнений к виду x=(x) и его
многократному решению при произвольных начальных значениях x0.
Реже используются поисковые методы оптимизации, когда ищут минимум суммы
квадратов невязок f(x)= всех уравнений системы, подбирая переменные хi:
R   i2  min

i
Это будет иметь место только при всех I = 0, т.е. соответствующие значения хi будут
являться решением системы.
Решение системы линейных уравнений
Все методы решения обычно разделяют на две группы: точные методы и приближенные
итерационные методы.
Точные методы
Метод Крамера (с использованием определителей) приводит матрицу к форме
произведения двух треугольных матриц, что сводит решение заданной системы к
последовательному решению двух систем с треугольными матрицами, что является более
простой задачей.
Метод Гаусса включает два этапа:
1 – прямой ход сводит исходную систему к эквивалентной с верхней треугольной
матрицей;
2 – обратный ход заключается в последовательном нахождении всех переменных системы.
Метод оптимального исключения представляет собой видоизменение метода Гаусса;
здесь обратных ход соединен с прямым за счет исключения всех уже вычисленных
переменных из вышестоящих уравнений.
Приближенные методы
Дают возможность найти решение системы как предел бесконечного вычислительного
процесса, позволяющего по уже найденным приближениям к решению построить
следующее, более точное приближение: метод простой итерации, метод Зейделя
(модификация метода итераций, заключающаяся в немедленном вводе в вычисления
каждого из полученных направленных значений неизвестных).
Методы оптимизации
Методы оптимизации – поиск экстремума функции с ограничениями или без них.
Численные методы оптимизации классифицируются следующим образом.
1. По размерности решаемых задач: одномерные; многомерные.
Одномерная оптимизация: Метод сканирования. Метод деления пополам. Метод золотого
сечения. Метод параболической аппроксимации.
Многомерная безусловная градиентная оптимизация: Метод градиента. Метод
наискорейшего спуска. Метод сопряженных градиентов. Метод тяжелого шарика.
Многомерная безградиентная оптимизация: Метод Гаусса-Зайделя (покоординатный
спуск). Метод Розенброка. Симплексный метод (метод дифференцируемого
многогранника). Метод параллельных касательных.
Многомерная случайная оптимизация: Метод слепого поиска. Метод случайного
направления. Метод поиска с «наказанной случайностью». Метод с «блуждающим»
поиском.
81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Многомерная условная оптимизация: Метод штрафов. Метод прямого поиска с возвратом.
Метод проектирования градиента.
2. По способу формирования шага для многомерных методов:
градиентные; безградиентные; случайного поиска.
Градиентные делятся на:
 по способу вычисления градиента: с парной пробой; с центральной пробой;
 по алгоритму коррекции шага;
 по алгоритму вычисления новой точки: одношаговые; многошаговые.
Безградиентные делятся на:
 с поочередным изменением переменных;
 с одновременным изменением переменных.
Методы случайного поиска делятся на:
 с чисто случайной стратегией;
 со смешанной стратегией.
3. По наличию активных ограничений: без ограничений (безусловные); с ограничениями
(условные).
С ограничениями делятся на:
 с ограничениями типа равенств;
 с ограничениями типа неравенств;
 со смешанными ограничениями.
Основы решения дифференциальных уравнений
Для решения дифференциальных уравнений используют:
Метод Эйлера. Модифицированный метод Эйлера. Метод Рунга-Кутта. Метод
Милна.
Можно рекомендовать обучающую систему EUREKA, включающую:
 вычисление значения производных и определенных интегралов;
 поиск максимума и минимума функций;
 работа с экспоненциальной, логарифмической, тригонометрическими функциями, а
также с полиномами.
EUREKA, Численные методы
программная
система
электронный
учебник
ч.1. Численные методы.
ч.2. Численные методы оптимизации.
В каждой части – Методические
указания по обучению
2. Типовые приложения
Проектировочные (инженерные) задачи
 Расчет конструкций (центр тяжести, моменты инерции, объемы, прочность, оболочки).
 Обработка экспериментальных данных (контроль качества, классификация объектов
(резервирование технических средств, диагностика в аварийных ситуациях).
Прикладные задачи:
Распределение вероятностей. Числовые характеристики. Выборки и распределения.
Математическая статистика (оценка параметров распределений, соответствие
82
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
теоретических и статистических распределений, регрессионный анализ, корреляционный
и спектральный анализ, сглаживание и фильтрация, авторегрессия и скользящее среднее).
Физические задачи
Рассмотрим некоторые из них:
Свободное падение тела («безпарашютное»)
Математическая модель выражается системой дифференциальных уравнений:
 dh
 dt  

2
 d  mg - k1 - k 2
 dt
m
Этой задаче можно придать черты оптимизационной, поставив задачу так: парашютист
прыгает с некоторой высоты и летит, не открывая парашюта; на какой высоте (через какое
время) ему следует открыть парашют, чтобы иметь к моменту приземления безопасную
скорость? Или по-другому: как связана высота прыжка с площадью поперечного сечения
парашюта, чтобы скорость приземления была безопасной?
Выполнение таких исследований многократно более трудоемко, чем изучение одного
прыжка при заказанных условиях.
Движение тела, брошенного под углом к горизонту
Тело, брошенное под углом к горизонту с начальной скоростью, летит, если не учитывать
сопротивления воздуха, по параболе и через некоторое время падает на землю.
Решением данной задачи является система уравнений:
 d
k1  k2  x2   y2
x


x
 dt
m

k1  k2  x2   y2
 d y
 g 
y

m
 dt
и уравнения траектории движения тела:
dx
 x ,
dt
dy
 y
dt
Законы подобия.
В физическом моделировании применяют безразмерные величины. Главная задача –
установление законов подобия. Появляются безразмерные комбинации параметров,
фактически определяющих, например, характер движения. Число комбинаций обычно
меньше числа размерных параметров.
Движение тела с переменной массой
Цель задачи:
1) достичь качественного понимания того, как изменяется скорость и как влияют на
полет разные факторы;
2) оценить оптимальное соотношение параметров.
Таким образом, модель имеет черты как дескриптивной, так и оптимизационной.
Движение небесных тел. «Траекторные» расчеты
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Варианты постановки задачи: Как движется Земля и другие планеты в пространстве? Что
ждет комету, залетевшую из глубин космоса в Солнечную систему? и т.п.
В этих задачах неудобно работать с размерными величинами, измеряемыми миллиардами
километров, секунд и т.д. В безразмерных переменных уравнения не содержат
параметров. Единственное, что отличает разные режимы движения друг от друга –
начальные условия.
Например, уравнения движения:
 dX
 d  2 Vx ,

X
 dVx  2
,
 d
2
2 3
 X Y 


 dY  2 Vy ,
 d
 dV
Y
 y  2
 d
2
2 3
X

Y



описывают траектории движения по эллипсу, параболе и гиперболе.
Движение заряженных частиц
Закон Кулона, описывающий взаимодействие точечных зарядов, похож на закон
всемирного тяготения, поэтому подход к моделированию движения заряженной частицы
в электростатическом поле аналогичен моделированию движения малого небесного тела в
поле тяжести.
Экологические задачи
Модели внутривидовой конкуренции
Численность популяции в момент времени t равна Nt и изменяется во времени
пропорционально величине чистой скорости воспроизводства R:
Nt+1=Nt R
Решение уравнения имеет вид:
Nt=N0 Rt
В действительности увеличение роста численности в геометрической прогрессии не
наблюдается. Чистая скорость воспроизводства зависит от внутривидовой конкуренции.
Модель межвидовой конкуренции
Сущность межвидовой конкуренции заключается в том, что у особей одного вида
уменьшается плодовитость, выживаемость и скорость роста в результате использования
того же ресурса, что и особями другого вида, причем влиянию конкуренции в той или
иной мере подвергаются особи обоих видов. Модель межвидовой конкуренции
выражается системой дифференциальных уравнений (модель Лотки-Вольтерры):
K1  N1  12  N 2
 dN1
 dt  r1  N1 
K1


 dN 2  r  N  K 2  N 2   21  N1
2
2
 dt
K2
84
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Динамики численности популяций хищника и жертвы
Модель состоит из двух компонентов: численность популяции хищника и численность
популяции жертвы. Они совершают периодические колебания – при увеличении
численности хищников уменьшается численность популяции жертвы и наоборот.
Глобальная модель развития человечества
Модель состоит из пяти секторов: стойкие загрязнения; невозобновимые ресурсы;
население; сельское хозяйство (производство продуктов питания, плодородие земель,
освоение земель); экономика (промышленное производство, производство услуг, рабочие
места).
Исходными являются первичные взаимосвязи:
 численность населения и запасы промышленного капитала;
 численность населения и площадь возделываемых земель;
 площадь возделываемых земель и объем промышленного капитала;
 численность населения и капитал сектора услуг;
 капитал сектора услуг и промышленный капитал и т.д.
Основное назначение модели – предвидеть возможные пути достижения экономикой
такой численности населения планеты, которая может поддерживаться окружающей
средой неопределенно долгое время.
Моделирование случайных процессов
Массовое обслуживание (очередь)
Семейство функций Пуассона широко используется в теории массового обслуживания:
pn  t 
 t 

