Методика применения вычислительного пакета «Mathcad», обеспечивающая расширение возможностей использования устаревшей вычислительной техники в учебном процессе вуза

Библиографическое описание статьи для цитирования:
Егоров П. Н. Методика применения вычислительного пакета «Mathcad», обеспечивающая расширение возможностей использования устаревшей вычислительной техники в учебном процессе вуза // Научно-методический электронный журнал «Концепт». – 2013. – № 4 (апрель). – С. 16–20. – URL: http://e-koncept.ru/2013/13068.htm.
Аннотация. Статья посвящена вопросам автоматизации расчетов и оформления трудоемких вычислительных задач учащимися средствами математического пакета «Mathcad». Автор предлагает идею создания расчетно-обучающих программ, позволяющих использовать комбинацию старых (первоначальных) и современных версий этого пакета с целью продления использования устаревшей компьютерной техники.
Раздел: Отдельные вопросы сферы образования
Комментарии
Нет комментариев
Оставить комментарий
Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.
Текст статьи
Егоров Петр Николаевич,кандидат технических наук, доцент кафедры теории корабля и гидромеханики ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет», г. Нижний Новгородegorov50@inbox.ru

Методика применения вычислительного пакета «Mathcad»,обеспечивающая расширение возможностей использования устаревшей вычислительной техники в учебном процессе вуза

Аннотация. Статья посвящена вопросам автоматизации расчетов и оформления трудоемких вычислительных задач учащимися средствами математического пакета «Mathcad». Автор предлагает идею создания расчетнообучающих программ, позволяющих использовать комбинацию старых (первоначальных) и современных версий этого пакета с целью продления использования устаревшей компьютерной техники.Ключевые слова:теория корабля, информатика, маткад, программирование.

Одной из особенностей современного учебного процесса вуза является возможность широкого доступа обучающихся к Интернету с его безграничными информационными ресурсами. Не обсуждая все «плюсы» этого обстоятельства, отметим в качестве его явно отрицательной (с точки зрения организации учебного процесса) стороны –возможность бесконтрольного «скачивания» отчетной учебной документации. На практике это приводит к тому, что какойнибудь «студентумник» обязательно «скачает» из сети устаревшую, или просто ошибочную версию контрольного домашнего задания, отчета по лабораторной работе и т.п. Далее, непроверив и не согласовав с преподавателем «скачанный» материал, он тут же «раздаст» его всем своим товарищам по академической группе. Последующая работа преподавателя по проверке сдаваемых студентами заданий сводится лишь к монотонному исправлению одних итех же ошибок в студенческих работах. Одним из способов борьбы с этим негативным явлением представляется следование принципу «Природа не любит пустоты»,т.е. заполнение образовавшегося вакуума опережающим предоставлением студентам наиболее простой и доступной возможности оформления своих работ.И здесь математический пакет «MathCAD»(далее Маткад),обладающий практически такими же редакторскими возможностями, как и Word (Microsoft Office), оказывается весьма полезным[1].Второй особенностью современного учебного процесса вуза является постепенное, из года в год, падение общего образовательного уровня современных студентов,снижение их способности к выполнению тех учебных заданий, которые без труда выполнялись их предшественниками 10–15 лет тому назад.Не обсуждая причины этой тенденции, а просто констатируя существующий «тренд», отметим, что Маткад предоставляет широкие возможности в автоматизации многих трудоемких вычислительных задач, встречающихся в учебном процессе: курсовом и дипломном проектировании,выполнении контрольных домашних заданий и т.п.,способствуя сохранению «преемственности» учебного процесса в условиях его непрерывного реформирования. Общая методология создания расчетноинформационнообучающих маткадпрограмм изложена в работе и в настоящей статье лишь развивается эта основная идея в плане ее практической реализации[2].Третьей особенностью современного учебного процесса вуза является обилие устаревшей компьютерной техники, которая с одной стороны все еще вполне работоспособна, но с другой –никак не стыкуется с постоянно модернизируемым «софтом» (т. е. программным обеспечением). Применительно к пакету Маткад это проявляется в том, что программы, написанные в устаревших (до 11й) версиях, сохраняя свою общую вычислительную работоспособность при их прогоне в современных 14 и 15 версиях Маткада, не воспроизводят русскоязычный текст, написанный на кириллице. На экране монитора и при печати русские буквы заменяются какимито странными значками, именуемыми в простонародье «кривозябами». Конечно, существуют определенные программные средства устранения этого системного несоответствия. Однако это требует изменения базовых настроек операционных систем Windows, что по силам лишь «продвинутым пользователям». Основное большинство студентов такими навыками не обладают и боятся «трогать» свое программное обеспечение, которое в современных условиях зачастую является лицензионным и дорогостоящим.С другой стороны старое «железо» –т. е. устаревшие компьютеры в силу ограниченности своих ресурсов не могут «тащить» все более и более громоздкие современные версии пакета Маткад: «тормозят», «глючат» и т. п. К тому же известно, что старые версии Маткада не поддерживают программы, написанные в версиях современных.В качестве решения возникшей проблемы несовместимости старого и нового поколений «софта» и «железа» можно предложить следующий «обходной» путь:–первоначально на старых компьютерах в устаревших версиях Маткада создаются вспомогательные Маткадпрограммы, основная задача которых чисто математическая –задать исходные данные, предварительно обработать полученную информацию и т. п. Текстовые комментарии в таких программах обычно минимальны и, поэтому, их можно набирать латиницей, т. е. как это делается в наименованиях электронных адресов сайтов или практиковалось при написании самых первых СМСок;–в конце в этих коротеньких предварительных «старых» программ предусмотреть оператор вывода полученной числовой информации в файл обмена типа: WRITEPRN(файл_обмена) = двумерный_числовой_массив. В результате срабатывания этого оператора создастся текстовый <файл_обмена.txt>, содержащий в себе указанный двумерный числовой массивв виде упорядоченных колонок цифр. Перенос какойлибо текстовой (символьной) информации в виде комментариев в этом операторе вывода WRITEPRNпрактически не предусмотрен (конечно, коечто можно было бы перенести с помощью символьных переменных, но это и ни к чему);–на новых компьютерах в современных версиях Маткад создается окончательная «новая» Маткадпрограмма, считывающая <файл_обмена.txt> с помощью оператора типа: двумерный_числовой_массив= READPRN(файл_обмена.txt), после срабатывания которого в этой «новой» программе образуется указанный двумерный_числовой_массив. При дальнейшей разработке этой «новой» Маткадпрограммы содержащаяся в числовом массиве информация окончательно обрабатывается и дополняется уже русскоязычными текстовыми комментариями без боязни появления «кривозябов». Разберем указанную процедуру подробнее на наглядном геометрическом примере лабораторной работы «Определение площади смоченной поверхности корпуса судна». Эта работа выполняется первой в общем цикле из нескольких других лабораторных работ вучебной дисциплине «теория корабля» (ТК).На рисунке (рис.1)показана фотография обмеряемой модели (перевернута вверх дном, вид с кормы). Ее искомая смоченная поверхность выделена зеленым цветом. Площадь этой смоченной поверхности определяется приближенно по правилу трапеций. Для этого на модели отмечены 20 равноотстоящих поперечных сечений –шпангоутов (на фото показаны темным цветом).Поскольку корпус судна симметричен относительно продольной (диаметральной) плоскости, то любым способом измеряются длины полупериметров шпангоутов, которые, наряду с другими геометрическими данными судна, заносятся в «старую» Маткадпрограмму TK_protokol_Lab#1.mcd, экран которой показан на рисунке (рис.2).