n!
n
 e  t
Вычисление площадей (метод Монте-Карло)
Найти площадь фигуры G, вписанной в прямоугольник, с размерами сторон a и b.
С помощью датчика равновероятно распределенных случайных чисел многократно
генерируются координаты точки, принадлежащей прямоугольнику. При большом числе
испытаний площадь фигуры G приближенно равна отношению числа точек, попавших в
область G, к числу всех разыгранных точек.
Нефтяное месторождение
Для прогнозирования нефтедобычи важно знать величины пластового давления на всем
месторождении при условии, что оно экспериментально измерено лишь на его границе
(краевая задача Дирихле).
Оптимизационные задачи:
 оптимальное распределение ресурсов;
 оптимальное управление заказами;
 задачи «о замене» (оборудовании);
 оптимальное управление.
5.3. Системы компьютерной математики
1. Общая характеристика.
2. Вычислительные возможности.
____________________________________________
85
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1. Общая характеристика
В качестве примера рассмотрим пакет Mathcad (фирма Mathsoft Inc.), являющийся одним
из наиболее удобных для расчетов на компьютере. Это последнее звено в иерархическом
семействе родственных программных продуктов: Microsoft Company Basic, Microsoft
Company Standart, Microsoft Company PLUS, Microsoft Company Pro, Microsoft Company
2000 Pro.
Пакет имеет естественный входной язык представления математических зависимостей и
инструменты их набора типа предлагаемых в Microsoft Equation. В частности, войдя в
окно работы с матрицами, можно получить шаблоны для матрицы или вектора, при
необходимости их скорректировав.
MathCAD – физико-математический пакет: он позволяет вводить размерности
переменных задачи и автоматически контролирует соответствие размерностей операндов
и результата.
MathCAD оборудован текстовым процессором, позволяющим оформить статью без
помощи специализированных средств – редакторов.
Возможность собственными средствами сформулировать задачу в привычных
обозначениях, исследовать задачу, обработать исходные данные, выбрать метод решения,
получить его, документировать и передать по сети разработчики считают основным
достоинством пакета.
Имеются дополнения: обработка символов и изображений; анализ электрических цепей;
численный анализ; «продвинутая» математика и статистика; теория очередей. Дополнения
включают электронные гипертекстовые книги и программные компоненты (поставка за
отдельную плату).
Возможности среды MathCAD
 Встроенный редактор формул.
 Высокая точность вычислений.
 Работа с комплексными числами.
 Широкий спектр встроенных функций и алгоритмов.
 Встроенные системы единиц измерения и проверки размерности.
 Символьный процессор, позволяющий проводить аналитические вычисления.
 Встроенный текстовый редактор, допускающий вставки в текст любых формул.
 Встроенный графический редактор, предоставляющий многообразные способы
работы с графическими объектами, в том числе быстрое построение графиков,
наложение графиков друг на друга и их анимация.
 Язык программирования с минимумом ключевых слов.
 Возможность проводить рекурсивные вычисления с большой глубиной
вложенности рекурсивных вызовов.
 Встроенные в систему простые и удобные в работе компоненты для связи с
другими приложениями.
 Системный интегратор со встроенным языком программирования (Connex Script)
для конструирования интегрированных вычислительных систем на основе среды
MathCAD и других приложений (Excel, Axum, Mathlab).
 Контекстно-интегрированная система помощи.
 Доступ через ресурсный центр к электронным книгам с сотнями листов
стандартных заготовок (формулы, таблицы, графики, алгоритмы).
86
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Вычислительные возможности
При поиске числового результата наряду с общеупотребимыми математическими
операциями и функциями может быть использовано большое количество встроенных
функций, таких как функции отыскания собственных векторов матрицы, решения
дифференциального уравнения, генерации последовательности случайных чисел с
заданным законом распределения.
В среде Mathcad имеются функции трех видов: встроенные, пользовательские и
вложенные. Это – виртуальные функции, производные, интегралы, корни, связанные с
соответствующими вычислительными методами и алгоритмами.
В Mathcad включены следующие операции символьной математики:
 вычисление выражения в аналитическом виде;
 вычисление выражения в комплексном виде;
 вычисление числового значения выражения;
 упрощение выражений;
 развертывание выражения;
 разложение на множители;
 группировка выражения;
 вычисление коэффициентов полинома;
 поиск производной по переменной;
 интегрирование по переменной;
 решение уравнения в аналитическом виде;
 подстановка в выражение;
 разложение в ряд;
 представление в виде смешанной дроби;
 транспонирование матрицы;
 инвертирование (обращение) матрицы;
 нахождение детерминанта (определителя) матрицы;
 преобразование Фурье;
 обратное преобразование Фурье;
 преобразование Лапласа;
 обратное преобразование Лапласа;
 вычисление пределов
Контрольные вопросы
1. Дайте определение вычислительной системы.
2. Как вычислить определенный интеграл?
3. Перечислите основные методы исследования операций.
4. Определите понятие технологии «электронная тетрадь».
5. Что влияет на точность интерполяции?
6. Для чего предназначен метод наименьших квадратов?
7. Можно ли получить методом прямоугольника точное значение интеграла?
8. В чем заключается геометрический смысл метода половинного деления?
9. Что называется сходимостью метода итераций?
10. При выполнении каких условий можно отыскать оптимальное решение?
87
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
88
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 6. Системы открытого образования
Содержание
6.1. Проблемы дистанционного обучения.
6.2. Формализованное представление и поиск информации.
6.3. Введение в искусственный интеллект.
Ключевые слова
Образовательное пространство. Педагогическая коммуникация. Управляемое обучение.
Дистанционное обучение. Виртуальная реальность. Искусственный интеллект.
Информационный поиск. Навигационная система. Диспетчерская система. Экспертная
система.
_____________________________________________________________________________
6.1. Проблемы дистанционного обучения
1. Образование как вид коммуникации.
2. Виртуальное образовательное пространство.
3. Управляемое компьютерное обучение.
______________________________________________________
1. Образование как вид коммуникации
Задача образования заключается в организации помощи обучаемому, позволяющей ему
выйти на такой уровень развития, который он не в силах достичь самостоятельно. Система
образования включает в себя людей-учителей и людей-учеников. Педагогическая
коммуникация в электронной сфере формируется на стыке естественнонаучных,
технологических и социально-гуманитарных наук. В развитии коммуникативного
сознания выделяют информационное, психологическое и социальное направления. В
едином образовательном пространстве объединяются возможности непосредственного
(«лицом к лицу», межличностного, группового) и опосредованного взаимодействия
(активный и пассивный источники информации), что характеризуется как межличностная
опосредованная коммуникация.
Педагогическая коммуникация реализуется в медиасреде (текстовая, звуковая, видео,
компьютерная), отличающейся от традиционной учебной среды, с другими
пространственно-временными характеристиками, формируемыми информационными
компьютерными технологиями.
Существует три важнейшие коммуникационные функции: передача информации в
пространстве, сохранение информации во времени и обработка информации в целях ее
воспроизведения.
Искусственная память передает одно и то же изображение, текст, визуальный образ
сотням, тысячам, миллионам людей, дополняя, тренируя и даже ограничивая нашу
89
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
индивидуальную память, создавая взамен массовый консенсус о том, что и как должно
запоминаться, рис. 6.1.
Биологическая память
Оперативная
память
Долговременная
память
Память
трудовых
навыков
Коллективная
память
ДолгоОпера
временное
тивное
хранение:
хранение:
книга
блокнот
О
памятник
бумага
доска
п
CD-ROM
твердая
поверхность
RAM
компьютерная епамять
х
р
а
р
н
Вспомогательнаяапамять
е
н
Рис. 6.1. Типы коммуникационного
т хранения информации
и
и
е
в
В образовании ясно просматриваются тенденции,
делающие
: акцент на усиление роли
н
логических построений и предсказуемости событий. Моделирование обучения
о целей в количественных терминах, которые
предполагает методику описания учебных
е
можно оценить. Оно использует системный
подход и поэтому может служить
хранение:
проводником для внедрения
образовательный процесс.
информационных
компьютерных
технологий
в
2. Виртуальное образовательное пространство
Развитие вычислительной техники и информационных компьютерных технологий
позволяет перейти в педагогической практике от традиционной среды педагогического
общения к взаимодействию в едином образовательном пространстве, формируемом всеми
участниками образовательного процесса. Единое образовательное пространство можно
определить как комплекс условий и факторов, опирающихся на возможности
информационных компьютерных технологий и обеспечивающих функционирование
образовательной системы в целом.
Формируемая из информационного наполнения и коммуникативных возможностей
локальных, корпоративных и глобальных сетей, а также физического пространства
учебных заведений, образовательная среда не является педагогически «нейтральной»,
ввиду необходимости поддержки дидактических компонент, дружественного интерфейса,
эффективной педагогической коммуникации, оптимизации процесса управления
обучением. В организационном плане электронная среда представляет собой сложную
самонастраивающуюся
(корректировка,
перестройка
поведения)
и
самосовершенствующуюся коммуникационную систему (установление наиболее
эффективной взаимосвязи), включающую прямую и обратную взаимосвязь между
учащимися, преподавателями и другими членами учебной организации.
90
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Накопленный опыт освоения информационных компьютерных технологий в образовании
показывает, что невозможен автоматический и полный перенос коммуникативных
навыков из традиционной в электронную среду ввиду влияния новых факторов, которые
обычно не встречаются или имеют другой вектор направленности в традиционной среде
педагогического общения.
Сейчас можно говорить о развитии комбинированного типа взаимодействия в
образовательных средах человек–компьютер–человек. Формы обучения в электронной
среде модифицируются на основе человеко-компьютерного взаимодействия в аудио-,
видео-, электронные лекции (предполагается активность со стороны преподавателя). На
основе компьютерно-опосредованной коммуникации они дополняются консультациями в
локальном и сетевом режимах, асинхронными семинарами, семинарами-чатами,
видеоконференциями, виртуальными лабораторными практикумами, предоставляющими
возможность современно обнаружить недостатки и оперативно их устранить
(предполагается активность со стороны обучаемого).
Идея
разработки
модели
образования,
основанной
на
использовании
телекоммуникационных систем в качестве альтернативы ныне существующей модели,
базирующейся на использовании транспортной инфраструктуры, является пересмотром
самой концепции образования, которое должно стать свободным от временных и
пространственных ограничений.
Обучаемый может справиться с проблемами, возникаемыми в моделируемой среде,
посредством использования знаний, доступ к которым открывают компьютерные
программы. Именно с применением компьютерной технологии для решения задач
моделирования и берет свое начало технология виртуальной реальности. Компьютер
способен интегрироваться в ту среду, которую сейчас называют кибернетическим
пространством.
Можно предположить, что в недалеком будущем станет возможным совмещение
коммуникационных функций, которыми уже обладают мультимедийные компьютеры, с
виртуальной реальностью и доступом к широкодиапазонным телекоммуникационным
сетям, и мы с полным основанием будем использовать аббревиатуру КВР (компьютерная
виртуальная реальность) для определения тройственной совокупности возможностей этих
технологий.
3. Управляемое компьютерное обучение
Проект методики преподавания, основанный на использовании компьютера, представлен
на рис. 6.2. В нем заложена основа для разработки педагогических сред, которые могут
использоваться на уровне виртуального учителя и виртуального класса.
Схема обучающих навыков изображается в виде карты, которая впоследствии может
использоваться обучаемым. Ученик может выбрать узел и получить по нему инструкции.
Карта располагает навыки в иерархической зависимости, т.е. указывает, какой навык
нужно изучит в начале, а какой – в конце. В то же время учащийся имеет возможность с
помощью карты самостоятельно определять порядок работы. Одни учащиеся выбирают
последовательный путь обучения от простого к сложному, а другие выбирают основной
навык и сразу приступают к его совершенствованию.
91
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Проблемы
Проектировщик
обучения (учитель)
Рекомендации
Знания
Компьютерное
проектирование
обучения (КПО)
Типы навыков
Сеть навыков
Экспертная
система
Картографирование
Авторизация
Карта
Содержание
Виртуальный
учитель
Образовательные среды
(места виртуальных классов)
Данные
Учащиеся
Телекоммуникационная сеть
Менеджмент
Обратная связь
Рис. 6.2. Механизм преподавания на основе использования компьютера
Функция компьютерного проектирования обучения также определяет тип навыка,
представленного в каждом узле, т.е. различные типы навыков усваиваются разными
способами. Эта информация вводится в функцию автоматизации, в которой может
содержаться шаблон для каждого типа навыка и соответствующая преподавательская
среда. Сегодня средства мультимедиа могут включать в себя схемы, рисунки,
мультипликацию и т.д. Завтра к ним добавится виртуальная реальность.
Когда учащийся выбирает узел в карте, ему также предоставляется возможность выбора
способа обучения. Например, он может попробовать решить проблему самостоятельно,
или попросить объяснить ему ту теорию, которая относится к проблеме, или заказать
демонстрацию решения проблемы. В системах такого типа учащемуся предоставляется
наглядная оценка его успехов, в этих системах также имеется функция самопроверки,
позволяющая ученику самостоятельно убедиться в том, что он овладел навыком.
Преподавательская функция закладывается в систему проектировщиком обучения. В
соответствии с назначением программного обучения разработчик предоставляет машине
информацию, на основании которой проектируется сеть, а потом адаптирует ее в
зависимости от полученной реакции обучаемого обучения. Эти действия осуществляются
на основании профессионального опыта.
92
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Образовательное пространство учебного заведения складывается из индивидуальных
пространств обучаемых и обучающих. Материальный компонент индивидуального
образовательного пространства в простейшем случае может быть реализован как пакет
мультимедиа информации с наглядными связями между различными ресурсами (текст,
графика, видео, страницы Интернет). Полезным направлением в создании
индивидуального образовательного пространства может стать подборка справочных и
демонстрационных материалов по программным средствам, связанным с профильной или
профессиональной подготовкой, анализ и сопоставление возможностей различных
прикладных систем (правовых, финансовых, статистических).
Материальной базой единого образовательного пространства является образовательная
электронная среда, к которой относят информационное содержание и коммуникативные
возможности
локальных,
корпоративных
(университетские,
муниципальные,
региональные, федеральные) и глобальных компьютерных сетей, создаваемых и
используемых для образовательных целей участниками образовательного процесса.
Технологические составляющие электронной среды рассматривают с точки зрения
выполняемой ими роли в образовании (компьютер: наставник, инструмент, объект,
ресурс; информационная компьютерная технология: освоение, использование,
образование).
Дистанционное обучение является примером успешной адаптации процессов и методов
педагогической коммуникации к образовательной электронной среде. Оно
характеризуется использованием различных технологий для педагогического
взаимодействия (методическая информационная поддержка на www, отправка и проверка
заданий экспертной программой, групповые дискуссии в форуме, списки рассылки) и
самостоятельного учения студентов (методические пособия, электронные курсы).
Для успешного осуществления дистанционного обучения традиционные и
технологические дидактические компоненты должны быть взаимосвязаны; наиболее
важным является комбинирование способов передачи содержания, которое
совершенствуется благодаря личностно-деятельностному подходу, изменениям в
педагогической коммуникации (преимущественно, позитивного характера).
Основными характеристиками образовательной электронной среды являются: открытая
учебная архитектура; интегративность как совмещение информационных и
коммуникационных возможностей сред и средств коммуникации, традиционных методов
обучения и современных образовательных технологий; мультикультурность как
реализуемые коммуникативные взаимодействия.
В электронной образовательной среде возникают новые виды педагогической
коммуникации: студент-преподаватель, студент-студент, преподаватель-студент
(межличностная
и
групповая);
студент-содержание,
студент-технология,
взаимодействие с которыми происходит с использованием соответствующих
программных модулей среды или встроенных Интернет-технологий.
В последние годы на основе встроенных Интернет-технологий создаются и исследуются
интегрированные распределенные обучающие среды (IDLE), основными компонентами
которых являются: область знаний; модуль обучаемого с возможностями мониторинга
учебной деятельности и отслеживания траектории обучения; модуль обучающего,
характеризуемый уровнем базовой и специальной компетенции, интересами и
активностью, предпочтениями в методах преподавания; пользовательский интерфейс.
93
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Среди дидактических характеристик электронной среды обучения различают
компоненты, связанные с компьютером и связанные с телекоммуникациями:
 инициирование постоянного контакта между программой и пользователем на основе
множества вопросов (принцип интерактивности);
 использование специальных методов конструирования тестов для определения
глубины понимания учеником пройденного материала (контролирующий принцип
адекватной оценки);
 изложение содержания материала небольшими структурированными частями
(модульный принцип);
 выведение подсказки в случае ошибки (принцип обратной связи);
 закрепление каждого успешного шага некоторым поощрением (мотивационный
принцип).
6.2. Формализованное представление и поиск информации
1. Данные и знания.
2. Информационный поиск.
3. Навигационные и диспетчерские системы.
__________________________________________________________
1. Данные и знания
Семантические модели данных представляют собой средство представления структуры
предметной области. Эти модели используют общий набор понятий и отличаются
конструкциями, применяемыми для их выражения, полнотой отражения понятий в
модели, удобством использования при разработке информационных систем. Как эталон
семантической полноты рассматривается естественный язык, а для формализации
языковых конструкций в моделях применяется аппарат математической лингвистики.
Наиболее распространенной семантической моделью является модель «сущность-связь».
Эта модель использует графическое представление всех компонентов. Структура
предметной области в модели «сущность-связь» изображается в форме диаграммы. Дуги
на диаграмме соединяют тип сущности с типом связи. Диаграмма может представлять
только объекты и их связи или дополнительно содержать атрибуты, описывающие
свойства объектов.
В современных системах управления вопрос о принятии решения требует фиксации
знаний об управляемом объекте и реализации моделей принятия решений, характерных
для человека-специалиста (инженер, экономист, педагог). Способность человека
накапливать и использовать знания, принимать решения можно назвать естественным
интеллектом; соответствующие возможности информационной системы получили
название искусственный интеллект.
Система понятий для представления знаний существенно отличается от системы понятий
для представления данных, поэтому отображение знаний производится в базу знаний.
Вместе с тем, база знаний способна хранить данные как простую разновидность знаний.
94
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Запросы, которые формируют пользователи информационных систем, реализуются
следующими способами:
 сообщения, являющиеся ответом на запрос, хранятся в явном виде в базе данных, и
процесс получения ответа представляет собой выделение подмножества знаний из
файлов базы данных, удовлетворяющих запросу;
 ответ не существует в явном виде в базе данных и формируется в процессе
логического вывода на основании имеющихся данных.
Последний случай принципиально отличается от применяющихся технологий
использования баз данных и рассматривается в рамках представления знаний, т.е.
информации, необходимой в процессе вывода новых фактов.
Базы знаний содержат:
 сведения, которые отображают существующие в предметной области закономерности
и позволяют выводить новые факты, справедливые в данном состоянии предметной
области, но отсутствующие в базе данных, а также прогнозировать потенциально
возможные состояния предметной области;
 сведения о структуре информации в базе данных (метаинформация);
 сведения, обеспечивающие понимание входного языка, т.е. перевод входных запросов
во внутренний язык.
Принято говорить не о знаниях «вообще», а о знаниях, зафиксированных с помощью той
или иной модели знаний. Принципиальными различиями обладают три модели
представления знаний: продукционная модель, модель фреймов и модель семантических
сетей.
Продукционная модель знаний состоит из трех основных компонентов:
 набора правил, представляющего собой в продукционной системе базу знаний;
 рабочей памяти, в которой хранятся исходные факты и результаты выводов,
полученных из этих фактов;
 механизма логического вывода, использующего правила в соответствии с
содержанием рабочей памяти и формирующего новые факты.
В основе теории фреймов лежит фиксация знаний путем сопоставления новых фактов с
рамками, определенными для каждого объекта в сознании человека. Структура в памяти
компьютера, представляющая эти рамки, называется фреймом (в переводе с английского –
рамка). С помощью фреймов мы пытаемся представить процесс систематизации знаний в
форме, максимально близкой к принципам систематизации знаний человеком.
Фрейм представляет собой таблицу, структура и принципы организации которой являются
развитием понятия отношения в реляционной модели данных. Слотом фрейма называется
элемент данных, предназначенный для фиксации знаний об объекте, которому отведен
данный фрейм.
Новизна фреймов определяется двумя условиями:
 имя атрибута может в ряде случаев занимать в фрейме позицию значения;
 значением атрибута может служить имя другого фрейма или имя программно
реализованной процедуры.
Фреймовые системы обеспечивают ряд преимуществ по сравнению с проекционной
моделью представления знаний:
 знания организованы на основе концептуальных объектов;
 допускается комбинация представления декларативных («как устроены объекты») и
процедурных («как взаимодействуют объекты») знаний;
95
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

иерархия фреймов вполне соответствует классификации понятий, привычной для
восприятия человеком;
 система фреймов легко расширяется и модифицируется.
Семантические сети представляют собой ориентированные графы с помеченными
дугами. Они позволяют структурировать имеющуюся информацию и знания. Аппарат
семантических сетей является естественной формализацией ассоциативных связей,
которыми пользуется человек при извлечении каких-то новых фактов из имеющихся.
Построение сети способствует осмыслению информации и знаний, поскольку позволяет
установить противоречивые ситуации, недостаток имеющейся информации и т.п.
Наблюдается
переход
от
индивидуального
(межличностная
коммуникация,
самостоятельное обучение) к групповому (малые и большие группы), от группового к
организационному интерфейсу в электронных средах обучения, что согласуется с
конструктивистским подходом, но требует методической мотивации в соответствии с
целями и задачами обучения.
Педагогическая коммуникация немногочисленной по составу группы реализуется между
участниками образовательного процесса, которые разделяют общие учебные цели и
задачи, имеют чувство принадлежности к данной группе и влияние друг на друга.
Среди Интернет-технологий, поддерживающих групповое обучение, следует отметить
дискуссионные методы (телеконференция, список рассылки, веб-форум), Интернетконференции, электронные журналы (форма научной коммуникации), электронные
библиотеки (упорядоченные коллекции разнообразных электронных документов в
совокупности с серверами навигации и поиска) и их комбинации.
Информация в Интернете не является хорошо организованной и подготовленной для
использования в образовательных целях, поэтому доступ в Интернет с непрерывно
возрастающим объемом неструктурированной информации должен опираться на
обучение анализу, синтезу и критической оценке сообщений, что входит в набор навыков
профессиональной компетентности. Кроме того, информация в Интернете может быть
недостоверной, неполной, неточной и несвязанной с контекстом обучения, что делает ее
бесполезной для целей обучения.
Связь с контекстом обучения является критичным фактором при оценке используемого
ресурса. При его создании следует исходить из традиционных критериев качества
информации (репрезентативность, доступность, точность, достаточность, экономичность,
релевантность, достоверность, защищенность, своевременность и т.п.), а также критериев
оценки качества веб-сайта (автор, источник, сервер, активность, стиль, цель, аккуратность,
актуальность).
Принципы формирования типовой информационной структуры:
1) однократный ввод и многократное использование информации;
2) полнота удовлетворения информационных потребностей основных групп
пользователей;
3) оперативное пополнение ресурсов обязательными документами;
4) комфортный доступ к ресурсам в off- и on-line режимах;
5) выполнение как конкретных узкотематических, так и широких по тематике
запросов.
Основные задачи, возникающие при создании электронного архива:
 Предоставление пользователям оперативного доступа к информационному массиву по
интересующей их тематике.
96
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»