Рис.1. Лабораторная модель корпуса судна

Рис.2. «Старая» Маткадпрограмма TK_protokol_Lab#1.mcd(экран ввода исходных данных)Видно, что все символьные комментарии набраны латиницей и в случае необходимости эта «старая» Маткадпрограмма может быть прочитана в новой версии Маткада. Однако надо помнить, что будучи сохраненной в новой версии Маткада, эта программа опять назад в старой версии читаться уже не будет.На рис. 3 показан 2й экран этой же «старой» Маткадпрограммы, с графиком зависимости введенных длин полупериметров шпангоутов от их места расположения (номера шпангоутов). Видно, что на 13м шпангоуте произведен ошибочный замер, который тут же может быть откорректирован прямо в ходе занятия в лаборатории (где обычно стоят только старые компьютеры).После окончательного срабатывания и закрытия «старая» Маткадпрограмма, содержащая оператор создания файла обмена

WRITEPRN(D:\TK_MG\TK_Data_lab#1) = data_lab1 ,

создает текстовый файл обмена TK_Data_lab#1.txt, содержание которого показано на рис.4. Видно, что этот файл не содержит какойлибо символьной информации. Порядок расположения столбцов цифр в нем определяется индексацией двумерного массива data_lab1.Поскольку учебный курс состоит из нескольких лабораторных работ, то для каждой из них создаются аналогичные небольшие по объему «старые» Маткадпрограммы, каждая из которых после внесения в нее на соответствующем лабораторном занятии исходных данных, создает свой фал обмена.