Автоматическое ведение журнала модификации информации.
Исключение размещения посторонней информации.
Распределение прав доступа.
Исключение несанкционированного изменения информации.
Организация любой другой информационной структуры без необходимости
существенной переработки имеющейся информации.
Возможность перехода к иной форме хранения/обработки информации без
необходимости ручной обработки основной части размещенной информации.
Возможность добавления в схему обработки информации дополнительных элементов
поиска, структурирования и т.п.
Единое образовательное пространство педагогического вуза включает централизованную
информационную базу, диспетчерскую систему, средства администрирования, управления
и коммуникации, рис. 6.3.
Образовательное пространство вуза
Образовательное
пространство
обучаемого
Образовательное
пространство
педагога
Средства
администрирования
Организационные
модули: НСИ, акты,
инструкции
Средства
диспетчеризации
Интегрированные
модули:
 теоретические и
практические
занятия
 лабораторные и
самостоятельные
работы
Средства управления
Опорные модули:
специальность,
дисциплина, тема,
вопрос
Информационная
база
Исходные модули:
 Локальная зона:
теоретические,
практические,
контролирующие,
методические.
 Распределенная
зона: сетевые
ссылки на информационный ресурс.
Средства
коммуникации
Технические модули
Программные модули
Рис. 6.3. Структура единого образовательного пространства вуза
Индивидуальное образовательное пространство педагога формируется на базе единого
образовательного пространства вуза и включает электронный конспект лекций, видеотеку
лектора, систему заданий для самостоятельной деятельности обучаемого, средства
мониторинга учебного процесса, сетевую страницу для дистанционного обучения.
Информационные средства этого пространства обеспечивают выполнение следующих
функций:
1. Создание и модификация учебного материала и учебных заданий курса (отдельные
уроки, модули, лекции, учебные пособия, задания для тестов, контрольные работы,
курсовые проекты, экзаменационные материалы).
97
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Управление библиотеками разработки курсов (шаблоны, аудио- и видеофрагменты,
анимация).
3. Модификация состава и уровня курса под конкретных обучаемых.
4. Навигация и быстрый поиск необходимой информации о курсе.
5. Мониторинг курса (получение любой статистической информации о курсе,
обучаемых, заданиях).
6. Включение разработанного курса в базу данных.
Индивидуальное образовательное пространство обучаемого включает электронное
учебное пособие, видеокурс лекций, практикум по компьютерному моделированию,
адаптивную систему тестирования и сетевую версию курса для дистанционного обучения.
Информационные средства этого пространства обеспечивают выполнение следующих
функций:
1) конфигурирование курса по желанию обучаемого;
2) воспроизведение мультимедийных и анимационных фрагментов курса;
3) самотестирование и самоконтроль знаний обучаемых на всех этапах изучения
курса;
4) доступ к курсу через сеть и его изучение с помощью программ–навигаторов;
5) введение паролей для исключения случаев несанкционированного доступа к
работам и файлам обучаемых;
6) развитие навыков сетевого обучения.
2. Информационный поиск
Знание бывает двух видов: мы знаем предмет по существу, или же мы знаем, где можно
найти информацию о нем. В этой мысли содержится главный признак, по которому
деятельность информационная отделяется от научно-исследовательской. С незапамятных
времен для поиска информации применяют ряд логических процедур, которые в
совокупности и составляют процесс поиска информации.
Прочтение полного текста документа заменили просмотром заглавий, аннотаций,
рефератов. Однако и эта процедура в многотысячных собраниях документов оказалась
слишком трудоемкой. Документы пришлось систематизировать по содержанию, которое
условно стали обозначать индексами (буквами и/или цифрами). Систематизация по
разделам наук (классам) – один из самых первых способов раскрытия содержания научнотехнических документов, моделирующий работу человеческого сознания и восходящий к
глубокой древности. По мере увеличения количества письменных и печатных документов
и объема наших знаний о мире их классификация усложнялась. Эти классификации
получили название иерархических.
В семидесятых годах 19-го века сформировалась предметная (точнее, алфавитнопредметная) классификация. На долгие годы она стала господствующей при составлении
энциклопедий, вспомогательных указателей к трудам, систематически излагающим
проблему или раздел науки, а в США, где она была создана – при организации каталогов.
До середины 20-го века возможность содержательного поиска информации по
справочникам или документам, содержащим нужную информацию, в библиотеках
ограничивалась тремя способами: систематическим, предметным, алфавитным.
В пятидесятые годы 20-го века были сформулированы понятия информационного поиска,
информационно-поисковой системы, информационно-поискового языка, была выдвинута
98
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
задача механизации, а затем и автоматизации информационного поиска. К этому времени
стало ясно, что информационный поиск – это совокупность логических процедур, в
результате которых на информационный запрос выдается либо необходимая информация
(фактографический поиск), либо библиографические адреса этих документов
(библиографический поиск). Документы подвергаются анализу (интеллектом человека),
абстрактное представление о его содержании выражается на некотором информационнопоисковом языке, т.е. синтезируется в виде библиографического описания и индекса.
Индекс образуется путем мысленного сопоставления основного смыслового содержания с
потенциальными запросами потребителей информации.
Процедура выражения основного смыслового содержания документа и информационных
запросов на информационно-поисковом языке получила название индексирования и
составляет существенную часть аналитико-синтетической обработки документов.
Информационный поиск, таким образом, заключается в замене содержательного
прочтения полного текста документов формальным «сличением» (сравнением на
соответствие) их поисковых образов с запросами на языке индексов.
Метод координатного индексирования (М. Таубе, К. Муэрс – США, пятидесятые годы
20-го века) основан на предположении, что основное смысловое содержание любого
документа и информационного запроса можно выразить при помощи набора терминов, по
большей части содержащихся в самом индексированном документе. Эти термины
получили название ключевых слов. Ключевые слова образуют для данного документа
координатную сетку, по которой в дальнейшем ведется информационный поиск по
соответствующему запросу.
Термины находятся в сложных взаимоотношениях между собой, выражают более узкие
или более широкие понятия, могут быть связаны по сходству, по контрасту (омонимия,
синонимия) или по другим ассоциациям. Чтобы иметь возможность учитывать это при
поиске, приходится составлять специальные понятийные справочники (тезаурусы). В них
для каждого понятия (класса условной эквивалентности) выбирается один термин –
дескриптор, а для остальных слов указывается их связь с дескриптором.
Рубрикатор – это особым образом организованный перечень рубрик иерархической
классификации, предназначенный для отражения сведений о текущих публикациях в
информационных изданиях или системах информационного обслуживания. К его
характерным особенностям относятся сравнительно небольшая глубина индексации,
ориентированность на межотраслевые, междисциплинарные, комплексные проблемы,
простота и линейность структуры, достаточная гибкость, частая и безболезненная
изменяемость формулировки рубрик. По рубрикаторам классифицируются самые мощные
потоки научных публикаций (за год в мире появляется примерно 5 млн. не совпадающих
документов).
Гипертекст – это новая технология представления неструктурированного, свободно
наращиваемого знания (В. Буш, 1945 год; Т.Нельсон, 1965 год). Здесь обработка
информации осуществляется совместно с человеком (авторская технология). Весь
поисковый аппарат реализуется как тезаурус гипертекста (нет поисковых образов
документов).
Восприятие и понимание гипертекстовых сообщений, экранная культура текста,
электронная риторика взаимоувязаны с учебными материалами, размещенными в
электронных средах (программный подход клиент-сервер, язык форматирования HTML,
протоколы HTTP). Встраиваемые в текст Web-страницы, гипертекстовые ссылки
различаются по решаемым задачам (структурные, ассоциативные, дополнительные) и
99
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
позволяют создавать нелинейную структуру обучения с возможностью выбора различных
путей для прочтения текста, реализация которых невозможна в печатном варианте.
Построение (редактирование, комментирование) сообщений веб-страниц, их
навигационной структуры подчиняется своим правилам (принцип «перевернутой
пирамиды», синергетический подход, массовая издательская среда), которые реализуются
в различной веб-архитектуре (одиночная страница, веб-презентация, семантическая сеть,
иерархический веб-сайт).
Наиболее частыми проблемами конструирования гипертекстовой структуры и веб-сайтов
для учебных целей являются сложность навигации по гипертексту (необходимы
направленные маршруты по учебному материалу, ведение фрейма или карты с исходным
перечнем всех частей документа – индексами), когнитивная перегруженность (учебники
ограничены пространством книги и определенным количеством информации,
компьютерные сети практически не ограничены), что требует иных методов создания
(характеристика информационного, мультимедийного воздействия на человека, учет
особенностей поисковых систем) и освоения образовательных веб-сайтов (проблемный
метод, индивидуализированный и деятельностный подходы).
Модульный подход к построению образовательной области обеспечивает применение
современных методов теоретического и практического обучения в конкретной
образовательной области, что позволяет повысить уровень подготовки обучаемых. Этот
подход соответствует концепции открытого образования и, в частности, применению
электронных учебных пособий.
Образовательной области «Информатика» соответствует образовательный модуль,
включающий набор специальностей в соответствии с республиканской номенклатурой.
Специальности соответствует специализированный модуль, включающий набор
дисциплин, формируемый в соответствии с учебно-методическим комплексом по
специальности.
Дисциплине соответствует комплексный модуль, включающий перечень учебных тем в
соответствии с учебно-методическим комплексом по дисциплине.
Тема характеризуется базовым модулем (перечень учебных вопросов).
Учебному вопросу соответствует опорный модуль, ссылающийся на тип учебного занятия
(теоретические, практические, лабораторные, самостоятельные). Через тип занятия
учебный вопрос ссылается на исходный модуль, содержащий учебный материал
(теоретический,
практический,
контролирующий,
методический,
программнотехнический).
Интегрированный модуль на входе анализирует информацию, состоящую из понятий
элементарных модулей, и на выходе создает совокупность новых понятий, знаний,
используя экспертные системы. До базового уровня включительно целесообразно
работать в регламентированном режиме, с опорного уровня можно интегрировать
учебный материал для каждого вида занятий (проектировать этапы учебного процесса).
Описание информационных модулей осуществляется в технологических картах. Карта
интегрированного модуля содержит ссылку на включаемые модули (выполняет функции
навигатора). Карта исходного модуля характеризует его принадлежность к виду учебного
материала, типу учебного занятия и учебного вопроса (выполняет функции
спецификатора).
100
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Навигационные и диспетчерские системы
Информационный поиск реализуется при помощи информационно-поисковой системы,
которая в абстрактном виде должна состоять из информационно-поискового языка,
правил перехода на этот язык и критерия смыслового соответствия, определяющего объем
выдачи документов или информации – критерия выдачи, рис. 6.4.
Модель организации данных в гипертекстовых справочных системах основана на
сочетании ассоциативных гиперссылок и иерархического принципа организации
фрагментов и документов.
Поисковые образы и адреса
Активное запоминающее устройство
Документы
Индексирование
документов
Документы
с адресами
Индексирование
запросов
Запросы
Решающее
устройство
Адреса
Пассивное запоминающее устройство
Документы
Рис. 6.4. Концептуальная схема информационно-поисковой системы
Данные модели сочетают апробированные и интуитивно понятные большинству
пользователей, по аналогии работы с книгой, иерархическую навигационную структуру
(гипертекстовое оформление и предметный указатель) с дифференцированными
ассоциативными гиперссылками, выражающими рассмотренные выше различные типы
ассоциаций при изучении и восприятии текстовой информации.
Обращение к сетевым объектам по адресам осуществляют навигаторы (браузеры),
например, Microsoft Internet Explorer (или «Обозреватель», по терминалогии фирмы
Microsoft). Портал – это веб-страница с гиперссылками на ресурсы Интернет. Webстраница – это электронный документ, записанный в HTML формате.
Браузер определяет профиль пользователя, позволяет работать с Web-страницами (со
встроенными объектами или без них), ведет регистрационный журнал и имеет меню
настройки.
Поисковые системы делятся на глобальные, отраслевые, национальные и региональные,
фирменные и индивидуальные. Эти системы могут осуществлять простой, расширенный и
специальный поиск.
Поисковые сетевые системы являются специфическими браузерами, формирующими
ссылочные списки. Мощные поисковые системы хранят сведения о примерно 300 млн.
web-страниц (на начало 2000 года насчитывалось порядка 1 млрд. документов).
101
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Поисковые системы подразделяются на каталоги и указатели; они различаются
технологией подготовки справочного материала: каталоги составляют люди, а указатели
формируются автоматически.
Самый крупный каталог Интернет – Yahoo! (www. yahoo.com); он содержит 1 миллион
ресурсов и поддерживается 150 редакторами.
Ведущий каталог России – List.Ru (www. list.ru); 100 тысяч ссылок, классифицированных
по 18 каталогам.
Поисковые указатели работают в три этапа:
1. Собирается информация из www (программы Червь, Гусеница, Спайдер, Кроулер).
2. Создается индексированная база данных (словарь).
3. Осуществляется обработка запроса клиента и выдача результата поиска в виде списка
гиперссылок.
4. Осуществляется сортировка полученных результатов (ранжирование). Каждой
странице присваивается определенный рейтинг, отражающий качество материала
(показатель цитирования, размещение ключевых слов, коммерциализация).
5. Оценивается качество самых первых ссылок (качество искусственного интеллекта).
Классификационно-рейтинговые системы создаются для «туристов». Классификатор
похож на каталог, но по каждой категории представляются лучшие сайты и фиксируется
число посетителей. Самый крупный классификатор России – Рамблер Тор 100
(размещается на портале поискового указателя России Рамблер – www.rambler.ru).
Пример 6.1. Диспетчерская обучающая система ДОС Информатика.
Система предназначена для работы с информационной базой образовательного
пространства вуза и может выполнять следующие функции: формирование и просмотр
каталогов модулей всех типов; формирование и просмотр технологических карт
интегрированных (составных) модулей; поиск учебного материала для интегрированных
модулей в информационной база; проведение индивидуального обучения.
Контент для диспетчерской обучающей системы сделан в виде учебно-методических
модулей в формате html. Подобраны библиотеки теоретических, практических и
контролирующих модулей по каждой теме. Имеется возможность самому пользователю
составлять новые библиотеки из исходных элементарных модулей, выполняя навигацию
между модулями с помощью ключевых слов. Связь между модулями осуществляется по
системе индексов, т.к. за каждым модулем закреплен свой индекс, состоящий из
нескольких признаков (указание на дисциплину, тему, вид материала).
Для подготовки учебных модулей не требуется специальных знаний в области
программирования. Задачу можно решить с помощью стандартного средства (например, с
помощью текстового процессора Microsoft Word). В этом редакторе для создания файла
формата html достаточно после подготовки нужного документа сохранить его как webстраницу.
Можно воспользоваться также программой Microsoft FrontPage, которая входит в
комплект Microsoft Оffice и позволяет создавать web-страницы на языке html без
программирования. Созданные учебные модули затем подключаются к информационной
базе с помощью гиперссылок.
102
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6.3. Введение в искусственный интеллект
1. Теоретические аспекты.
1. Экспертные системы.
________________________________
1. Теоретические аспекты
Искусственный интеллект — это одно из направлений информатики, цель которого
разработка аппаратно-программных средств, позволяющих пользователю-непрограммисту
ставить и решать свои задачи, традиционно считающиеся интеллектуальными, общаясь с
компьютером на ограниченном подмножестве естественного языка.
Направления развития искусственного интеллекта:
 представление знаний и разработка систем, основанных на знаниях;
 игры и творчество;
 разработка естественно-языковых интерфейсов и машинный перевод;
 распознавание образов;
 новые архитектуры компьютеров;
 интеллектуальные роботы;
 специальное программное обеспечение;
 обучение и самообучение.
Знания — это выявленные закономерности предметной области (принципы, связи,
законы), позволяющие решать задачи в этой области. Знания связаны с данными,
основываются на них, но представляют результат мыслительной деятельности человека,
обобщают его опыт, полученный в ходе выполнения какой-либо практической
деятельности. Они получаются эмпирическим путем.
Знания можно классифицировать на поверхностные (видимые взаимосвязи между
отдельными событиями и фактами в предметной области) и глубинные (абстракции,
аналогии, схемы), отображающие структуру и процессы предметной области.
Процедурные знания «растворены» в алгоритмах, они управляют данными и для их
изменения требуется изменять программы. Декларативные знания сосредоточены в
структурных данных (таблицы, списки, абстрактные типы данных).
Продукционная модель (модель, основанная на правилах) позволяет представить знания в
виде предложений типа если условие, то действие.
Под условием понимается некоторое предложение-образец, по которому осуществляется
поиск в базе знаний.
Продукционная модель чаще всего применяется в промышленных экспертных системах.
Имеется большое число программных средств, реализующих продукционный подход:
язык OPS; оболочки EXSYS, ЭКСПЕРТ; инструментальные системы ПИЭС, СПЭИС и
промышленных экспертных систем на основе этого подхода.
Характерная особенность семантических сетей – обязательное наличие трех типов
отношений: класс-элемент класса; свойство-значение; пример элемента класса.
Для реализации семантических сетей существуют специальные сетевые языки (например,
NET). Известны экспертные системы, использующие семантические сети в качестве языка
представления знаний: PROSPECTOR, CASNET, TORUS.
103
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Фреймом называется формализованная модель для отображения образа. Фреймы-образцы
(прототипы), хранящиеся в базе знаний, и фреймы-экземпляры создаются для
отображения реальных ситуаций на основе поступающих данных.
Специальные языки представления знаний в сетях фреймов (например, Frame
Representation Language) позволяют эффективно строить промышленные экспертные
системы: ANALYST, МОДИС.
Формальные логические модели основаны на классическом исчислении предикатов, когда
предметная область или задача описывается в виде набора аксиом. В промышленных
экспертных системах эти модели практически не используется, т.к. предъявляют высокие
требования к представлению предметной области (они применяется, как правило, в
исследовательских «игрушечных» системах).
Можно выделить три стратегии получения знаний: приобретение, извлечение,
формирование.
Под приобретением знаний понимается способ автоматизированного построения базы
знаний посредством диалога эксперта и специальной программы (при этом структура
знаний заранее закладывается в программу).
Извлечение знаний касается непосредственно живого контакта инженера по знаниям и
источника знаний. Авторы стратегии склонны использовать этот термин как более
глубокий и более точно выражающий смысл процедуры переноса компетентности
эксперта по знаниям в базу знаний экспертной системы.
Термин формирование знаний традиционно закрепился за чрезвычайно перспективной и
активно развивающейся областью инженерии знаний, которая занимается разработкой
моделей, методов и алгоритмов анализа данных для получения знаний и обучения.
Р. Аккоф предложил использовать для анализа процесса формирования знания и его роли
в сознании человека схему из пяти категорий: данные, информация, знание, понимание,
мудрость.
Данные – это неупорядоченные символы, рассматриваемые безотносительно к какомулибо контексту.
Информация представляет собой выделенную, упорядоченную часть базы данных,
подготовленную для применения, т.е. отвечающую на вопросы «кто, что, где, когда».
Знание - это формулировка существующих тенденций или сущностных связей между
явлениями, представленными в информации. В отличие от своей информационной основы
знание может служить руководством для конкретных решений и действий.
Понимание есть выражение закономерности, содержащейся во множестве разрозненных
знаний, которое дает ответ на вопрос «почему».
Мудрость - это оцененное понимание закономерности с точки зрения прошлого и
будущего. Иногда мудрость закрывает, до определенного периода, знания, к
использованию которых общество морально не готово.
Свойства интеллектуальных ресурсов личности, которые присущи человеческому
капиталу вообще:
1. Человеческий капитал неотчуждаем и, соответственно, неликвиден.
2. Человеческий капитал не храним. Время, в течение которого он не использовался,
упущено навсегда. Для человека, не работающего по специальности, стоимость
образования относится соответствующей долей на неявные издержки его нынешней
деятельности.
3. Интеллектуальные ресурсы являются ресурсами двойного назначения. Они
используются не только в производственной (экономической) деятельности, но и в
104
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
повседневном обиходе, в жизни, идущей за границами рабочего времени. Поэтому
инвестиции в формирование интеллектуальных ресурсов, как и человеческого
капитала вообще, не отделимы от расходов на потребление.
4. Так же как и другие виды человеческого капитала, интеллектуальные ресурсы
личности двойственны с точки зрения их стоимости.
Наряду с общими свойствами, характерными для человеческого капитала,
интеллектуальный капитал обладает специфическими особенностями:
 старение знаний – понимается не утрата знания, связанная с биофизическим
старением работника, а явление, аналогичное моральному износу оборудования, в
основе которого лежит старение объективированного в этом оборудовании знания;
 соотношение явного и неявного знания в структуре интеллектуальных ресурсов
личности.
2. Экспертные системы
Традиционно знания существуют в двух видах — коллективный опыт, личный опыт. Если
большая часть знаний в предметной области представлена в виде коллективного опыта
(например, высшая математика), то эта предметная область не нуждается в экспертных
системах. Если в предметной области большая часть знаний является личным опытом
специалистов высокого уровня (экспертов), то эти знания слабо структурированы; такая
предметная область нуждается в экспертной системе
Экспертные системы — это сложные программные комплексы, аккумулирующие знания
специалистов в конкретных предметных областях и тиражирующие этот эмпирический
опыт для консультаций менее квалифицированных пользователей, рис. 6.5.
Решатель
Интерфейс
пользователя
База знаний
Интеллектуальный
редактор базы
знаний
Подсистема
объяснений
П
И
Э
Рис. 6.5. Структура экспертной системы
(П – пользователь, И – инженер по знаниям, Э - эксперт)
Экспертные системы – один из немногих видов систем искусственного интеллекта,
получившие широкое распространение и практическое применение. Класс «экспертные
системы» сегодня объединяет несколько тысяч различных программных комплексов.
Существуют экспертные системы по военному делу, геологии, инженерному делу,
информатике,
космической
технике,
математике,
медицине,
метеорологии,
промышленности, сельскому хозяйству, управлению, физике, химии, электронике,
юриспруденции и т.д. И только то, что экспертные системы остаются весьма сложными,
дорогими, а главное, узкоспециализированными программами, сдерживает их еще более
широкое распространение.
105
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Одна из возможных классификаций экспертных систем представлена на рис. 6.6.
Подробнее рассмотрим наиболее значимую классификацию – по типу решаемой задачи.
Интерпретирующие экспертные системы
Под интерпретацией понимается определение смысла данных, результаты которого
должны быть согласованными и корректными. Это традиционная задача для экспертных
систем. Предусматривается многовариантный анализ данных. Интерпретирующие
системы имеют дело не с четкими символьными представлениями проблемной ситуации,
а непосредственно с реальными данными (оценка производственного процесса на
химическом заводе).
Экспертные системы
1. Тип решаемой
задачи
2. Связь с реальным
временем
интерпретация данных
диагностика
мониторинг
проектирование
планирование
прогнозирование
управление
обучение
3. Тип ЭВМ
на супер-ЭВМ
статические
на ЭВМ средней
производительности
на символьных
процессорах _
квазидинамические
динамические
4. Степень
интеграции
автономные
гибридные
(интегрированные)
на мини- и супермини ЭВМ
_
на персональных
ЭВМ
_
Рис. 6.6. Классификация экспертных систем
Примерами могут служить программы обнаружения и идентификации океанских судов
SIAP; определение основных свойств личности по результатам психодиагностического
тестирования АВТАНТЕСТ.
Диагностирующие экспертные системы
Под диагностикой понимается обнаружение неисправности в некоторой системе;
определение причины заболевания, локализация неисправностей в электронных схемах;
определение неисправных компонент в системе охлаждения ядерных реакторов.
Диагностические системы часто являются консультантами, которые не только ставят
диагноз, но и помогают в отладке. Они могут взаимодействовать с пользователем, чтобы
оказать помощь при поиске неисправностей, а затем предложить порядок действий по их
устранению. В настоящее время диагностические системы разрабатываются для
приложений к инженерному делу и компьютерным системам.
Примерами могут служить диагностика и терапия сужения коронарных сосудов ANGY,
диагностика ошибок в аппаратуре и математическом обеспечении компьютеров CRIB.
Экспертные системы мониторинга
Мониторинг – это непрерывная интерпретация данных в реальном масштабе времени и
сигнализация о выходе тех или иных параметров за допустимые пределы. Эти системы
должны работать в режиме реального времени и осуществлять зависящую как от времени,
так и от контекста интерпретацию поведения небольшого объекта.
Примерами могут служить контроль за работой электростанций СПРИНТ, контроль
аварийных датчиков на химическом заводе FALCON.
106
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Проектирующие экспертные системы
Эти экспертные системы разрабатывают конфигурации объектов с учетом набора
ограничений, присущих проблеме и готовят спецификации на создаваемые объекты с
заранее определенными свойствами. В этих системах тесно связаны два процесса: вывод
решения и его объяснение.
Примерами могут служить генная инженерия, разработка интегральных схем CADHELP,
конфигурирование компьютеров XCON .
Планирующие экспертные системы
Эти системы определяют полную последовательность действий, прежде чем начнется их
выполнение, для объектов, способных выполнять некоторые функции. Используются
модели поведения реальных объектов с тем, чтобы логически вывести последствия
планируемой деятельности.
Примерами могут служить планирование поведения робота STRIPS, планирование
эксперимента по оценке боеспособности предполагаемого противника MOLGEN.
Прогнозирующие экспертные системы
Эти системы логически выводят вероятные следствия из заданных ситуаций.
Используется параметрические динамические модели, в которых значения параметров
«подгоняются» под заданную ситуацию.
Примерами могут служить предсказание погоды WILLARD, экономические прогнозы
ECON, возникновение военных конфликтов (прогноз по данным разведки).
Обучающие экспертные системы
Эти системы диагностируют ошибки при изучении какой-либо дисциплины с помощью
компьютера и подсказывают правильные решения. Они создают модель того, что
обучаемый знает и как эти знания применяет к решению проблемы.
Системы «исправляют» поведение обучаемых с помощью непосредственных указаний.
Кроме того, они планируют акт общения в зависимости от успехов обучаемого с целью
передачи знаний. В качестве примера можно привести системы для обучения студентов
языкам программирования (PROUST для Паскаля, «Учитель Лиспа»).
Большие планы возлагают на экспертные системы для дистанционного обучения. Они
наделяются функцией самообучения, что позволяет выдавать полные и точные
рекомендации. Экспертная система может брать на себя ответственность за
проектирование обучения.
Экспертные системы, осуществляющие управление
Эти системы адаптивно руководят поведением системы в целом. Они должны включать
наблюдающие компоненты, чтобы отслеживать поведение объекта на протяжении
времени, и другие компоненты для выполнения множества задач интерпретирования,
прогнозирования, диагностики, проектирования, ремонта, отладки, обучения.
Технология разработки экспертных систем
Процесс разработки промышленной экспертной системы, опираясь на традиционный
подход в области технологий, можно разделить на шесть более или менее независимых
этапов, практически подходящих для любой предметной области:
 выбор проблемы;
 разработка прототипа системы: идентификация проблемы, извлечение знаний,
концептуализация знаний, формализация знаний, реализация, тестирование;
107
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»