Рис.3. «Старая» Маткадпрограмма TK_protokol_Lab#1.mcd(график, иллюстрирующий ошибку во вводе исходных данных)

После того, как все занятия проведены, запускается окончательная «новая» Маткадпрограмма –большая по объему и формирующая общий отчет по лабораторным работам. Составленная в новой версии Маткада, она может быть реализована в какомто более современном компьютерном классе, или просто на домашних ноутбуках студентов. В этой «новой» программе уже не возникает проблем с «кривозябами», ее текст может быть составлен так, чтобыпри печати полученный отчет соответствовал бы всем нормативным требованиям. Она может иметь интерактивно –обучающий характер (см. работу [2]). Однако в нужных местах эта новая Маткадпрограмма должна содержать операторы чтения созданных ранее файлов обмена. В рассмотренном выше примере это оператор

data_lab1 = READPRN(D:\TK_MG\TK_Data_lab#1),

по которому содержащаяся в текстовом файле TK_Data_lab#1.txtчисловая информация будет передана в двумерный числовой массив data_lab1, образованный уже в «новой»Маткадпрограмме. В ней эти данные окончательно численно обрабатываются, сопровождаются подробной текстовой информацией, графиками, рисунками и т.п. Она может содержать полный или частичный расчет индивидуального расчетнографического задания студента. Например, в рассматриваемом числовом примере это пересчет величины полученнойплощади смоченной поверхности модели на натурное судно заданного масштаба.

Рис.4. Текстовый файл обмена, созданный «старой» МаткадпрограммойTK_protokol_Lab#1.mcd

При печатипервого вертикального ряда экранов этой «новой» Маткадпрограммы в соответствии с рекомендациями, изложенными в работе [2], получается общий отчет по лабораторному курсу.Для упомянутого выше лабораторного учебного курса по теории корабля для магистров (MG), состоящего из 5 лабораторных работ, составлен небольшой пакет маткадпрограмм, структура которого показана на рис. 5. Для сокращения длины имен создаваемых файлов обмена и укорочения путей к ним пакет размещается в директории D:\TK_MG\, т. е. в корневом директории жесткого диска D:\, который, как правило, имеется на всех компьютерах и обычно не занят системными папками. К тому же замечено, что Маткад плохо и медленно сохраняет свои вновь отредактированные программы на флешках. Последние можно лишь использовать для передачи папки \TK_MG\студентам. Само же формирование окончательной версии «новой» маткадпрограммы, требующее неоднократного сохранения последовательно вводимой в нее информации, рекомендуется выполнять на жестком диске компьютера. Упомянутый пакет \TK_MG\последовательно сверху вниз содержит следующие файлы:–TK_A_Instruction.doc–Wordфайл с инструкцией для студентов по пользованию программами;–TK_Data_lab#1.txt… TK_Data_lab#6.txt–текстовые файла обмена, создаваемые «старыми» Маткадпрограммами для 5 лабораторных работ (работа №4 выполняется без использования Маткада);–TK_Otchet_Labi(Mcad_14).xmcd–«новая» Маткадпрограмма, формирующая общий отчет по всем лабораторным работам (составлена в современной версии Маткад14 и реализуется на новых компьютерах);–TK_protokol_Lab#1.mcd… TK_protokol_Lab#6.mcd–«старые» Маткадпрограммы, сопровождающие выполнение лабораторных работ (оставлены в «старых» версиях Маткада и реализуются на устаревших компьютерах в лаборатории).Важной особенностью работы пакета программ является необходимость:следить за тем, чтобы «старые» программы (с расширением .mcd) будучи прочитанными в новых версия Маткада, не сохранять заново (с современным расширением .xmcd). Иначе они уже в случае необходимости не будут повторно читаться в старых версиях Маткада.

Рис.5. Структура пакета из «старых» и «новой» Маткадпрограмм

Предлагаемая процедура совместной реализации математического пакета Маткад в старых и новых версиях позволяет существенно расширить практические возможности его применения в учебном процессе вуза, а также удлинить срок эксплуатации устаревшей компьютерной техники.

Ссылки на источники1.Математическая лаборатория MathCAD. –URL: http://www.ptc.com/go/mathsoft/support.2.Егоров П. Н. Использование вычислительного пакета «Mathcad» в учебном процессе вуза // Концепт: научнометодический электронный журнал официального сайта эвристических олимпиад «Совёнок» и «Прорыв». –Май 2012, ART 1259. –Киров, 2012 г. –URL: http://www.covenok.ru/koncept/2012/1259.htm.

Egorov Petr,Candidate of Technical Sciences, associate professor at the chair of ship’s theory and hydromechanics of the Nizhny Novgorod State Technical University (NGTU), Nizhny Novgorodegorov50@inbox.ruOn the Method of Mathcadusing, that provides the extending of the obsolete computers’ possibilities for teaching in universityAbstract.Paper is devoted to the improvement of the teaching process in a technical university by using of the Mathcadsoftware. The author offers a structure of a combination from the obsolete and the modern versions of the Mathcadprograms in order to improve and to prolong old hardware usage.Keywords:the ship’s theory, informatics, Mathcad, programs.

Рекомендовано к публикации:Горевым П. М., кандидатом педагогических наук,главным редактором журнала «Концепт»