развитие прототипа до промышленной экспертной системы;
оценка системы;
стыковка системы;
поддержка системы.
Контрольные вопросы
1. Перечислите основные направления искусственного интеллекта.
2. Дайте классификацию экспертных систем по типу решаемых задач.
3. Что называется извлечением знаний и в чем состоит его главный аспект?
4. Что лежит в основе любой интеллектуальной системы?
5. Что называется продукционной моделью?
6. Из чего состоит семантическая сеть?
7. Что входит в состав экспертной системы?
8. Какие языки используются при формализации информации?
9. Какие функции выполняют интерактивные сетевые сервисы?
10. Для чего предназначены экспертные системы мониторинга?
108
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 2. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
Тема 1. Информационные процессы и системы
Целевая установка
Изучение основных определений и характеристик информационных систем.
Учебные вопросы
1. Определения информационной системы.
2. Процессы, протекающие в информационных системах.
3. Типовые информационные системы:
 информационно-справочная система;
 административная система;
 вычислительная информационная система;
 тестирующая информационная система;
 информационно-поисковая система.
4. Классификация информационных систем по уровням
функциональному признаку.
5. Виды обеспечения автоматизированных ИС.
управления
Задание
Отчет представляется на дискете и должен содержать:
 текст задания;
 краткие ответы на учебные вопросы;
 принципиальные схемы типовых информационных систем;
 схему классификации информационных систем.
Контрольные вопросы
11. Дайте определение информационной системе.
12. Что называется информационным процессом?
13. Охарактеризуйте процессы, протекающие в информационных системах.
14. Какие функции реализует тестирующая информационная система?
15. Какие функции реализует вычислительная информационная система?
16. Опишите интерфейс типовой информационно-справочной системы.
Форма контроля
Проводится текущий контроль.
109
и
по
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 2. Обучающие информационные системы
Целевая установка
Изучение основных определений и характеристик обучающих информационных систем.
Учебные вопросы
1. Цели и методы компьютерного обучения.
2. Определение обучающей информационной системы.
3. Функции информационных систем учебного назначения.
4. Обучающие компьютерные модели и алгоритмы.
5. Типовые автоматизированные обучающие системы.
Задание
Отчет представляется на дискете и должен содержать:
 текст задания;
 краткие ответы на учебные вопросы;
 схему классификации обучающих информационных систем;
 принципиальные схемы обучающих информационных систем.
Контрольные вопросы
1. Как моделируется образовательная область?
2. Охарактеризуйте процедуру моделирования учебного процесса.
3. Какие модели компьютерного обучения вам известны?
4. Какие функции информационных систем учебного назначения вам известны?
5. Какая информационная система называется интерактивной?
6. Что такое система контекстной помощи?
7. Назовите области применения активного и пассивного обучающего диалога.
8. Каким требованиям должен отвечать интерфейс пользователя?
Форма контроля
Проводится текущий контроль.
110
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 3. Моделирующие информационные системы
Целевая установка
Знакомство с моделирующими информационными системами (на примере СУБД
Microsoft Access).
Учебные вопросы
1. Основные требования к организации и обработке данных в Access.
2. Создание информационной базы средствами Access.
3. Технология работы в Access.
Задание
Отчет представляется на дискете и должен содержать:
a. текст задания;
b. краткие ответы на учебные вопросы;
c. спецификацию объектов информационной базы, созданной средствами Access.
Контрольные вопросы
i.
Дайте определение понятию «единое образовательное пространство».
ii.
С какими информационными объектами работает СУБД Access?
iii.
Какая модель данных реализована в СУБД Access?
iv.
Назовите основные свойства реляционной модели данных.
v.
Как осуществляется связь реляционных таблиц?
vi.
Какие операции над реляционными таблицами вам известны?
Форма контроля
Проводится текущий контроль.
111
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 4. Информационные системы организационного управления
Целевая установка
Изучение основных типов систем организационного управления .
Учебные вопросы
Назначение и выполняемые функции социально-экономических систем.
Задание
Отчет представляется на дискете и должен содержать:
 текст задания;
 краткие ответы на учебные вопросы;
 схему интерфейса типовых социально-экономических систем Высшее учебное
заведение, Предприятие, Регион.
Методическое обеспечение
1. Автоматизированная организационно-административная система «Высшее учебное
заведение». Учебная модель. Магнитный носитель (файл вуз_модель.doc). ТГПУ.
2. Автоматизированная
организационно-экономическая
«Региональная
товаропроводящая сеть. Учебная модель. Магнитный носитель (файл
регион_модель.doc). ТГПУ.
3. Автоматизированная производственно-экономическая система «Текстильное
предприятие».
Учебная
модель.
Магнитный
носитель
(файл
предприятие_модель.doc). ТГПУ.
Контрольные вопросы
11. Какие функции выполняет автоматизированная обучающая система?
12. В чем заключается роль информационного обеспечения в управлении учебным
процессом?
13. Какие уровни управленческой деятельности в системе образования вам известны?
14. Охарактеризуйте интерфейс автоматизированной системы учебного заведения.
15. Какие функции выполняет организационно-административная компьютерная система?
16. Какие функции выполняет компьютерная автоматизированная обучающая система?
17. Какие функции управления возлагаются на консультанта системы дистанционного
обучения?
Форма контроля
Проводится текущий контроль.
112
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 5. Прикладные информационные системы
Целевая установка
Изучение основных типов прикладных информационных систем.
Учебные вопросы
1. Программно-техническая платформа прикладной информационной системы.
2. Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент.
3. Типовые задачи вычислительной математики.
Задание
Отчет представляется на дискете и должен содержать:
 текст задания;
 краткие ответы на учебные вопросы;
 схему организации вычислительного эксперимента.
Контрольные вопросы
11. Какие функции выполняет вычислительная система?
12. Как вычислить определенный интеграл в вычислительной системе Mathcad?
13. Какие оптимизационные методы решения прикладных задач вам известны?
14. Опишите технологию «электронной тетради».
15. Как реализуется метод интерполяции в статистических системах?
16. Как проверить точность вычислительного эксперимента?
17. Как найти оптимальное решение системы линейных уравнений в вычислительной
системе Mathcad?
Форма контроля
Проводится текущий контроль.
113
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 6. Информационные системы дистанционного обучения
Целевая установка
Знакомство с основными типами информационных систем открытого образования.
Учебные вопросы
1. Проблемы компьютерного обучения.
2. Информационный поиск в системах дистанционного обучения.
3. Применение экспертных систем в дистанционном обучении.
Задание
Отчет представляется на дискете и должен содержать:
 текст задания;
 краткие ответы на учебные вопросы;
 структуру единого образовательного пространства университета.
Контрольные вопросы
1. Каким требованиям должно отвечать единое образовательное пространства
университета?
2. Назовите основные направления развития системы открытого образования.
3. Дайте классификацию систем дистанционного обучения.
4. В каких обучающих системах целесообразно применять семантические сети?
5. Что входит в состав экспертной системы, применяемой в обучении?
6. Какие функции обучения могут выполнять интерактивные сетевые сервисы?
7. С какой целью применяются методы мониторинга в обучающих системах?
Форма контроля
Проводится текущий контроль.
114
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 3. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
Тема 1. Автоматизированное рабочее место
Целевая установка
Изучение технических и программных средств автоматизированного рабочего места
специалиста (АРМ).
Учебные вопросы
1. Назначение и выполняемые функции АРМ.
2. Технические средства АРМ.
3. Программное обеспечение АРМ.
Задание
1. Разработайте нижеперечисленную документацию для АРМ, тип которого указан в
индивидуальном задании (см. приложение):
 принципиальная схема (файл схема).
 спецификация технических средств (файл технические_средства).
 спецификация программного обеспечения (файл программное_обеспечение).
2. Выполненное задание перенесите в папку отчет_ср01.
3. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
Пример. Автоматизированное учебное рабочее место (фрагмент спецификации)
_______________________________________________________________________________________________________
Таблица 1. Спецификация технических средств (фрагмент)
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Наименование устройств
Автоматизированное рабочее место
IBM-PC совместимые компьютеры
Монитор
Клавиатура
Манипулятор «мышь»
Принтер
Сканер
Модем
Дискеты, диски (CD ROM, CD R, CD RW)
Плоттер
115
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица 2. Спецификация программного обеспечения (фрагмент)
№
Наименование систем
1 Операционная система Windows
2 ППП Norton Utilities
3 ППП MS Office
4 ПС Visual Basic
5 ПС Delphi
6 СУБД FoxPro
7 ВС Mathcad
8 ИПС Рамблер
9 MS Internet Explorer
10 MS Outlook Express
Таблица 3. Спецификация информационного обеспечения (фрагмент)
№
Наименование модулей
Теоретические
1 Классификация и кодирование информации
2 Понятие информационной системы
3 Алгоритм и его формализация
4 Языки программирования
5 Модели и моделирование в информатике
6 Автоматизированные обучающие системы
7 Интерфейс человек-компьютер
8 Информационные технологии в обучении
9 Сетевые программные средства
10 Искусственный интеллект. Базы знаний
Полностью с учебным материалом можно ознакомиться в папке пример_лр01.
________________________________________________________________________
Приложение. Варианты индивидуальных заданий
Вариант
задания
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
Тип АРМ
Преподаватель
Библиотекарь
Секретарь (деканата)
Бухгалтер
Инспектор по кадрам
Студент
Юрист
Заведующий административным отделом
Менеджер автоматизированной системы
Инженер-программист
Номер варианта должен соответствовать порядковому номеру студента в учебном
журнале.
Форма контроля
Проводится зачет.
116
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 2. Обучающие информационные системы на компакт-дисках
Целевая установка
Изучение обучающих информационных систем на компакт-дисках.
Учебные вопросы
1. Изучение возможностей обучающих информационных систем.
2. Изучение интерфейса обучающих информационных систем.
3. Изучение обучающих информационных систем на CD фирмы TeachPro.
Задание
1. Запустите обучающую систему в соответствии с индивидуальным заданием (см.
приложение).
2. Зарегистрируйтесь (вводится фамилия и имя студента).
3. Ознакомьтесь с интерфейсом обучающей системы.
4. Освойте работу с закладками и ключевыми словами.
5. Изучите учебный материал урока, выбранного по своему усмотрению из
Оглавления обучающей системы.
6. Составьте инструкцию пользователю по работе с обучающей системой (файл
инструкция).
7. Составьте развернутый план выбранного урока (файл план).
8. Выполненное задание перенесите в папку отчет_лр02.
9. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
1. Обучающая программа фирмы TeachPro на компакт-диске.
2. Пример. Работа с электронными таблицами в системе MS Excel
(фрагмент инструкции пользователю)
________________________________________________________________________________________________________________
Назначение
Иметь дело с обширными таблицами, содержащими как основные, так и производные
данные, приходится во многих областях жизни. В частности, это относится ко всем видам
финансовой и учетной деятельности. В докомпьютерную эпоху такие таблицы вели
вручную. Автоматизация табличных расчетов во много раз повышает эффективность и
качество работы. Компьютерные программы, предназначенные для хранения и обработки
данных, представленных в табличном виде, называют электронными таблицами.
Одно из самых популярных средств управления электронными таблицами – программа
Microsoft Excel.
Структура документа Excel
Каждый документ представляет собой набор таблиц – рабочую книгу, которая состоит из
одного или многих рабочих листов. Листы одной рабочей книги обычной связаны между
собой тематически. В случае необходимости рабочая книга может содержать десятки и
даже сотни рабочих листов. Каждый рабочий лист имеет название. Это как бы отдельная
электронная таблица. Файлы Excel имеют расширение xls.
117
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Столбцы обозначаются латинскими буквами: A, B, C… Если букв не хватает, используют
двухбуквенные обозначения AA, BB и далее. Максимальное число столбцов в таблице –
256.
Строки нумеруются целыми числами. Максимальное число строк, которое может иметь
таблица – 65536.
Ячейки в Excel располагаются на пересечении столбцов и строк. Номер ячейки
формируется как объединение обозначения столбца и строки без пробела между ними.
Одна из ячеек на рабочем листе всегда является текущей. В большинстве операций
используется именно она. Текущая ячейка обведена широкой рамкой, а ее номер (и
содержимое) приведены в строке формул.
Содержимое ячеек
Ячейка может содержать три вида данных.
Текстовые данные представляют собой структуру текста произвольной длины.
Числовые данные - это отдельное число, введенное в ячейку. Как числа рассматриваются
данные, определяющие даты или денежные суммы. Ячейки, содержащие числовые
данные, могут использоваться в вычислениях.
Если ячейка содержит формулу, значит эта ячейка вычисляемая, то есть, значение ячейки
может зависеть от значений других ячеек таблицы. Содержимое ячейки рассматривается
как формула, если оно начинается со знака равенства (=). Все формулы дают числовой
результат.
_____________________________________________________________________________________________________________________
Полностью с учебным материалом можно ознакомиться в папке пример_лр02.
Приложение. Варианты индивидуальных заданий
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Номер диска и название курса
Полные курсы
Курсы для начинающих
Excel 2000 (30 ч)
1. Windows 2000 & Office 2000 (45 ч)
Excel 2000 (проектирование, 2. Adobe Photoshop 6.0 (32 ч)
35 ч )
Word 2000 (30 ч)
3. Adobe PageMaker 7.0 (46 ч)
Access 2000 (30 ч)
4. Утилиты
FrontPage 2000 (15 ч)
5. Excel 2000 (10 ч.)
PowerPoint 2000 (30 ч)
6. Excel 2000 (проектирование, 10 ч)
Outlook 2000 (30 ч)
7. Word 2000 (10 ч)
Internet 2000 (15 ч)
8. PowerPoint 2000 (10 ч)
Windows 2000 (30 ч)
9. Outlook 2000 (10 ч)
CorelDRAW 10 (141 ч)
10. Internet 2000 (15 ч)
3ds max 4 (106 ч)
11. CorelDRAW 10 (40 ч)
Adobe Premiere 6.0 (153 ч)
12. 3ds max 4 (33 ч)
Adobe Illustrator 9.0 (118 ч)
13. Adobe Premiere 6.0 (45 ч)
Информатика (36 ч)
14. Adobe Illustrator 9.0 (42 ч)
Номер варианта должен соответствовать порядковому номеру студента в учебном
журнале.
Форма контроля
118
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Проводится зачет.
119
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 3. Автоматизированная библиотека учебного заведения
Целевая установка
Изучение моделирующих информационных систем.
Постановка задачи
Информационная система включает базу данных и интерфейс пользователя для работы с
нею.
В информационной базе должны хранится сведения о книжном фонде и о студентах,
пользующихся услугами библиотеки.
Информация о книжном фонде включает следующие реквизиты:
Шифр книги
текстовый
Автор
текстовый
Название
текстовый
Год издания
числовой
Место публикации
текстовый
Издательство
текстовый
Цена книги
денежный
Число страниц
числовой
Количество экземпляров числовой
Информация о студентах включает следующие реквизиты:
Фамилия
текстовый
Имя
текстовый
Отчество
текстовый
№ зачетки
текстовый
Дата рождения
дата/время
Домашний адрес
текстовый
Телефон
текстовый
Семейное положение
поле со списком
Интерфейс системы должен автоматизировать основные процедуры по работе с базой
данных.
Разработку системы рекомендуется проводить в СУБД Access.
Исходные данные выбрать произвольно (не менее 10 учебных пособий по дисциплинам
информационного цикла и не менее 10 студентов, пользующихся библиотекой).
Задание
1. Создайте формы: Библиотека, Студенты, автоматизирующие ввод данных.
2. Создайте таблицы: Библиотека, Студенты, Регистрация выдач (реквизиты:
Шифр книги, Кому выдана, Дата выдачи, Дата возврата).
3. Создайте запросы:
Поиск книги (Автор, Название, Наличное количество),
Выданные книги (ФИО, № зачетной книжки, Телефон, Шифр книги,
Дата выдачи, Автор, Название),
Должники (ФИО, Телефон, Автор, Название, Дата выдачи, Дата возврата).
120
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
4. Создайте отчеты: Выданные книги, Должники.
5. Разработайте кнопочный интерфейс для автоматизации следующих процедур:
Просмотр библиотеки, Просмотр должников, Удаление должников.
6. Выполненное задание перенесите в папку отчет_лр03.
7. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
Пример. Автоматизированная библиотека учебного заведения (фрагмент)
_______________________________________________________________________________________________
1. Таблица «Анкетные данные студентов»
тбл_студенты_анкданные
Фамилия Имя
Отчество №зачетки ДатаРождения ДомашнийАдрес Телефон
Иванов
Иванова
Петров
Сидорова
Козлов
Иванович
Андреевна
Петрович
Сергеевна
Петрович
Иван
Мария
Петр
Анна
Илья
0001
0002
0003
0004
0005
01.01.1981
12.10.1982
08.04.1984
09.08.1985
16.12.1983
2. Форма «Кнопки просмотра»
121
ул. Мира, 1
ул. Мира, 1
ул. Правды, 5
ул. Болдина, 12
ул. Кирова, 23
112233
112233
233445
324576
443322
СемейноеПол
ожение
женат
замужем
холост
незамужем
женат
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Запрос «Должники»
4. Отчет «Цены на книги»
Полностью с учебным материалом можно ознакомиться в папке пример_лр03.
_______________________________________________________________________________________________________
Форма контроля
Проводится зачет.
122
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 4. Справочная информационная система учебного заведения
Целевая установка
Изучение справочных информационных систем.
Учебные вопросы
1. Изучение возможностей справочных информационных систем.
2. Изучение интерфейса справочных информационных систем.
3. Изучение справочной информационной системы «Университет».
Задание
1. Запустите справочную систему.
2. Ознакомьтесь с интерфейсом справочной системы.
3. Составьте инструкцию пользователю по работе со справочной системой (файл
инструкция).
4. Выполненное задание перенесите в папку отчет_лр04.
5. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
Учебный пример «Информационно-справочная система «Университет» (фрагмент)
____________________________________________________________________________________________________________
Полностью с учебным материалом можно ознакомиться в папке пример_лр04.
Форма контроля
Проводится зачет.
123
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 5. Диспетчерская обучающая система «Информатика»
Целевая установка
Изучение дистанционных обучающих систем.
Учебные вопросы
1. Знакомство с системами дистанционного обучения на примере диспетчерской
обучающей системы «Информатика» (ДОС Информатика).
2. Изучение возможностей ДОС Информатика.
3. Изучение интерфейса ДОС Информатика.
Задание
1. Запустите ДОС Информатика. Ознакомьтесь с интерфейсом системы. Освойте
работу с исходными и интегрированными модулями.
2. С помощью ДОС Информатика изучите учебный материал в соответствии с
индивидуальным заданием (см. приложение).
3. Составьте методическое указание к практическому занятию по указанной теме
следующего содержания: целевая установка, учебное задание, типовой пример,
контрольные вопросы.
4. Выполненное задание перенесите в папку отчет_лр05.
6. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
1. Диспетчерская обучающая система «Информатика». Магнитный носитель (папка
дос_инфо). ТГПУ.
2. Учебный пример «Принципы структурирования современных компьютеров.
Инструкция пользователю» (фрагмент).
_____________________________________________________________________________________________________________________
ЦЕЛЕВАЯ УСТАНОВКА
Ознакомить учащихся с основными принципами структурной организации компьютера.
ИЗУЧАЕМЫЕ ВОПРОСЫ
1. Вычислительные системы. Общие положения.
2. Архитектура вычислительных систем.
3. МКМД-структуры.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
Общие положения
Под вычислительной системой (ВС) понимают совокупность взаимосвязанных и
взаимодействующих процессоров или ЭВМ, периферийного оборудования и
124
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
программного обеспечения, предназначенную для подготовки и решения задач
пользователя.
Отличительная особенность ВС по отношению к ЭВМ – наличие в них нескольких
вычислителей, реализующих параллельную обработку. Создание ВС преследует
следующие цели: повышение производительности системы за счет ускорения процессов
обработки данных, повышение надежности и достоверности вычислений, предоставление
пользователям дополнительных сервисных услуг и т.д.
Вычислительные системы классифицируют по различным признакам.
По назначению вычислительные системы делят на универсальные и специализированные.
Специализированные системы ориентированы на решение узкого класса задач, в отличие
от универсальных ВС, предназначенных для широкого спектра задач.
По типу вычислительные системы различаются на многомашинные и многопроцессорные
ВС.
По типу ЭВМ или процессоров используемых для построения ВС, различают однородные
и неоднородные системы.
По степени территориальной разобщенности вычислительных модулей ВС делятся на
системы совмещенного (сосредоточенного) и распределенного типов. Обычно такое
деление касается многомашинных систем. Многопроцессорные системы относятся к
системам совмещенного типа.
По
методам
управления
элементами
ВС
различают
централизованные,
децентрализованные системы и системы со смешанным управлением. В
централизованных ВС за управление отвечает главная или диспетчерская ЭВМ
(процессор). Ее задачей является распределение нагрузки между элементами, выделение
ресурсов, контроль состояния ресурсов, координация взаимодействия. Централизованный
орган управления в системе может быть жестко фиксирован, или эти функции могут
передаваться другой ЭВМ (процессору), что способствует повышению надежности
системы. Централизованные системы имеют более простые ОС. В децентрализованных
системах функции управления распределены между их элементами. Каждая ЭВМ
(процессор) системы сохраняет известную автономию, а необходимое взаимодействие
между элементами устанавливается по специальным командам. С развитием ВС и, в
частности, сетей ЭВМ, интерес к децентрализованным системам постоянно растет.
По режиму работы различают системы, работающие в оперативном и неоперативном
временных режимах. Первые используют режим реального времени. Этот режим
характеризуется жесткими ограничениями на время решения задач и предполагает
высокую ступень автоматизации процедур ввода-вывода и обработки данных.
Архитектура вычислительных систем
Существуют четыре основные архитектуры ВС:
1) одиночный поток команд – одиночный поток данных (ОКОД);
2) одиночный поток команд – множественный поток данных (ОКМД);
3) множественный поток команд – одиночный поток данных (МКОД);
4) множественный поток команд – множественный поток данных
(МКМД).
______________________________________________________________________________________________________
Полностью с учебным материалом можно ознакомиться в папке пример_лр04.
125
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приложение. Варианты индивидуальных заданий
Вариант
задания
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Тема практического занятия
Введение в информатику
Информация, ее виды и свойства
Классификация и кодирование информации
Меры информации
Системы счисления
Представление информации в компьютере
Машинная арифметика
Обработка информации в компьютере
Выполнение логических операций
Алгоритмы и алгоритмизация
Решение типовых задач
Формализация данных
Основы программирования (на примере
языка Бейсик)
Основы информационного моделирования
14.
Технология работы с прикладными
15.
программными системами
Номер варианта должен соответствовать порядковому номеру студента в учебном
журнале.
Форма контроля
Проводится зачет.
126
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 6. Вычислительная система Mathcad
Целевая установка
Освоение вычислительных возможностей системы Mathcad.
Задание
1. Выполнить расчеты в соответствии с индивидуальным заданием
(см. приложение).
1.1. Вычислить алгебраическое выражение:
a1  3.21
( 4.2)  a12  3 b1
b1  2.08
a1  0.6  0.003
 a1 b
a1
a1b1
b1
1
Вычислить функцию и построить ее график:
y  xa2  eb2 x
x1 меняется в диапазоне от 0 до c 2 c шагом d 2
2
1.2. Даны матрицы:
 a11 a12 a13 


A   a21 a22 a 23 
a a a 
 31 32 33 
 b11 b12 b13 


B   b21 b22 b 23 
b b b 
 31 32 33 
Выполнить следующие операции:
C  a3  A
D
A B
a33
E  ( A  B )a32
F  AxB
G  AT
H  B 1
1.3. Дана система уравнений:
c11 x1  c12 x2  c13 x3  d 41

c21 x1  c22 x2  c23 x3  d 42
c x  c x  c x  d
43
 31 1 32 2 33 3
Вычислить неизвестные через определители и матричным способом.
x
1
1.4. Вычислить значение производной функции y  xa5e при x 
b5
d5
Вычислить значение интеграла
 f xe
5
c5
127
g5
dx
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
2. Выполненное задание перенесите в папку отчет_лр06.
3. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
Учебный пример «Применение вычислительной системы Mathcad» (фрагмент)
______________________________________________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________________________________
Полностью с учебным материалом можно ознакомиться в папке пример_лр06.
128
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Приложение. Варианты индивидуальных заданий
Коэффициент
1
1
2
2
3
3
4
4
5
5
Вариант задания
6
7
8
9
10
6
7
8
9
10
b1
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
a2
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
b2
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
c2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
13
d2
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
1.0
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
Задание2
a11
1
2
3
4
5
6
7
8
0.
9
9
10
11
12
13
14
15
a12
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
a13
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
a21
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
a22
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
13
a23
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
3
a31
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
13
12
a32
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
3
4
a33
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
13
12
11
b11
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
3
4
5
b12
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
13
12
11
10
b13
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
3
4
5
6
b21
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
13
12
11
10
9
b22
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
3
4
5
6
7
b23
8
9
10
11
11
12
13
14
15
14
13
12
11
10
9
b31
8
7
6
5
4
3
2
1
2
3
4
5
6
7
8
b32
9
10
11
12
13
14
15
14
13
12
11
10
9
8
7
b33
7
6
5
4
3
2
1
2
3
4
5
6
7
8
9
a3
8
9
10
11
12
13
14
15
14
13
12
11
9
8
7
Задание1
a1
Приложение. Варианты индивидуальных заданий (продолжение)
129
11
11
12
12
13
13
14
14
15
15
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Коэффициент
1
15
2
14
3
13
4
12
5
11
Вариант задания
6
7
8 9
10
10 9
8 7
6
c12
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
c13
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
c21
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
c22
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
c23
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
13
14
15
14
13
c31
13
12
11
10
9
8
7
6
4
3
2
1
2
3
c32
4
5
6
7
8
9
10
11 12
13
14
15
14
13
12
c33
12
11
10
9
8
7
6
5
3
2
1
2
3
4
d 41
5
6
7
8
9
10
11
12 13
14
15
14
13
12
11
d 42
11
10
9
8
7
6
5
4
2
1
2
3
4
5
d 43
6
7
8
9
10
11
12
13 14
15
14
13
12
11
10
Задание4
a5
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
b5
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
c5
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
14
d5
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
f5
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
13
14
15
16
17
g5
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
3
d5
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
2
f5
3
4
5
6
7
8
9
10 11
12
13
14
15
16
17
g5
13
12
11
10
9
8
7
6
4
3
2
1
2
3
Задание3
c11
5
4
3
5
11
5
12
4
13
3
14
2
15
1
Номер варианта должен соответствовать порядковому номеру студента в учебном
журнале.
Форма контроля
Проводится зачет.
130
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 4. САМОСТОЯТЕЛЬНЫЕ РАБОТЫ
Тема 1. Автоматизированная информационная система
Целевая установка
Приобретение навыков по
разработке учебных моделей
автоматизированной информационной системы АИС Университет.
подсистем
для
Учебные вопросы
1. Общая характеристика подсистемы.
2. Разработка информационно-логической схемы.
3. Моделирование информационной базы.
4. Формирование информационной базы
5. Технология работы с подсистемой.
Задание
1. Разработать информационную базу и интерфейс учебной модели подсистемы
АИС Университет в соответствии с индивидуальным заданием (см. приложение).
2. Выполненное задание перенесите в папку отчет_ср01.
3. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
Проектирование информационной системы «Учебный процесс» средствами Microsoft
Access. Магнитный носитель (папка самост_работа_01). ТГПУ.
Приложение. Варианты индивидуальных заданий
Вариант
задания
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
Наименование подсистемы
Администратор
Учебная часть (учебно-методические комплексы по специальностям)
Учебная часть (производственные практики)
Учебная часть (учебные планы)
Факультет (студенты)
Факультет (учебные графики)
Факультет (расписание занятий).
Кафедра (учебно-методические комплексы по дисциплинам)
Кафедра (нагрузка преподавателей)
Компьютерный класс
Библиотека (регистрация)
Библиотека (абонемент)
Внеаудиторная работа
Кадры
Хозяйственная часть
Номер варианта должен соответствовать порядковому номеру студента в учебном
журнале.
Форма контроля
Проводится зачет.
131
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 2. Информационно-справочная система
Целевая установка
Приобретение навыков по разработке справочных подсистем для информационносправочной системы ИСС Университет.
Учебные вопросы
1. Определение информационно-справочной системы.
2. Описание программируемой подсистемы.
3. Навигация по подсистеме.
4. Принципы конструирования
5. Технология работы в системе
Задание
1. Разработать справочную подсистему для ИСС Университет в соответствии с
индивидуальным заданием (см. приложение).
2. Выполненное задание перенесите в папку отчет_ср03.
3. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
Проектирование информационно-справочной системы «Университет» средствами языка
HTML. Магнитный носитель (папка самост_работа_02). ТГПУ.
Приложение. Варианты индивидуальных заданий
Вариант Наименование подсистемы
задания
1.
Администратор
2.
Учебная часть (учебно-методические комплексы по специальностям)
3.
Учебная часть (производственные практики)
4.
Учебная часть (учебные планы)
5.
Факультет (студенты)
6.
Факультет (учебные графики)
7.
Факультет (расписание занятий).
8.
Кафедра (учебно-методические комплексы по дисциплинам)
9.
Кафедра (нагрузка преподавателей)
10.
Компьютерный класс
11.
Библиотека (регистрация)
12.
Библиотека (абонемент)
13.
Внеаудиторная работа
14.
Кадры
15.
Хозяйственная часть
Номер варианта должен соответствовать порядковому номеру студента в учебном
журнале.
Форма контроля
Проводится зачет.
132
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 3. Информационно-поисковая система
Целевая установка
Выработка навыков по применению информационно-поисковых систем в обучении.
Тип информационно-поисковой системы выбирается по рекомендации преподавателя.
Учебные вопросы
1. Общая характеристика системы.
2. Технология работы с системой.
Задание
1. Соберите с помощью информационно-поисковой системы рабочий материал
(контент) по учебной теме в соответствии с индивидуальным заданием (см.
приложение).
2. Полученный материал отредактируйте и представьте в виде аннотационного
обзора.
3. Выполненное задание перенесите в папку отчет_ср03.
4. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
Аннотационный обзор по теме «Передача и получение информации». Магнитный
носитель (файл пример_ср03.doc). ТГПУ.
Приложение. Варианты индивидуальных заданий
Номер
варианта
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
Наименование учебной темы
Лингвистические модели
Формализация данных
Формальные языки
Языки программирования
Системы программирования
Автоматизация программирования
Информационное моделирование
Компьютерное моделирование
Передача и получение информации
Электронная почта
Системы для работы с информационными базами
Системы для работы с информационными банками
Системы для математических вычислений
Системы дистанционного обучения
Номер варианта должен соответствовать порядковому номеру студента в учебном
журнале.
Форма контроля
Проводится зачет.
133
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 4. Автоматизированная обучающая система
Целевая установка
Изучении русского алгоритмического языка с применением автоматизированной
обучающей системы АОС КуМир.
Учебные вопросы
1. Основы русского алгоритмического языка.
2. Типовые алгоритмические конструкции.
3. Общая характеристика АОС КуМир.
4. Структура интерфейса АОС КуМир.
5. Технология работы с АОС КуМир.
Задание
1. Разработать алгоритм решения предложенных задач в соответствии с
индивидуальным заданием (см. приложение) в логической записи, в виде блоксхемы и в записи на русском алгоритмическом языке с использованием АОС
КуМир.
2. Решить задачи в любой системе программирования.
3. Выполненное задание перенесите в папку отчет_ср04.
4. Отчет должен содержать:
5. тексты задач;
6. алгоритмы решения задач;
7. исходные и итоговые данные (рабочий экран, записанный в файл).
8. Отчет запишите на личную дискету.
Методическое обеспечение
1. Автоматизированная обучающая система АОС Кумир. Магнитный носитель
(папка аос_кумир). ТГПУ.
2. Пример выполненного задания. Магнитный носитель (папка пример_ср04). ТГПУ.
Приложение. Варианты индивидуальных заданий
Вариант 1
1. Сформировать массив [4x5]. Подсчитать сумму тех элементов массива, модули
которых являются простыми числами.
2. Сформировать две строки. Определить, является ли алфавит первой строки
алфавитом второй строки.
Вариант 2
1. Сформировать массив [5x6]. Найти скалярное произведение строки с наибольшим
элементом матрицы и столбца с наименьшим элементом матрицы.
2. Сформировать две строки. Определить их совпадающие символы.
Вариант 3
1. Сформировать матрицу [4x4]. Найти произведения каждой строки матрицы и ее
наибольшего по модулю элемента.
2. Сформировать две строки. Определить их несовпадающие символы.
134
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вариант 4
1. Сформировать матрицу [5x5]. Заменить нулями те строки, сумма элементов
которых есть простое число.
2. Сформировать строку и расположить ее слова по алфавиту (с учетом первого
символа).
Вариант 5
1. Сформировать матрицу [5x4]. В строках, сумма элементов которых есть число,
кратное четырем, все четные элементы заменить цифрой два.
2. Сформировать строку и расположить ее слова в порядке возрастания их длин.
Вариант 6
1. Сформировать матрицу [6x6]. Элементы в строках и столбцах с одинаковыми
индексами поменять местами.
2. Сформировать строку, включающую скобки, и определить количественное
соответствие открывающих и закрывающих скобок.
Вариант 7
1. Сформировать матрицу [5x6]. Элементы, сумма квадратов индексов которых
больше значения элемента, заменить числом 10.
2. Реализуйте функцию статистического анализа строки по составляющим ее
символам.
Вариант 8
1. Сформировать матрицу [6x6]. Строку с наибольшим средним арифметическим ее
элементов упорядочить по возрастанию.
2. Реализуйте функцию поиска подстроки в строке, начиная с указанной позиции.
Вариант 9
1. Сформировать матрицу [7x7]. Столбец с наименьшим средним арифметическим его
элементов упорядочить по убыванию.
2. Реализуйте функцию замены прописных символов кириллицы на строчные
символы в позиции курсора.
Вариант 10
1. Сформировать матрицу [6x7]. Поменять местами столбцы с индексами a и b
(ввести с клавиатуры).
2. Реализуйте функцию замены строчных символов кириллицы на прописные
символы в позиции курсора.
Вариант 11
1. Сформировать матрицу [4x6]. Поменять местами строки с индексами a и b (ввести
с клавиатуры).
2. Реализуйте функцию замены прописных символов латиницы на строчные символы
в позиции курсора.
Вариант 12
1. Сформировать матрицу [5x6]. Получить новую матрицу перестановкой первого
столбца с последним столбцом, второго – с предпоследним и т.д.
2. Реализуйте функцию замены строчных символов латиницы на прописные символы
в позиции курсора.
135
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Вариант 13
1. Сформировать матрицу [6x5]. Получить новую матрицу перестановкой первой
строки с последней строкой, второй – с предпоследней и т.д.
2. Сформировать строку и подсчитать количество гласных букв в ней.
Вариант 14
1. Сформировать матрицу [5x5]. Получить новую матрицу возведением в квадрат
каждого элемента исходной матрицы.
2. Сформировать строку и подсчитать количество согласных букв в ней.
Вариант 15
1. Сформировать матрицу [5x6]. Поменять местами элементы с наибольшим и
наименьшим значениями.
2. Сформировать строку и подсчитать количество слов в ней.
______________________________________________________________________________________
Номер варианта должен соответствовать порядковому номеру студента в учебном
журнале.
Форма контроля
Проводится зачет.
136
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
РАЗДЕЛ 5. КОНТРОЛЬ ЗНАНИЙ
5.1. Тестовые задания
Тема 1. Определение и классификация информационных систем
1. Что не входит в классификацию информационных систем по функциональному
назначению?
А – операционные системы.
Б – пакеты прикладных программ.
В – интегрированные системы.
Г – исполнители.
2. Интегрированная информационная система представляет собой…
А – многофункциональный пакет программ.
Б – операционную систему.
В – пакет проблемно-ориентированных программ.
Г – библиотеку утилит.
3. Информационная система – это…
А – компьютерные сети.
Б – хранилища информации.
В – системы управления работой компьютера.
Г – системы хранения, обработки и передачи информации в специально
организованной форме.
4. Специфические особенности сетевой информационной системы учебного назначения:
А – поддержка файловой системы, защита данных и разграничение доступа.
Б – система контроля и ведения урока.
В – определение рабочей станции, декодирование данных, система контроля.
Г – разграничение данных, защита данных, система доступа, определение рабочей
станции, система контроля и ведения урока.
5. Автоматизированными называют информационные системы, в которых…
А – реализуется идея управления.
Б – представление, хранение и обработка информации осуществляется с помощью
вычислительной техники.
В – в контуре управления отсутствует человек.
Г – реализуется задача документационного обеспечения управления.
6. Процедуры манипулирования данными в информационной системе обеспечивают…
А – быструю и адекватную интерпретацию результатов моделирования.
Б – возможность графического отображения динамики модели.
В – управление данными с использованием возможностей СУБД.
Г – создание управленческих отчетов.
137
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Управленческие информационные системы используются для…
А – решения проблем, развитие которых трудно прогнозировать.
Б – изменения постановки решаемых задач.
В – реализации технологий, максимально ориентированных на пользователя.
Г – поддержки принятия решений на уровне контроля за операциями.
8. Для проектирования информационных систем используют…
А – диаграммы потоков данных.
Б – информационно-логические модели.
В – CASE-средства.
Г – системы тестирования.
9. Абоненты сетевой информационной системы могут пользоваться сеансовыми услугами
по…
А – структурированию распределенной базы данных.
Б – передаче запросов в любой вычислительный узел сети.
В – использованию ресурсов любого вычислительного узла сети.
Г – обеспечению пользовательского диалога.
10. К средствам математического обеспечения информационных систем относят…
А – средства передачи данных и линии связи.
Б – средства моделирования прикладных процессов.
В – нормативно-справочную информацию.
Г – средства автоматического съема информации.
Тема 2. Моделирование образовательной области
1. Информационная база предназначена для…
А – хранения больших объемов данных.
Б – нормализации отношений.
В – распределенной обработки данных.
Г – обеспечения пользователей аналитическими данными.
2. Информационная модель образовательной области характеризуется…
А – методами доступа к информации.
Б – структурой информационной базы.
В – связями между учебными модулями.
Г – специфицированием предметной области.
3. Информационная база реляционной структуры характеризуется…
А – табличным представлением данных.
Б – однородностью атрибутов.
В – составными ключами.
Г – многозначными ссылками.
4. Безопасность данных в информационной базе обеспечивается…
А – блокировкой записей.
Б – идентификацией абонентов.
В – периодичностью обновления информации.
Г – шифрованием информации.
138
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5. Основой банка информации является…
А – совокупность информационных документов.
Б – система управления банком.
В – система хранения данных.
Г – информационная база.
6. При проектировании информационной базы в первую очередь необходимо
определить…
А – структуру данных и их отношения.
Б – способ интерпретации отчетов.
В – ключевые поля.
Г – последовательность операций обработки и управления.
7. Как представлена информация в реляционной базе данных?
А – в виде списка.
Б – в виде совокупности прямоугольных таблиц.
В – поименованными блоками.
Г – в виде совокупности файлов.
8. Какое высказывание наиболее точно определяет понятие «модель»?
А – точная копия оригинала.
Б – образ оригинала с наиболее важными его свойствами.
В – оригинал в миниатюре.
Г – начальный замысел будущего объекта.
9. Компьютерное моделирование – это…
А – процесс построения модели компьютерными средствами.
Б – построение модели на экране компьютера.
В – процесс исследования объекта с помощью его компьютерной модели .
Г – решение конкретной задачи с помощью компьютера.
10. Информационной моделью является…
А – формула закона всемирного тяготения.
Б – модель автомобиля .
В – сборник правил дорожного движения.
Г – номенклатура списка товаров на складе.
Тема 3. Обеспечивающие информационные системы
1. Компьютерная система – это…
А – аппаратно-программные средства, средства обеспечения защиты программ
и данных.
Б – аппаратно-программные средства, носители данных, данные, персонал.
В – совокупность средств структурирования информации.
Г – библиотека вспомогательных программ.
2. Какие процедурные блоки включены в главное меню системы «Гарант»?
А – блок законодательства, блок комментариев, блок формирования правовых
документов.
Б – блок правовой информации, блок экономической информации, блок поиска,
блок обновления.
139
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В – блок запроса, блок поиска, блок справки, блок печати.
Г – проблемный поиск, гипертекстовый поиск.
3. Какой вид поиска в информационно-справочных системах считается наиболее
простым и удобным?
А – поиск по ключевым словам.
Б – поиск по реквизитам.
В – поиск по классификаторам.
Г – полнотекстовый поиск.
4. Какое устройство обычно используется для организации «почтового отделения» в
рамках службы электронной почты?
А – компьютер абонента.
Б – компьютер рабочей станции.
В – маршрутизатор.
Г – сервер.
5. Чем определяется стоимость предоставляемой пользователю сети услуги, связанной с
передачей информации?
А – временем, затрачиваемым на предоставление услуги.
Б – достоверностью информации.
В – объемом информации, передаваемой при реализации услуги.
Г – удаленностью пользователя от коммуникационного центра.
6. Как выполнить перевод текста, видимого на экране браузера?
А – набрать аналогичный текст в программе-переводчике.
Б – сохранить страницу на диске, затем перевести в переводчике.
В – скопировать в буфер обмена.
Г – перевод сделать невозможно.
7. Издательская система представляет собой…
А – СУБД.
Б – операционную оболочку.
В – комплекс аппаратных и программных средств.
Г – графический редактор.
8. Тестовая оболочка – это…
А – программа, создающая компьютерные тесты, формирующая базу данных
из набора тестовых заданий.
Б – внешний вид тестовой программы, служащий для обеспечения диалога
с тестируемым.
В – информационная структура, хранящая всю базу тестовых заданий.
Г – файл, в котором сохраняются ответы тестируемого.
9. Фактографические информационные системы должны обеспечивать…
А – накопление данных на объекте учета.
Б – информированность лиц, принимающих решение.
В – полноту информационных потоков, требуемых для принятия решения.
Г – описание состава и структуры хранимых данных.
140
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
10. Организационная информационная система должна обеспечивать…
А – счетный и логический контроль используемых данных.
Б – эффективное формулирование запросов на данные.
В – требуемый уровень сохранности и защищенности данных.
Г – физическую независимость данных.
Тема 4. Информационные системы организационного управления
1. Автоматизированная система управления – это…
А – комплекс технических и программных средств, обеспечивающих управление
объектом в производственной, научной или общественной жизни.
Б – робот-автомат.
В – компьютерная программа на рабочем столе руководителя завода.
Г – система принятия управленческих решений с привлечением компьютера.
2. Современный принцип построения информационных систем организационного
управления предполагает…
А – совершенствование математических моделей системы.
Б – персонализацию и автоматизацию рабочего места.
В – массовую разработку прикладных программ для управленческого персонала.
Г – распределение информационных ресурсов и применение технологии
«клиент-сервер».
3. Автоматизированная система научных исследований – это…
А – комплекс программ для проведения расчетов научного характера.
Б – программно-аппаратный комплекс, связанный с экспериментальными
установками.
В – компьютерная программа на рабочем столе научного работника.
Г – комплекс программ для проведения компьютерного моделирования.
4. Система автоматизированного проектирования – это…
А – программы типа AutoCAD.
Б – программно-аппаратый комплекс моделирования объектов предметной области.
В – комплекс программ компьютерной графики для инженера-проектировщика.
Г – компьютерная программа на рабочем столе конструктора.
Геоинформационные системы – это…
А – информационные системы в предметной области «География».
Б – системы, содержащие топологические базы данных на электронных картах.
В – электронные географические карты.
Г – глобальные фонды и архивы географических данных.
5. В функциональной зоне организационной информационной системы хранится
информация, используемая для…
А – проведения работ в пакетном режиме.
Б – решения прикладных задач пользователя.
В – журнализации системы.
Г – управления базой данных.
141
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
6. Алфавит организационной информационной системы определяется…
А – стандартизацией нормативных терминологических средств.
Б – стандартизацией процедур обработки информации.
В – множеством данных, задающих систему кодирования.
Г – соответствием между используемыми алфавитами (функция транслитерации).
7. Формой информационного обслуживания управленческих структур является…
А – обработка запросов и выдача требуемой информации.
Б – поддержание целостности и сохранности информации.
В – периодическая ревизия информации.
Г – автоматизация индексирования информации.
8. Предварительная обработка документа до его размещения в информационной базе
называется …
А – кодированием.
Б – индексацией.
В – автоматизацией.
Г – поисковой интерпретацией .
9. СУБД – это комплекс <укажите вариант> средств для создания базы данных,
поддержания ее в актуальном состоянии и организации поиска в ней необходимой
информации:
А – математических.
Б – методических.
В – технических.
Г – программных.
10. Предварительная обработка документа до его размещения в информационной базе
называется …
А – кодированием.
Б – индексацией.
В – автоматизацией.
Г – поисковой интерпретацией.
Тема 5. Прикладные вычислительные системы
1. К вычислительным системам относятся…
А – Rambler.
Б – MathCAD.
В – Access.
Г – Word.
2. Вычисления в Excel производятся над…
А – статусной строкой.
Б – строкой функций.
В – строкой формул.
Г – произвольными строкой или столбцом.
3. MathCAD – это…
А – прикладная программа.
Б – экспертная система.
142
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В – программная система общего назначения.
Г – интегрированная система.
4. Документ пакета MathCAD может включать…
А – текст и формулы.
Б – графики и формулы.
В – текст, графики и формулы.
Г – либо текст, либо графики и формулы.
5. Регулярные запросы к вычислительной системе – это…
А – корректировка массивов и справочных таблиц.
Б – формализация входных атрибутов.
В – организация проблемной обработки данных.
Г – взаимодействие с прикладными программами внешних приложений.
6. Полнотекстовые информационно-поисковые системы включают…
А – глобальный словарь системы.
Б – хранимые процедуры для доступа к информационной базе.
В – средства удаленного управления файл-серверными приложениями.
Г – компоненты приложений, определяющие логику взаимодействия
«человек-система».
7. Гипертекстовые информационно-поисковые системы включают…
А – подсистему интерактивной связи с пользователем.
Б – подсистему навигации по связям (гиперссылкам).
В – модели сопоставления документов и запросов.
Г – вероятностно-статистические модели словоформ.
8. Какая модель организации данных применяется в гипертекстовых информационнопоисковых системах?
А – вероятностная модель.
Б – тензорная модель.
В – логико-смысловая модель.
Г – модель графов.
9. Эффективность дистанционного обучения в первую очередь определяется…
А – обратной связью с виртуальным педагогом.
Б – используемыми педагогическими технологиями.
В – используемыми методическими разработками.
Г – используемыми мультимедийными средствами обучения .
10. Какая модель представления информации считается в настоящее время наиболее
перспективной для дистанционного обучения?
А – модель компьютерных слайд-фильмов.
Б – модель энциклопедии.
В – модель виртуальных миров.
Г – модель интегрированного обучения.
143
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Тема 6. Системы открытого образования
1. Какими средствами, в первую очередь, должна обладать компьютерная обучающая
система?
А – наглядность.
Б – простота управления.
В – информативность.
Г – возможность изменения параметров.
2. Какую модель целесообразно использовать для дистанционных форм обучения?
А – модель опосредованного обучения.
Б – модель динамического обучения.
В – модель прямого (непосредственного) обучения.
Г – модель генеративного обучения.
3. Наибольшее распространение при создании компьютерных обучающих систем
получили…
А – методы структурного анализа.
Б – автоматизация проектных работ.
В – типовое проектирование.
Г – методы нисходящего проектирования.
4. Базовым режимом взаимодействия пользователя с системой дистанционного обучения
является…
А – режим диалога.
Б – пакетный режим.
В – интерактивный режим.
Г – режим отложенных запросов.
5. Обучающий интерфейс – это…
А – совокупность данных об объекте.
Б – совокупность средств и правил, которые обеспечивают взаимодействие
компьютера с обучаемым.
В – совокупность условий, в которых функционирует система обучения.
Г – совокупность процедур, связанных с системным уровнем.
6. Навигация в обучающей системе позволяет…
А – использовать рекомендованную системой траекторию обучения.
Б – выполнять контрольные действия.
В – корректировать траекторию обучения.
Г – применять все вышеизложенное.
7. Видеоконференция предназначена для…
А – обмена мультимедийными данными.
Б – обмена электронными сообщениями .
В – обмена и совместной обработки данных.
Г – обмена файлами.
8. Какой из способов подключения к Интернету обеспечивает наибольшие возможности
по доступу к информационным ресурсам?
А – постоянное соединение по оптоволоконному каналу.
Б – удаленный доступ по коммутируемому телефонному каналу.
144
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
В – постоянное соединение по выделенному телефонному каналу.
Г – терминальное соединение по коммутируемому телефонному каналу.
9. Как осуществить поиск информации в Интернете, если вы не знаете адрес сервера, на
котором эта информация выставлена?
А – послать запрос владельцу ресурса, на котором она находится.
Б – задать критерии поиска в поисковой машине или каталоге.
В – ввести нужные слова в строке поиска ресурсов и нажать клавишу Enter.
Г – обратиться к провайдеру.
10. С помощью какой программы возможен обмен информацией посредством модема без
подключения к сети Интернет?
А – WordPad.
Б – Internet Explorer .
В – NetMeeting.
Г – Terminal.
145
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Таблица истинности
Вариант ответа
1
А
Б
В
Г
А
Б
В
Г
А
Б
В
Г
А
Б
В
Г
А
Б
В
Г
А
Б
В
Г
2
3
4
Тема 1
Номер теста
5
6
7
8
9
10
х
х
х
х
х
х
х
Тема 2
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Тема 3
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Тема 4
х
х
х
х
х
х
х
х
Тема 5
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
х
Тема 6
х
х
х
х
х
х
х
х
х
146
х
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.2. Контрольные работы
Контрольная работа №1 (темы 1-3)
Теоретические вопросы
1. Определения информационной системы.
2. Функции, выполняемые информационной системой.
3. Классификация информационных систем по уровням управления.
4. Классификация информационных систем по функциональному признаку.
5. Процессы, протекающие в информационной системе.
6. Понятие автоматизированной информационной системы.
7. Виды обеспечения автоматизированных информационных систем.
8. Примеры автоматизированных обучающих систем.
9. Основы создания и применения информационных систем учебного назначения.
10. Функции, выполняемые информационной системой учебного назначения.
11. Интерфейс обучающих систем.
12. Педагогические информационные системы.
13. Модели и методы организации данных.
14. Системы баз данных.
15. Вычислительные системы.
Практические вопросы
1. Технические средства автоматизированного рабочего места.
2. Программное обеспечение автоматизированного рабочего места .
3. Возможности обучающих информационной системы.
4. Технология работы с обучающей информационной системой на основе компактдисков.
5. Определение понятий система и подсистема.
6. Структурная модель предметной области.
7. Построение логической модели предметной области.
8. Примеры сетевой и древовидной модели предметной области.
9. Характеристика этапов разработки информационной базы предметной области.
10. Информационный объект предметной области.
11. Процесс выделения информационных объектов и определения связей между ними.
12. Типы отношений, определяющие связи информационных объектов.
13. Информационно-логическая модель предметной области.
14. Разработка структуры реляционной базы данных на основе. информационнологической модели.
15. Технология работы с СУБД.
Контрольная работа №2 (темы 4-6)
Теоретические вопросы
1. Идея управления в информационных системах.
2. Организационно-административные системы.
3. Организационно-экономические системы.
4. Производственно-экономические системы.
5. Структура управления организацией.
6. Персонал организации.
147
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
7. Вычислительный эксперимент.
8. Функциональный уровень проектирования компьютерной организационной
системы.
9. Информационный уровень проектирования компьютерной организационной
системы.
10. Понятие искусственного интеллекта.
11. Нейрокибернетика и кибернетика «черного ящика».
12. Направления искусственного интеллекта.
13. Полнотекстовые информационно-поисковые системы.
14. Гипертекстовые информационно-поисковые системы.
15. Концептуальные педагогические положения современного курса дистанционного
обучения.
Практические вопросы
1. Подсистема «Администратор» административной системы «Высшее учебное
заведение».
2. Подсистема «Учебная часть» административной системы «Высшее учебное
заведение».
3. Подсистема «Факультет» административной системы «Высшее учебное
заведение».
4. Подсистема «Библиотека» административной системы «Высшее учебное
заведение».
5. Подсистема «Кадры» административной системы «Высшее учебное заведение».
6. Подсистема «Кафедра» административной системы «Высшее учебное заведение».
7. Программное обеспечение административной системы «Высшее учебное
заведение».
8. Технология работы в вычислительной системе.
9. Технология выполнения в системе MathCAD вычисления алгебраических и
логических выражений и значений функций с построением графиков.
10. Технология выполнения в системе MathCAD вычислений над векторами и
матрицами и решения уравнений и их систем.
11. Технология выполнения в системе MathCAD операций дифференцирования и
интегрирования.
12. Формирование связей документов в гипертекстовых информационно-поисковых
системах.
13. Формы ассоциативных отношений в работе с документальными источниками
информации.
14. Технология работы в информационных системах дистанционного обучения.
15. Технологическая структура системы дистанционного обучения.
148
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
5.3. ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ (ЗАЧЕТУ)
Теоретические сведения
1. Определение информационной системы. Выполняемые функции.
2. Классификация информационных систем.
3. Автоматизированные информационные системы: назначение, выполняемые
функции, структура.
4. Информационные системы, используемые в обучении: назначение, выполняемые
функции, структура.
5. Интерфейс информационных систем, используемых в обучении.
6. Автоматизированные обучающие системы: назначение, выполняемые функции,
структура.
7. Информационные модели и организация данных.
8. Информационная база как основа информационной системы.
9. Информационная база иерархической структуры. Типы отношений.
10. Информационные базы реляционной структуры.
11. Алгоритм управления в административных информационных системах.
12. Информационные модели социально-экономических систем.
13. Использование информационных систем в управлении системой образования.
14. Вычислительные системы, используемые в обучении: назначение, выполняемые
функции, структура.
15. Типовые задачи вычислительной математики.
16. Проблемы дистанционного обучения.
17. Формализованное представление и поиск информации.
18. Типовые модели для поиска информации.
19. Введение в искусственный интеллект. Данные и знания.
20. Инструментальные средства разработки компьютерных обучающих систем.
Практические вопросы
Автоматизированное рабочее место преподавателя.
Обучающая информационная система на компакт-дисках.
Учебная модель административной информационной системы «Университет».
База данных административной информационной системы «Университет».
Электронная тетрадь для самостоятельной работы студента по дисциплине
«Информационные системы».
6. Использование в обучении компьютерных вычислительных систем. Пример.
7. Использование в обучении навигационных поисковых систем. Пример.
8. Использование в обучении диспетчерских поисковых систем. Пример.
9. Использование в обучении информационно-справочных систем. Пример.
10. Использование в обучении экспертных систем. Пример.
11. Единое образовательное пространство университета: назначение, выполняемые
функции, структура.
12. Использование в обучении компьютерного курса «Информационные системы».
13. Использование компьютерных систем в педагогическом эксперименте. Обработка
данных.
14. Использование компьютерных систем для контроля знаний.
15. Автоматизированные обучающие системы. Пример.
16. Проектирование информационной базы учебного назначения. Пример.
17. Проектирование интерфейса информационной системы учебного назначения.
Пример.
18. Использование в обучении мультимедийных компьютерных систем. Пример.
1.
2.
3.
4.
5.
149
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
19. Использование компьютерных систем для мониторинга учебного процесса.
Пример.
20. Использование гипертекста в компьютерных обучающих системах. Пример.
Задачи
1. В России население распределяется по группам крови приблизительно так: I – 35
%, II – 36 %, III – 22 %, IV – остальное. Определите, сколько процентов населения
имеют IV группу и постройте диаграмму распределения населения по группам
крови.
2. В Бородинском сражении потери русской стороны составили: убитых – 3 генерала
и 15 тыс. воинов, раненых – 12 генералов и 30 тыс. воинов. Потери французской
стороны составили: убитых – 9 генералов и 20 тыс. воинов, раненых – 30 генералов
и 40 тыс. воинов. Определите разницу в потерях сторон и постройте
соответствующую диаграмму.
3. На Всемирных юношеских играх 2000 года спортсмены России завоевали 124
медали, из которых 64 золотых, 29 серебряных и 31 бронзовая. Постройте
диаграмму процентного соотношения завоеванных медалей.
4. В природе распространение элементов (по массе) выглядит следующим образом:
кислород – 49 %, кремний – 26 %, алюминий – 7 %, железо – 5 %, кальций – 4 %,
натрий – 2 %, калий – 2 %, водород – 1 %, остальные – 4 %. Постройте круговую
диаграмму распределения элементов в природе.
5. Определите сумму долга (СД) к концу срока ссуды, если известна первоначальная
сумма кредита (К) 200 тыс. руб., процентная ставка (С) 28%, срок ссуды (Т) 2 года
(использовать формулу СД = К + К*Т*С).
6. В ведущих странах мира на каждый банковский филиал приходится жителей: в
Бельгии – 717, в Швейцарии – 835, в Германии – 1000, во Франции – 1314, в
Англии – 1331, в Японии – 1780, в США – 2214. В России число жителей на один
банковский филиал в 1,4 раза выше, чем в США. Определите плотность банков
России и постройте диаграмму плотности банков ведущих стран мира.
7. Спроектируйте базу данных «Классный журнал», содержащую оценки учеников 11
класса за четверть, и вычислите средний балл по ученикам, предметам и классу в
целом. Осуществите выборку всех учеников, средний балл которых попадает в
диапазон 4,2-4,7.
8. Спроектируйте базу данных «Записная книжка», в которой представлены ваши
должники. Составьте запрос, который по сумме долга определяет данные должника
(фамилию, адрес, телефон).
9. Спроектируйте запрос на формирование списка студентов 1979 года рождения с
реквизитами: ФИО, Уч_группа, Дата_рождения из таблицы СТУДЕНТЫ (Номер,
ФИО, Уч_группа, Дата_рождения, Год_поступления).
10. Спроектируйте запрос на формирование списка сотрудников руководящего звена
не старше 35 лет, с окладом свыше 5 тыс. руб. и с полным набором реквизитов из
таблицы СОТРУДНИКИ (Таб_номер, ФИО, Должность – проректор, декан, зав.
отделом, зав. кафедрой, Оклад, Дата_рождения).
150
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
11. Спроектируйте запрос на формирование списка фильмов видеотеки с
группировкой по кинокомпаниям, вышедших в 21-м веке, из таблицы ФИЛЬМЫ
(Номер, Название, Режиссер, Год_выхода, Кинокомпания, Категория – комедия,
драма, боевик, триллер, Инвент_номер_кассеты).
12. Спроектируйте запрос на формирование набора записей со всеми реквизитами из
таблицы ПРЕПОДАВАТЕЛИ (Номер, ФИО, Уч_степень, Уч_звание, Пед_стаж,
Специализация), для которых имеются вакансии по прикладной математике в
таблице ВАКАНСИИ (Номер, Вуз, Должность, Треб_пед_стаж, Специализация).
13. Спроектируйте запрос для формирования набора записей со всеми реквизитами по
оборудованию из таблицы ОБОРУДОВАНИЕ (Завод_номер, Производитель,
Марка, Сырье, Производительность), которое может применяться на всех
предприятиях, использующих в качестве сырья очищенное зерно, данные по
которым приведены в таблице ПРЕДПРИЯТИЕ (Наименование, Треб_производит,
Использ_сырье).
14. Спроектируйте сводную ведомость неуспевающих студентов. Выдайте диаграмму
с долей таких учащихся. Создайте отчеты по каждому курсу с графическим
отображением. Оформите диаграммы распределения неуспевающих студентов по
группам курса и по курсам.
15. Пусть первоначальная ведомость определяет фиксированный стипендиальный
фонд факультета. Отмените выдачу стипендии для студентов, имеющих средний
балл успеваемости ниже четырех. Перераспределите экономию стипендиального
фонда для каждой группы и для каждого курса в зависимости от доли отличников.
Выдайте соответствующий отчет.
16. Спроектируйте базу данных «Учет машинного времени в компьютерном классе» с
автоматизированным ее сопровождением.
17. Спроектируйте базу данных «Учебный журнал дисциплины Информационные
системы» с автоматизированным ее сопровождением.
18. Спроектируйте базу данных «Методическое обеспечение дисциплины
Информационные системы» с автоматизированным ее сопровождением.
19. Спроектируйте базу данных «Учебный план специальности Математика с
информатикой» с автоматизированным ее сопровождением.
20. Спроектируйте базу данных «Штатный состав факультета математики с
информатикой» с автоматизированным ее сопровождением.
151
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ЛИТЕРАТУРА
1. Балдин К.В., Уткин В.Б. Информационные системы в экономике: Учебник. – М.:
Издательско-торговая корпорация «Дашков и К˚», 2005. – 395 с.
2. Гайдамакин Н.А. Автоматизированные информационные системы, базы и банки
данных: Вводный курс. – М.: Гелиос, 2002.
3. Дистанционное обучение / Под ред. Е.С. Полат. – М.: Владос, 1998.
4. Колин К. К. Фундаментальные основы информатики. Социальная информатика. – М.,
2000.
5. Персианов В.В., Шайденко Н.А. Использование вычислительной техники в учебном
процессе: Учебное пособие. – Тула: Изд-во тул. гос. пед. ун-та, 1997.
6. Петров В. Н. Информационные системы. – СПб.: Издательство Питер, 2001.
7. Соколов А.В. Информационно-поисковые системы: Учеб. пособие для вузов / Под ред. А.
Б. Рябова. — М.: Радио и связь, 1991.
8. Хансен Г., Хансен Дж. Базы данных. Разработка и управление. – М.: Бином, 2000.
9. Автоматизированная
информационно-справочная
Магнитный носитель.ТГПУ.
система
«Спид-Информ».
10. Диспетчерская обучающая система «Информатика». Магнитный носитель. ТГПУ.
11. Информатика: Полный курс. CD. Изд-во TeachPro (http://www.bitpro.ru).
12. Обучающий комплекс «Информационные системы». Магнитный носитель. ТГПУ.
13. Российский общеобразовательный портал (http://www.school.edu.ru).
152
Документ
Категория
Образование
Просмотров
704
Размер файла
1 928 Кб
Теги
информационные, система, 2323
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа