Министерство образования и науки Российской Федерации Дальневосточный государственный технический университет (ДВПИ имени В.В. Куйбышева)
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ
Рекомендовано Дальневосточным региональным учебно-методическим центром в качестве учебного пособия для студентов специальностей 120800 «Материаловедение в машиностроении», 121200 «Технология художественной обработки материалов» вузов региона
Владивосток 2005
УДК 620.22
М91 Мутылина И.Н. Компьютерные технологии в материаловедении: Учеб. пособие. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2005. – 85 с. Рассмотрены возможности применения компьютерных технологий в материаловеде нии. Приведен краткий обзор информационных систем, используемых в исследованиях мате риалов. Описана разработка базы знаний и базы данных по машиностроительным материа лам. Предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Материаловедение в машиностроении» и «Технология художественной обработки материалов». Может быть ис пользовано при выполнении курсовых и дипломных работ.
Рецензенты: В.В. Тарасов, зав. кафедрой технологии материалов МГУ им. адм. Г.И. Невельского, д-р транспорта, проф.; Т.Н. Токарчук, к.г.н., доц. каф. аналит. химии и хим. экспертизы ИХПЭ ДВГУ
Издано по решению редакционно-издательского совета ДВГТУ
Отпечатано с оригинал-макета, подготовленного автором
ISBN 5-7596-0473-2
© Мутылина И.Н., 2005 © Изд-во ДВГТУ, 2005 2
ВВЕДЕНИЕ Система высшего образования включает в себя комплексное использование различ ных технологий в процессе подготовки специалистов. Анализ проведенных исследований в области высшего образования показывает, что для подготовки высококвалифицированных специалистов необходимо уделить особое внимание разработкам компьютерных технологий с использованием педагогических, интеллектуальных и телекоммуникационных технологий. В настоящее время весьма перспективными являются мультимедийные компьютер ные технологии обучения. Учебные материалы, использующие такие технологии, имеют трехмерную компьютерную графику, звуковой и видеоряд, динамику изображений и интер фейсы виртуальной реальности, позволяющие достичь в обучающих программах предельной наглядности. Эффективным является сочетание гипертекстового представления учебных ма териалов с четкими дидактически отработанными аудиокомментариями и видеоинформаци ей. Область интересов науки о материалах в настоящее время включает также: разработку общих подходов к применению информационных технологий в исследова ниях, в частности создание специализированного программного обеспечения; создание баз и банков данных (знаний); компьютерное моделирование технологических процессов; использование информационных сетей (Internet и др.); развитие и применение средств мультимедиа и других новых направлений информа тизации науки о материалах; применение информационных технологий в инженерном образовании. На современном этапе информатизации одним из важнейших направлений в технических вузах является подготовка специалистов, обладающих высокой квалификацией и необходимой информационной культурой для того, чтобы они были готовы и умели применять новые информационные технологии в своей профессиональной деятельности.
3
ГЛАВА 1. ПОНЯТИЕ И КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ Термин информация происходит от латинского слова informatio, что означает разъяс нение, осведомление, изложение. Технология в переводе с греческого языка (techne) – искус ство, мастерство, умение, а это не что иное, как процессы. Под процессом следует понимать определенную совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели. Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими тра диционными материальными видами ресурсов, как полезные ископаемые, нефть, газ и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресур сов можно воспринимать как технологию (рис. 1). Материальные ресурсы
Данные
Технология материального производства
Информационные технологии
Продукт
Информационный продукт
Рис. 1. Информационная технология как аналог технологии материального производства Информационная технология – это целенаправленный процесс преобразования ин формации, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки, хранения и передачи информации. Как и многие другие технологии, информационная технология отве чает следующим требованиям: • обеспечивает высокую степень деления всего процесса обработки информации на составляющие компоненты (этапы, операции, действия); • включает весь набор инструментов, необходимых для достижения поставленной цели; • отдельные ее компоненты стандартизированы и унифицированы. Целью информационной технологии является производство информации для анализа ее человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия. Современная информационная технология опирается на достижения в области компьютерной техники, программного обеспечения и средств связи. Основу современной информационной технологии составляют технические достижения: • появление новой среды накопления информации на машиночитаемых носителях (магнитные ленты, магнитные диски, оптические диски и т.д.); • развитие средств связи – телекоммуникаций, обеспечивающих доставку информа ции практически в любую точку земного шара без существенных ограничений во времени и расстоянии (компьютерные сети, спутниковая связь); • возможность автоматизированной обработки информации с помощью компью тера. Внедрение персонального компьютера в информационную сферу и применение теле коммуникационных средств связи определили новый этап развития информационной техно логии и, как следствие, изменение ее названия за счет присоединения к нему одного из сино нимов: «компьютерная», «современная» или «новая». Прилагательное «компьютерная» под черкивает, что основным техническим средством ее реализации является компьютер. К основным принципам компьютерной информационной технологии относятся: • интерактивный (диалоговый) режим работы с компьютером; 4
интегрированность (стыковка, взаимосвязь) с другими программными продукта ми; • гибкость процесса изменения как данных, так и постановок задач. Информация, используемая на производстве, в технике, управлении обществом, спе циально организованная и обрабатываемая на ЭВМ, называется информационным ресурсом. Информационные ресурсы являются базой для создания информационных продуктов. Ин формационные продукты – совокупность данных, сформированная производителем для рас пространения в вещественной или невещественной форме. Информационный продукт может распространяться такими же способами, как и любой другой материальный продукт, с помо щью услуг. Информационные услуги возникают только при наличии баз данных в компью терном или некомпьютерном варианте. Информационные ресурсы страны определяют ее научно-технический прогресс, науч ный потенциал, экономическую и стратегическую мощь. В этом смысле говорят об информа тизации общества. Информатизация общества – повсеместное внедрение комплекса мер, направленных на обеспечение полного и своевременного использования достоверной инфор мации, зависящее от степени освоения и развития новых информационных технологий. Возможны следующие классификации информационных технологий: • по типу обрабатываемой информации; • по типу пользовательского интерфейса; • по степени взаимодействия. Информационные технологии, отличающиеся по типу обрабатываемой информации (рис. 2), могут объединяться в интегрированные технологии. •
Виды обрабатываемой информации
Виды информационных технологий
Данные
СУБД, алгоритмиче ские языки, табличные процессоры
Текст
Графика
Знания
Объекты реального мира
Текстовые процессоры и гипертекст
Графические процессоры
Экспертные системы
Средства мультимедиа
Интегрированные пакеты: объединение различных технологий
Рис. 2. Классификация информационных технологий в зависимости от типа обрабатываемой информации Представленная классификация информационных технологий в известной мере услов на, поскольку большинство этих информационных технологий позволяют поддерживать и другие виды информации. Так, в текстовых процессорах предусмотрена возможность выпол нения позитивных расчетов, табличные процессоры могут обрабатывать не только цифро вую, но и текстовую информацию, а также обладают встроенным аппаратом генерации гра фики. Однако каждая из этих технологий все-таки в большей мере акцентирована на обра ботке информации определенного вида. 5
Классификация информационных технологий по типу пользовательского интерфейса (рис. 3) позволяет говорить о системном и прикладном интерфейсе. Прикладной интерфейс связан с реализацией некоторых функциональных информационных технологий, системный интерфейс – это набор приемов взаимодействия с компьютером, который реализуется опера ционной системой или ее надстройкой. Современные операционные системы поддерживают командный, WIMP- и SILK-интерфейсы. В настоящее время поставлена проблема создания общественного интерфейса (social interface).
Пользовательский интерфейс Командный
WIMP
SILK
Однопрограммная ОС
Многопрограммная ОС
Многопользовательская ОС
Пакетная технология
Диалоговая технология
Сетевая технология
Рис. 3. Классификация ИТ по типу пользовательского интерфейса Командный интерфейс – самый простой. Он обеспечивает выдачу на экран систем ного приглашения для ввода команды. Например, в операционной системе MS-DOS пригла шение выглядит как С:\>, а в операционной системе UNIX это обычно знак доллара. WIMP-интерфейс расшифровывается как Windows (окно) Image (образ) Menu (меню) Pointer (указатель). На экране высвечивается окно, содержащее образы программ и меню действий. Для выбора одного из них используется указатель. SILK-интерфейс – Spich (речь) Image (образ) Language (язык) Knowledge (знание). При использовании SILK-интерфейса на экране по речевой команде происходит перемеще ние от одних поисковых образов к другим по смысловым семантическим связям. Общественный интерфейс будет включать в себя лучшие решения WIMP- и SILK-ин терфейсов. Предполагается, что при использовании общественного интерфейса не нужно бу дет разбираться в меню. Экранные образы однозначно укажут дальнейший путь. Перемеще ние от одних поисковых образов к другим будет проходить по смысловым семантическим связям. Информационные технологии по степени взаимодействия между собой могут быть реализованы различными техническими средствами: дискетное и сетевое взаимодействие, а также с использованием различных концепций обработки и хранения данных: распределен ная информационная база и распределенная обработка данных (рис. 4). Всю историю информатики разбивают на два больших этапа: предысторию и исто рию. Предыстория информатики такая же древняя, как и история развития человеческого общества. В предыстории выделяют ряд этапов. Каждый из них характеризуется по сравне нию с предыдущим резким возрастанием возможностей хранения, передачи и обработки ин формации. 6
Начальный этап предыстории – освоение человеком развитой устной речи. Членораз дельная речь, язык стал специфическим социальным средством хранения и передачи инфор мации. Взаимодействие технологий
Дискетное
Сетевое
ЛВС
Телекоммуникации
On-line
Off-line Электронная почта
Распределенные технологии
Распределенная информационная база
Распределенная обработка данных
Рис. 4. Классификация информационных технологий по степени их взаимодействия Второй этап – возникновение письменности. Прежде всего возросли (по сравнению с предыдущим этапом) возможности по хранению информации. Человек получил искусствен ную внешнюю память. Организация почтовых служб позволила использовать письменность и как средство для передачи информации. Возникновение письменности было необходимым условием для начала развития наук. С этим же этапом связано и возникновение понятия «на туральное число». Все народы, обладавшие письменностью, владели понятием числа и поль зовались той или иной системой счисления. Третий этап – книгопечатание. Книгопечатание можно назвать первой информацион ной технологией. Воспроизведение информации было поставлено на поток, на про мышленную основу. По сравнению с предыдущим этот этап не столько увеличил возможно сти по хранению, сколько повысил доступность информации и точность ее воспроизведения. Четвертый и последний этап предыстории связан с успехами точных наук (прежде всего математики и физики) и начинающейся в то время научно-технической революцией. Этот этап характеризуется возникновением таких мощных средств связи, как радио, телефон и телеграф, к которым по завершению этапа добавилось и телевидение. Начальный этап истории информатики (70-е годы XX века) связан с изобретением ми кропроцессорной технологии и появлением персонального компьютера. На микропроцессо рах и интегральных схемах создаются компьютеры, компьютерные сети, системы передачи данных (информационные коммуникации). Этот период характеризуют три достижения: • переход от механических и электрических средств преобразования информации к электронным; • миниатюризация всех узлов, устройств, приборов и машин; • создание программно-управляемых устройств и процессов. 7
В 70-е годы в англоязычной литературе наука о переработке информации на основе вычислительной техники утвердилась под названием «Computer Science». В нашей стране эта область рассматривалась как часть кибернетики. К началу 80-х годов термин «кибернетика» стал постепенно уходить из обихода, и в первой половине 80-х годов в результате активной дискуссии, в которой приняли участие ведущие советские ученые, термином «информатика» стала обозначаться крупная научная область, «изучающая методы представления, накопле ния, передачи и обработки информации с помощью ЭВМ». Характерным процессом 90-х годов стало появление «отраслевой» информатики в це лом ряде научных областей. Процесс информатизации на рубеже 80-90-х годов затронул практически все области знания, в том числе и материаловедение. Компьютеры сегодня это не только незаменимое средство для редактирования и печатания работ, но и удобный инструмент для реализации тонких материаловедческих методик. Появление доступных по цене сканеров – считывающих устройств, создающих возможности для оптического ввода в память компьютера текста или изобразительного материала, дало новый импульс исследова ниям. Этому способствовало и появление специальных приставок. Совершенствование программного обеспечения «стандартных» систем управления ба зами данных, и особенно разработка специализированного программного обеспечения, учи тывающего особенности растровых электронных микроскопов, привели к заметной активиза ции деятельности целого ряда научных центров по созданию больших баз данных, содержа щих сведения из специальных источников. Этот процесс особенно затронул создание баз данных, целью которых является сбор и анализ основных характеристик различных материа лов. Создание многочисленных баз данных потребовало их стандартизации. Сегодня в раз личных странах функционируют банки данных, которые имеют определенный профиль, ор ганизационную структуру и занимаются расширением баз данных, их распределением, пуб ликацией каталогов. Быстрому распространению процесса информатизации исследований способствует и электронная почта, которая связывает значительную часть специалистов, работающих с компьютером. Возможности электронных коммуникаций в сфере науки и образования резко возросли в последние годы, когда был получен доступ к глобальной сети Internet с ее огром ными информационными ресурсами. Информационные технологии обучения (ИТО) ИТО включают в себя технологии обучения, базирующиеся на применении компьютеров, материалов мультимедиа, использовании сетей и систем телекоммуникаций. Для соответствующего программного обеспечения в зарубежной практике принята следующая терминология: CAI Computer Aided Instruction Компьютерное программированное обучение CAL Computer Aided Learning Изучение с помощью компьютера CBL Computer Based Learning Изучение на базе компьютера CBT Computer Based Training Обучение на базе компьютера CAA Computer Aided Assessment Оценка с помощью компьютера CMC Computer Mediated Communications Компьютерные коммуникации Программное обеспечение, использующееся в информационных технологиях, подразделяют на несколько категорий: • тренировочные программы, • обучающие программы, • системы для поиска информации, • моделирующие программы, • микромиры, • инструментальные средства познавательного характера, • инструментальные средства креативного характера, • инструментальные средства для обеспечения коммуникаций. 8
Тренировочные программы предназначены для закрепления изученного материала. Они основаны на предоставлении вопросов и обработке ответов с обеспечением соответствующей обратной связи. Для усиления мотивации в таких программах могут использоваться игровые элементы. Обучающие программы используются для изучения новых концепций и процессов. Материал предлагается в структурированном виде и обычно включает демонстрации, вопросы для оценки степени понимания, обеспечивающие обратную связь. Интеллектуальные обучающие системы позволяют корректировать процесс обучения, адаптируясь к действиям обучаемого. Системы для поиска информации обеспечивают хранение знаний в структурированном виде и позволяют обучаемому искать и просматривать необходимую информацию. Это могут быть системы управления базами данных (в том числе и сетевые), электронные словари и энциклопедии. Моделирующие программы позволяют моделировать эксперименты, воображаемую или реальную жизненную ситуацию. Такое моделирование может основываться на лабораторном эксперименте, анимации, в которой представлена работа некоторого предприятия, математической модели и т.д. В таких программах может широко использоваться диалоговая графика, дающая возможность наблюдать особенности изучаемого процесса и исследовать эффекты влияния меняющихся параметров на ход этого процесса. Микромиры – особые узко специализированные программы, позволяющие создать на компьютере специальную среду, предназначенную для исследования некоторой проблемы. Яркий пример реализации – язык Лого, разработанный Сеймуром Пейпертом для создания микромира Матландия (Mathland). Инструментальные средства познавательного характера основываются на принципе конструктора, позволяющего создавать обучаемым их собственное понимание новых концепций. В них предоставляется возможность построить схему, часто визуализированную, в которой отражаются понимание обучаемым нового знания и его место среди ранее полученных знаний. Возможны и сетевые варианты таких программных средств. К этой же группе программного обеспечения относятся и экспертные системы, позволяющие строить концепции по предлагаемым системой правилам. Инструментальные средства креативного характера включают прикладные программы типа текстовых процессоров, электронных таблиц, баз данных, графических редакторов и средств для создания компьютерных презентаций. Эти программные продукты не являются специальными, предназначенными для педагогических целей, но служат хорошей поддержкой в учебном процессе, расширяя возможности и выводя на новый уровень продуктивную деятельность обучаемых. Например, текстовые редакторы стимулируют работу по составлению проектов, облегчают как их первоначальное представление, так и последующее редактирование. Применение электронных таблиц способствует развитию структурированного, системного подхода к представлению информации и решению стоящей проблемы, сокращая время, необходимое для вычислений, позволяет отдать больше усилий постановке задач и анализу результатов. Базы данных могут применяться для организации разнообразной информации. Использование графических редакторов выводит на качественно новый, профессиональный уровень представление результатов работы (докладов, дипломов), что способствует как положительной мотивации обучаемых, так и их будущей профессиональной востребованности. Программы для создания компьютерных презентаций играют аналогичную роль – но для устного представления результатов. Кроме того, они очень эффективны для наглядных иллюстраций при чтении лекций.
9
ГЛАВА 2. КОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В настоящее время информационные и коммуникационные технологии значительно влияют на изменения в обществе. Эти технологии, по сути, расширяют границы таких фундаментальных понятий, как знание и язык. Исторически сложилось представление о важнейшей функции языка – передаче и сборе с его помощью знания – как о специфической системе связи, коммуникации. Помимо языка для создания и сбора знаний, их хранения, поиска и передачи требовались некие дополнительные средства, которые сами по себе оказывали большое влияние на социальную среду. Письменность, печатный станок, телефон, телевидение и, наконец, сеть Internet – примеры эволюции в передаче знаний. Существует определенная специфика в использовании информационных ресурсов Internet в организации познавательной деятельности. Инструментальные средства коммуникационных технологий включают несколько форм: электронную почту, электронную конференц-связь, видеоконференц-связь, Internet. Эти средства позволяют преподавателям и обучаемым совместно использовать информацию, сотрудничать в решении общих проблем, публиковать свои идеи или комментарии, участвовать в решении задач и их обсуждении. Электронная почта (e-mail) – это асинхронная коммуникационная среда, в которой для получения сообщения не требуется согласовывать время и место получения с отправителем. Электронная почта может использоваться как для связи между двумя абонентами, так и для соединений от одного ко многим получателям. Электронная конференц-связь – асинхронная коммуникационная среда, которая подобно электронной почте может использоваться для обмена идеями. Это средство предоставляет пользователям некий структурированный форум, где можно в письменном виде изложить свое мнение, задать вопрос и прочитать реплики других участников. Асинхронность способствует рефлексии и продуманности вопросов и ответов, а возможности использования файлов любого типа (графика, звук, анимации) делают такие виртуальные семинары весьма эффективными. Видеоконференц-связь – в отличие от предыдущей формы имеет синхронный характер, когда участники взаимодействуют в реальном времени. Здесь возможно общение типа один на один (консультация), один ко многим (лекция), многие ко многим (телемост). Основное препятствие для широкого использования – дорогое оборудование. Компьютерные коммуникации выступают также как средство доступа к такой технологии Internet, как WWW (World Wide Web), или Всемирной Паутине, состоящей из миллионов информационных сайтов, связанных гиперссылками. WWW поддерживает наряду с текстами, графикой и мультимедийные страницы. Это среда, в которой можно заниматься поиском информации, вступать в контакт с другими лицами или интерактивными программами, отвечая на вопросы или заполняя специальные формы на Web-страницах, создавая страницы и размещая их в WWW для последующего использования в учебном процессе. К числу базовых технологий относят следующие технологии Internet: FTP (File Transfer Protocol – протокол передачи файлов) – технология передачи по сети файлов произвольного формата; IRC (Internet Relay Chat – поочередный разговор в сети), или чат – технология ведения переговоров в реальном масштабе времени, дающая возможность общаться с другими людьми по сети в режиме прямого диалога. Принципы работы Internet Начало Internet было положено в конце 60-х в виде правительственной коммуникаци онной сети США (ARPAnet), примерно в середине 80-х эта сеть получила имя Internet. 10
Группа компьютеров, связанных и взаимодействующих друг с другом, образует сеть. Internet – это сеть компьютеров, состоящая из тысяч меньших сетей, разбросанных по всему миру. Компьютеры в Internet «разговаривают» на общем языке, а этот язык утвержден в про токолах. Протоколом называется набор общепринятых правил, определяющих механизм взаи модействия компьютеров в сети. Стандартными протоколами, используемыми для обмена данными в Internet, являются TCP (Transmission Control Protocol, Протокол управления пере дачей) и IP (Internet Protocol, Межсетевой протокол); их комбинация известна как TCP/IP. TCP/IP перед передачей по сети расфасовывает информацию в маленькие пакеты. Каждый пакет содержит порцию пересылаемой информации вместе с описанием, что это за информа ция, куда она направляется и откуда. В конце 80-х, когда в Internet стали вливаться довольно большие сети, Тим БернерсЛи, ученый из CERN (Европейской организации по ядерным исследованиям), занялся поис ками более удобного способа общения со своими коллегами посредством компьютера. В те времена возможности передачи по Internet ограничивались чисто текстовой информацией. Бернерс-Ли и его соратники создали интерфейс, позволявший связывать информацию из раз личных источников. Конечным результатом их усилий стало определение спецификаций URL (Uniform Resource Locator, Унифицированный указатель ресурса), HTTP (HyperText Transfer Protocol, Протокол передачи гипертекста) и HTML (HyperText Mark- Up Language, Язык разметки гипертекста), на которых базируется World Wide Web (WWW). Сегодня технология WWW позволяет пользователям создавать форматированные страницы информа ции, которые можно посредством гиперссылок связывать с другими страницами и прочими размещенными в Internet ресурсами. Другими словами, WWW, или Всемирная Паутина, – это коллекция информации, до ступной посредством Web-браузеров. Первым заметным Web-браузером был Mosaic, разра ботанный в NCSA (National Center for Super-computing Applications, Национальный центр суперкомпьютерных приложений в Иллинойском университете, Урбана-Шампань). Большую долю рынка Web-браузеров на текущий момент делят Netscape Navigator и Microsoft Internet Explorer. Web-браузер отображает в своем окне Web-страницы и, как пра вило, включает панели инструментов и команды меню, позволяющие пользователям про сматривать страницы и сайты и настраивать установки браузера. В дополнение к тексту Web-страницы могут содержать графику, звуки, анимацию и другие специальные эффекты. Отдельные страницы могут быть связаны с другими страница ми, обеспечивая доступ к дополнительной информации. Вся эта информация передается по физическим носителям Internet и при помощи протоколов Internet. Поэтому многие считают Всемирную Паутину и Internet синонимами. Весьма похожи на Internet сети Intranet. Internet соединяет компьютеры из множества различных организаций; сеть Intranet соединяет компьютеры внутри одной организации. Термин Intranet подразумевает также, что эта сеть поддерживает технологию WWW. От личие Intranet от Internet в том, что содержимое Intranet доступно только пользователям вну три организации и закрыто для доступа снаружи, из всемирной сети Internet. Сети Intranet также могут иметь выход в Internet, но необязательно. Чаще всего компьютеры сети Intranet расположены в одном месте, но иногда они охватывают несколько подразделений внутри ор ганизации. К Intranet могут быть подключены также удаленные филиалы. Разработчикам Web-сайтов предлагаются сотни разнообразных инструментов разра ботки для WWW: HTML-редакторы, требующие досконального знания HTML, графические пакеты, предполагающие наличие некоторого опыта работы в HTML, и FrontPage, позволяю щий не знать HTML или знать его в минимальном объеме. Первенство FrontPage среди инструментов Web-дизайна обусловлено тем, что с его помощью создание профессиональ ных Web-сайтов для Internet и Intranet становится легким делом. Уникальность FrontPage еще и в том, что он базируется на клиент-серверной модели разработки, что облегчает интегра 11
цию с большинством компьютерных систем. В клиент-серверных системах сервер – это компьютер (или приложение), обеспечивающий удаленным пользователям доступ по сети к своим данным или ресурсам. Клиент – это компьютер (или приложение), который запраши вает эти данные или ресурсы. Чаще всего сервер – мощная машина, а клиент – обычный на стольный компьютер. FrontPage фактически включает и сервер, и клиента. Его клиентское программное обеспечение состоит из Проводника (FrontPage Explorer) и Редактора (FrontPage Editor). Проводник позволяет просматривать и администрировать сайты несколькими различными способами. Для создания новых страниц и редактирования существующих предназначен Ре дактор. В состав FrontPage также входят Серверные расширения (FrontPage Server Extensions), обеспечивающие интеграцию FrontPage со всеми наиболее популярными Webсерверами. Образовательные возможности Internet-технологий Новый импульс информатизации образования дает развитие информационных телекоммуникационных сетей. Глобальная сеть Internet обеспечивает доступ к гигантским объемам информации, хранящимся в различных местах. Многие эксперты рассматривают технологии Internet как революционный прорыв, превосходящий по своей значимости появление персонального компьютера. И, соответственно, понятие информационная культура нельзя сегодня рассматривать в отрыве от знания технологических возможностей Internet. Специфика технологий Internet заключается в том, что они предоставляют громадные возможности выбора источников информации, в числе которых: • базовая информация на серверах сети; • оперативная информация, пересылаемая по электронной почте; • разнообразные базы данных ведущих библиотек, научных и учебных центров, музеев; • информация о гибких дисках, компакт-дисках, видео- и аудиокассетах, книгах и журналах, распространяемых через Internet-магазины. Средства телекоммуникации, включающие электронную почту, глобальную, региональные и локальные сети связи и обмена данными, могут предоставить в целях обучения широчайшие возможности: • оперативную передачу на любые расстояния информацию любого объема и вида; • интерактивность и оперативную обратную связь; • доступ к различным источникам информации; • организацию совместных телекоммуникационных проектов; • запрос информации по любому интересующему вопросу через систему электронных конференций. Гипертекстовая технология Новые возможности информатизации образования открыла в 90-е годы гипертекстовая технология, на возможностях и особенностях которой базируется, по сути, почти вся работа с информационными ресурсами Internet. Гипертекст или гипертекстовая система – это совокупность разнообразной информации, которая может располагаться не только в разных файлах, но и на разных компьютерах. Основная черта гипертекста – это возможность переходов по так называемым гиперссылкам, которые представлены либо в виде специально оформленного текста, либо определенного графического изображения. Одновременно на экране компьютера может быть несколько гиперссылок, и каждая из них определяет маршрут «путешествия». В гипертекстовой системе со стандартными возможностями пользователь выбирает с помощью манипулятора «мышь» одну из видимых гиперссылок и перемещается по сети 12
узлов, содержимое которых отображается на экране компьютера. Наряду с графикой и текстом узлы могут содержать мультимедиа-информацию, включая звук, видео, анимацию. В этом случае для таких систем используется термин гипермедиа. Современную гипертекстовую обучающую систему отличает удобная среда обучения, в которой легко находить нужную информацию, возвращаться к уже пройденному материалу и т.п. При проектировании гипертекстовой системы можно заложить гиперссылки, опираясь на способности человеческого мышления к связыванию информации и соответствующему ассоциативному доступу к ней. На создании гипертекста с помощью специального языка HTML (англ. HyperText Markup Language – гипертекстовый язык разметки) основана технология HTML. Для просмотра гипертекста и поиска информации в начале 90-х годов были разработаны специальные программы, называемые браузерами (англ. browser – средство для просмотра). Браузеры позволяют просматривать гипертекст почти на любом компьютере, независимо от используемой операционной системы (DOS, Windows, UNIX и др.). В последние годы были разработаны и получили определенную популярность различные программные комплексы, расширяющие возможности, предоставляемые технологией HTML и позволяющие привлечь непосредственно педагогов к созданию гипертекстовых учебных средств. Помимо программ из пакета Microsoft Office, позволяющих легко трансформировать разнообразные документы в гипертекстовые, имеются средства, специально предназначенные для учебных целей. Это система HyperCard, позволяющая создавать учебные приложения с использованием средств мультимедиа и легко сохранять в базе данных карты с разнородной (текстовой, графической, звуковой) информацией. В системе SuperBook реализован набор возможностей для структурирования, просмотра и поиска текста, в которых, в отличие от традиционного поиска по ключу или синониму, делается попытка использовать полную структуру текста. Обучающая система, построенная на основе гипертекстовой технологии, может обеспечить лучшую обучаемость не только благодаря наглядности представления информации. Использование динамического, то есть изменяющегося, гипертекста позволяет провести диагностику обучаемого, а затем автоматически выбрать один из возможных уровней изучения одной и той же темы. Гипертекстовые обучающие системы представляют информацию так, что и сам обучаемый, следуя графическим или текстовым ссылкам, может использовать различные схемы работы с материалом. Все это позволяет реализовать дифференцированный подход к обучению. Распространение гипертекстовой технологии в определенной мере послужило своеобразным толчком к созданию и широкому тиражированию на компакт-дисках разнообразных электронных изданий: учебников, справочников, словарей, энциклопедий. Использование в электронных изданиях различных информационных технологий (мультимедиа, гипертекст) дает весомые дидактические преимущества электронной книге по сравнению с традиционной: • в технологии мультимедиа создается обучающая среда с ярким и наглядным представлением информации; • осуществляется интеграция значительных объемов информации на едином носителе; • гипертекстовая технология благодаря применению гиперссылок упрощает навигацию и предоставляет возможность выбора индивидуальной схемы изучения материала; • технология на основе моделирования процесса обучения позволяет дополнить учебник тестами, отслеживать и направлять траекторию изучения материала, осуществляя, таким образом, обратную связь. Web-технология – это одна из Internet-технологий, связанная с обработкой и циркуляцией информации с Web-серверов. В целом Web-технология предлагает 13
определенную концепцию предоставления информационных услуг потребителям. Webтехнологию можно охарактеризовать как концепцию публикации информации. Она отличается следующими особенностями: информация предоставляется потребителю в виде публикаций; публикация может объединять информационные источники различной природы и географического расположения; изменения в информационных источниках мгновенно отражаются в публикациях; в публикациях могут содержаться ссылки на другие публикации без ограничения в местоположении и источниках последних (гипертекстовые ссылки); потребительские качества публикаций соответствуют современным стандартам мультимедиа (доступны текст, графика, звук, видео, анимация). В качестве общеизвестного примера публикации можно привести обычную газету. Вот некоторые особенности газеты как средства передачи новостей: издатель газеты не знает персонально тех, кто будет ее читать; информация обновляется периодически (ежедневно, раз в неделю); все читатели получают одну и ту же информацию; информация предоставляется по запросу читателя (разовому или долговременному); газетная страница содержит разные элементы – текст, фотографии, таблицы, графики; газетные публикации могут содержать ссылки на другие публикации, не обязательно той же газеты; газета имеет «универсальный интерфейс»: чтение газеты не требует других специальных навыков. В то же время применение Web-технологии как средства публикации информации имеет следующие отличительные черты: публикатор не заботится о процессе доставки информации; затраты публикатора не зависят от «тиража» публикации; количество потенциальных потребителей информации практически не ограничено; презентационные качества публикаций соответствуют современным запросам потребителей; публикации отражают текущую информацию, время запаздывания определяется исключительно скоростью подготовки электронного документа; информация, представленная в публикации, легкодоступна благодаря гипертекстовым ссылкам и средствам контекстного поиска; информация легко усваивается потребителем благодаря широкому спектру изобразительных возможностей, предоставляемых Web-технологией; технология не предъявляет особых требований к типам и источникам информации; технология допускает масштабируемые решения: увеличение числа одновременно обслуживаемых потребителей не требует радикальной перестройки системы. Привлекательность Web-технологии как универсального средства доставки информации во многом определяет универсальный и интуитивно понятный интерфейс между человеком и компьютером. Он более универсален в широком понимании, чем оконный интерфейс, например, предоставляемый операционной системой Windows. Среда Windows опирается на метафору рабочего стола, включающую ряд понятий, которые, казалось бы, близки к естественным (окна, кнопки, меню и т.д.). Однако сами по себе они весьма абстрактны и далеки от категорий, которыми оперирует человек в своей повседневной работе с информацией. Действительно, в реальной жизни человек, потребляя информацию, никогда не использует ни окна, ни кнопки, ни меню в их естественном виде. Метафора рабочего стола – хорошая метафора, но метафора книги гораздо естественнее. Уровень универсальности интерфейса браузера как способа доступа к информации гораздо выше, он, по сути, представляет собой максимально унифицированный интерфейс для доступа к самым разнообразным источникам информации. Для того чтобы обратиться к 14
файлу, к таблице базы данных или к результатам работы какого-либо прикладного пакета, используется одна и та же программа с одними и теми же средствами управления. Обучение работе с информацией производится один раз. После этого человек может свободно работать с любой информацией, получаемой через Internet. Для удобства работы с гипертекстом существуют определенные стандарты оформления гиперссылок. С учетом того, что гиперссылки могут быть представлены рисунками, анимациями или фрагментом текста, они снабжены следующими отличиями от обычных графических объектов и текста: текстовая гиперссылка выделяется на экране другим цветом и/или подчеркиванием; когда пользователь указывает на ссылку с помощью мыши, указатель мыши принимает вид руки с поднятым указательным пальцем; при щелчке по гиперссылке, указывающей на документ формата HTML, автоматически запускается браузер и на экране появляется Web-страница, на которую ссылается гиперссылка. При ссылках на документы MS Office запускается соответствующее приложение (Word, Excel и т.д.), в котором открывается документ. При ссылках на файлы других типов (например, архивы) появляется диалоговое окно с предложением открыть файл или сохранить его на диске. Значение Web-технологии как для разработчиков программного обеспечения, так и для обычных пользователей во многом определяется тем, что это прежде всего – интеграционная технология. Обилие типов данных влечет за собой обилие приложений. Множество приложений со своими специфическими интерфейсами и сложными правилами работы создает для людей множество проблем. Эффективного решения данной проблемы можно добиться при выполнении двух условий. Во-первых, данные различных типов, различной природы, поступившие из различных источников, перед поступлением к пользователю интегрируются друг с другом таким образом, что максимально соответствуют информационным запросам человека и представлены в форме, максимально удобной для восприятия. Во-вторых, для доступа к информации человек пользуется единственной программой с универсальным интерфейсом, который позволяет единообразно работать с подготовленной информацией. Web-сервер выступает в качестве информационного концентратора, который получает информацию из разных источников, а потом однородным образом предоставляет ее пользователю. Браузер, снабженный универсальным и естественным интерфейсом, позволяет пользователю легко просматривать информацию независимо от ее природы.
15
ГЛАВА 3. МИРОВЫЕ И РОССИЙСКИЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ
Информационная система вузов России, создаваемая по программе Госкомвуза Рос сии – "Национальная система баз данных и баз знаний высшей школы России". http://www.free.net/IM/main.ru.html Высокотемпературные расплавы Электронный научный журнал. Издается Челябинским государственным техническим университетом и Челябинским научным центром РАН. http://www.tu-chel.ac.ru/magazines/HTM/htm_r.html Десятка крупнейших суперкомпьютерных центров России В данный список включаются вычислительные центры (ВЦ) РФ, работающие в науч но-технической области и имеющие суперкомпьютерные ресурсы. http://www.free.net/science/scc/top10.ru.html Кембриджский банк структурных данных Сервер, обеспечивающий выполнение запросов на поиск данных в банке кристалличе ских структур органических соединений по электронной почте (только для стран СНГ). E-mail:
[email protected] Курьер РАН и высшей школы Электронный ежемесячный журнал. Материалы о жизни научного сообщества России и обширная международная информация (сведения о грантах, вакансиях, зарубежных науч ных организациях). http://www.free.net/courier/ENTRY.ru.html Успехи физических наук FTP архив журнала содержит последние статьи и оглавления данного журнала на ан глийском языке. http://ufn.ioc.ac.ru/ufn.html Успехи химии Журнал (английский язык). http://rcr.ioc.ac.ru/rcr.html Информационный сервер FREEnet http://www.free.net/ENTRY.ru.html Институт синтетических полимерных материалов http://lx.ispm.ac.ru/index.ru.html Институт химической физики в Черноголовке http://www.icp.ac.ru/ Институт экспериментальной минералогии http://www.iem.ac.ru/ Институт теоретической физики им. Л.Д. Ландау http://www.itp.ac.ru/ Корпорация "Университетские сети знаний" http://www.unicor.ac.ru/ENTRY.ru.html Московский институт радиотехники электроники и автоматики http://www.mirea.ac.ru/ Научный центр в Черноголовке http://www.chg.ru/ Пермский государственный технический университет http://www.pstu.ac.ru/ Мировые научные центры: Международный союз материаловедов (IUMRS) www.iumrs.org/ 16
МАГАТЭ www.iaea.org/worldatom/ INTAS europa.eu.int/ CERN www.cern.ch American Welding Society www.amweld.org European Powder Metallurgy Association www.epma.com Российские научные центры: РАН www.ras.ru/ РИНКЦЭ www.extech.msk.su ГНЦ НИИ Атомных реакторов www.niiar.simbirsk.su ГНЦ Физико-энергетический институт www.ippe.rssi.ru/home_rus/ippemain.html Лаборатория поверхностных явлений (ИОФАН) surface.gpi.ru ВНИИНМ им. Бочвара www.bochvar.ru/win1251/vnii1.htm МЦНТИ www.icsti.su Российские предприятия ВПК: Сервер ВПК ts.vpk.ru ВПК Санкт-Петербурга www.bestrussia.com/vpk/index.htm ЦКБ МТ Рубин www.ckb-rubin.ru/main.html
17
ГЛАВА 4. ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА, ПОДКЛЮЧАЕМЫЕ К КОМПЬЮТЕРУ Сканеры бывают ручными, планшетными и барабанными. Ручные сканеры удобны для сканирования текста, например, газет, а также для несложных рисунков больших форма тов. Барабанные сканеры применяются в основном в издательском деле, поскольку они обла дают наибольшим разрешением. Планшетный сканер напоминает обычный ксерокс, и их иногда выполняют совмещенными. Иногда применяются так называемые слайд-сканеры, ко торые могут вводить в компьютер изображения объемных предметов. Их разрешающая способность обычно очень высокая. Модемы – специальные устройства, предназначенные для обмена информацией меж ду компьютерами по телефонной или другой линии. Модем необходим не только для под ключения к сети Internet, но и для внутрикорпоративной связи, для локальных сетей и т.д. Факс-модем – устройство, сочетающее в себе возможности модема и факсимильного аппа рата. Некоторые модемы обладают голосовыми функциями, т.е. могут заменить автоответ чик. Модемы бывают внутренними и внешними. При зависании «перезагрузить» внешний модем гораздо проще: его нужно просто обесточить на секунду-другую, а затем снова вклю чить в сеть. Чтобы перезагрузить внутренний модем, потребуется перезапуск всего компью тера. Сетевой адаптер дает возможность подключать компьютер в локальную сеть. При этом пользователь может получать доступ к данным, находящимся на других компьютерах. Дигитайзер – устройство для «оцифровки» изображений. Позволяет преобразовать изображения в цифровую форму для обработки в компьютере. С помощью дигитайзера мож но по точкам вводить в компьютер графики функций или чертежи с бумажного листа. Это устройство оборудовано прицельным приспособлением (лупа с перекрестием), которое опе ратор наводит на интересующие его точки. Если нажать кнопку на прицеле, координаты точ ки фиксируются. Таким способом можно ввести в компьютер характерные точки чертежа, чтобы по ним потом восстанавливать линии. Используется в системах обработки изображе ний. Графический планшет – устройство для ввода контурных изображений. Использует ся, как правило, в системах автоматического конструирования (САПР) для ввода чертежей в компьютер. По устройству планшет мало отличается от дигитайзера, но координаты его при цельного приспособления – пера – фиксируются не по нажатию кнопки, а автоматически, сотни и тысячи раз в секунду. Это позволяет отслеживать самые замысловатые линии с точностью не хуже, чем у сканера. Новейшие планшеты реагируют и на силу нажатия пера. Можно рисовать линии разной толщины и яркости, как если бы в руках была мягкая кисточ ка. Запоминать можно не россыпь точек, а сразу линии. Упрощаются тяжелейшие задачи – распознавание рукописного текста и проверка подлинности почерка. Видеокамера, подключенная через специальное оборудование, позволяет вводить в компьютер видеоизображение («живое видео»). Эта информация затем может быть исполь зована для организации спецэффектов и постановки трюков в фильмах. Световое перо – устройство, напоминающее обычную ручку, только с проводом. Дан ное устройство по возможностям сходно с мышью, разница лишь в том, что мышью вы води те по столу, а световым пером – по экрану. Внутри светового пера находится специальный элемент – фотодиод, который регистрирует изменение яркости в том месте экрана, куда ука зывает перо. Недостатки светового пера – необходимость все время держать руку на весу, от чего она быстро устает. Другой недостаток состоит в том, что приходится заслонять часть экрана собственной рукой. Поэтому перья в настоящее время почти не используются. 18
Сенсорный экран представляет собой технологию по взаимодействию с программами, в которой инструментом, реализующим функции светового пера, является человеческий па лец. Секрет заключается в мониторе, который выполнен таким образом, что позволяет опре делить присутствие пальца на экране или в непосредственной близости от него. Такой способ взаимодействия имеет ряд недостатков. Разрешающая способность такой технологии невелика из-за размеров пальца, а постоянное прикосновение к экрану способствует его жи ровому загрязнению. Кроме того, так же как и при работе со световым пером, приходится держать руку на весу. Трекпад (сенсорный планшет) – может реагировать не только на специальное перо, но даже на обычный палец. Такой «следящий планшет» неудобен для точных работ. Зато, жерт вуя точностью, его можно сократить до размеров, приемлемых в компьютере. Правда, не столько для рисования, сколько для перемещения указателя. Речевой ввод. Для ввода информации в виде речи в компьютер микрофон выполняет те же самые функции, что и в магнитофоне. Затем специальная электрическая схема (анало гово-цифровой преобразователь) преобразует сигналы, поступающие от микрофона, в сигна лы, пригодные как для обработки компьютером, так и для хранения на магнитных дисках. Устройства распознавания голоса. Системы распознавания голоса относительно про сты, они не преобразуют человеческий голос в текст, а всего лишь его «узнают» (отличают от сказанного другим, не «вникая в смысл»). Чаще всего это используется в качестве пароля для защиты отдельных данных или доступа к компьютеру. Системы преобразования голоса в текст, который можно видеть на экране монитора или хранить в памяти компьютера, на много сложнее и интеллектуальнее, они должны не просто преобразовывать одни сигналы в другие (аналоговые сигналы в цифровые), но и представлять звуковую информацию как в па мяти компьютера, так и на экране монитора в текстовом виде. Такие системы требуют, что бы их предварительно настроили на тембр голоса того человека (нескольких человек), кото рый будет с ними работать. Системы распознавания почерка. В качестве устройств ввода в системах распознава ния почерка может использоваться как сканер, так и графический планшет. Помимо данных устройств в такие системы обязательно включается специальное программное обеспечение, которое позволяет преобразовать почерк в печатный текст. При наличии образцов почерков в памяти компьютера возможно определение анонимного автора письма, записки и т.д., что используется, например, в криминалистике.
19
ГЛАВА 5. ТЕХНОЛОГИИ ОБРАБОТКИ ТЕКСТОВЫХ, ГРАФИЧЕСКИХ И ТАБЛИЧНЫХ ДАННЫХ Самыми распространенными компьютерными технологиями являются редактирова ние текстовых данных, обработка графических и табличных данных. Для работы с текстом используются текстовые процессоры (редакторы). К настоя щему времени разработано много текстовых процессоров. Их развитие идет, с одной сторо ны, по пути расширения функциональных возможностей, с другой – по пути обеспечения удобства работы с ними. Среди текстовых редакторов, разработанных для IBM PC, можно выделить WordPerfect, Лексикон и Microsoft Word. Технология их использования основана на интерфейсе WIMP, но возможности текстовых процессоров типа Word значительно расширены, и в какой-то мере его можно рассматривать как настольную издательскую систе му. Текстовые процессоры обеспечивают следующие функции: набор текста, хранение его на компьютерных носителях, просмотр и печать. В большинстве текстовых процессоров реализованы функции проверки орфографии, выбора шрифтов и кеглей, центровки заголов ков, разбиения текста на страницы, печати в одну или несколько колонок, вставки в текст та блиц и рисунков, использования шаблонов постраничных ссылок, работа с блоками текста, изменения структуры документа. Для быстрого просмотра текста ему может быть присвоен статус черновика, а также изменен масштаб изображения. Перемещение по тексту упрощается за счет использования закладок. С помощью средств форматирования можно создать внешний вид документа, из менить стиль, подчеркнуть, выделить курсивом, изменить размеры символов, выделить абза цы, выровнять их влево, вправо, к центру, выделить их рамкой. Перед печатью документа его можно просмотреть, проверить текст, выбрать размер бумаги, задать число копий при печати. Повторяющиеся участки текста, например, обраще ние в письме или заключительные слова, можно обозначить как автотекст, присвоить имя. В дальнейшем вместо данного текста достаточно указать его имя, а текстовый процессор авто матически заменит его. Выбор того или иного текстового процессора осуществляется исходя из характера тех документов, которые он готовит. Следует учитывать, что предоставление пользователю мак симума возможностей по обработке текста увеличивает объем программы и усложняет рабо ту с ней. Для работы текстового процессора требуются определенные аппаратные средства (тип персонального компьютера, объем оперативной памяти, внешние устройства). Таким образом, текстовый редактор выбирают из числа программ, разработанных для определенно го типа персональных компьютеров и операционных систем, с учетом интересов пользовате ля. Потребность ввода графиков, диаграмм, схем, рисунков в текст или документ вызвала необходимость создания графических процессоров. Графические процессоры представляют собой программные средства, позволяющие создавать и модифицировать графические обра зы с использованием соответствующих информационных технологий: • коммерческой графики; • иллюстративной графики; • научной графики. Информационные технологии коммерческой графики обеспечивают отображение ин формации, хранящейся в электронных таблицах, базах данных и отдельных локальных файлах в виде двух- или трехмерных графиков типа круговой диаграммы, столбиковой ги стограммы, линейных графиков и др. Информационные технологии иллюстративной графики позволяют создавать иллю страции для различных текстовых документов в виде регулярных – различные геометриче 20
ские фигуры (так называемая векторная графика) – и нерегулярных структур – рисунки пользователя (растровая графика). Графические процессоры, реализующие информацион ные технологии иллюстративной растровой графики, позволяют выбрать толщину и цвет ли ний, палитру заливки, шрифт для записи и наложения текста, созданные ранее графические образы. Кроме того, пользователь может стереть, разрезать рисунок и переместить его части. Эти средства реализованы в программе Paint Brush. Существуют информационные техноло гии, позволяющие просматривать изображения в режиме слайдов, спецэффектов и оживлять их (Corel Draw, Storyboard, 3d Studio). Информационные технологии научной графики предназначены для обслуживания за дач картографии, оформления научных расчетов, содержащих химические, математические и прочие формулы. Большинство графических процессоров удовлетворяют стандарту пользо вательского интерфейса WIMP. Панель содержит меню действий и линейки инструментов и цветов. Линейка инструментов состоит из набора графических символов, требующихся для построения практически любого рисунка. Линейка цветов содержит цветовую гамму монито ра компьютера. Документы табличного вида составляют большую часть документооборота предприя тия любого типа. Поэтому табличные информационные технологии особо важны при созда нии и эксплуатации экономических информационных систем. Комплекс программных средств, реализующих создание, регистрацию, хранение, редактирование, обработку элек тронных таблиц и выдачу их на печать, принято называть табличным процессором. Элек тронная таблица представляет собой двухмерный массив строк и столбцов, размещенный в памяти компьютера. Широкое распространение получили такие табличные процессоры, как и Excel, Quat tro Pro, Lotus 1-2-3, технология работы с которыми аналогична работе с любым приложением Windows интерфейса WIMP. Табличный процессор позволяет решать большинство финансовых и административ ных задач, например, таких, как расчет заработной платы и другие учетные задачи; прогно зирование продаж, роста рынка, доходов; анализ процентных ставок и налогов; бюджетные и статистические расчеты. Большинство электронных таблиц имеют средства создания графиков и диаграмм, средства их редактирования и включения в нужное место листа. Кроме того, в них имеется большое число встроенных функций – математических, статистических и других. Это суще ственно облегчает процесс вычислений и расширяет диапазон применений. Сервисные функ ции табличного процессора позволяют проверить орфографию текста, защитить данные от чтения или записи. В табличных процессорах есть средство создания макросов.
21
ГЛАВА 6. ГИПЕРТЕКСТОВАЯ И МУЛЬТИМЕДИЙНАЯ ТЕХНОЛОГИИ В 1945 г. В. Буш, научный советник президента Г. Трумэна, проанализировав способы представления информации в виде отчетов, докладов, проектов, графиков, планов и увидев неэффективность такого представления, предложил способ размещения информации по принципу ассоциативного мышления. На базе этого принципа была разработана модель ги потетической машины МЕМЕКС. Через 20 лет Т. Нельсон реализовал этот принцип на ЭВМ и назвал его гипертекстом. Обычно любой текст представляется как одна длинная строка символов, которая чита ется в одном направлении. Гипертекстовая технология заключается в иерархической структуре представления текста. В отдельных точках такого ветвящегося многомерного тек ста чтение можно продолжать в нескольких различных направлениях в зависимости от ин формационных потребностей. Материал текста делится на фрагменты. Каждый видимый на экране ЭВМ фрагмент, дополненный многочисленными связями с другими фрагментами, позволяет уточнить информацию об изучаемом объекте и двигаться в одном или нескольких направлениях по выбранной связи. Гипертекст обладает нелинейной сетевой формой организации материала, разделен ного на фрагменты, для каждого из которых указан переход к другим фрагментам по опреде ленным типам связей. При установлении связей можно опираться на разные основания (клю чи), но в любом случае речь идет о смысловой, семантической близости связываемых фраг ментов. Следуя указанным связям, можно читать или осваивать материал в любом порядке, а не в единственном. Текст теряет свою замкнутость, становится принципиально открытым, в него можно вставлять новые фрагменты, указывая для них связи с имеющимися. Структура текста не разрушается, и вообще у гипертекста нет заданной структуры. Таким образом, гипертекст – это новая технология представления неструктурирован ного свободно наращиваемого знания. Этим он отличается от других моделей представления информации. Под гипертекстом понимают систему информационных объектов (статей), объединен ных между собой направленными связями, образующими сеть. Каждый объект связывается с информационной панелью экрана, на которой пользователь может ассоциативно выбирать одну из связей. Объекты могут быть текстовыми, графическими, музыкальными, с использованием средств мультипликации, аудио- и видеотехники. Обработка гипертекста открыла новые возможности освоения информации, каче ственно отличающиеся от традиционных. Вместо поиска информации по соответствующему поисковому ключу гипертекстовая технология предполагает перемещение от одних объектов информации к другим с учетом их смысловой, семантической связанности. Обработке ин формации по правилам формального вывода в гипертекстовой технологии соответствует за поминание пути перемещения по гипертекстовой сети. Удобство использования гипертекстовой технологии состоит в том, что пользователь сам определяет подход к изучению или созданию материала с учетом своих индивидуальных способностей, знаний, уровня квалификации и подготовки. Гипертекст содержит не только информацию, но и аппарат ее эффективного поиска. Структурно гипертекст состоит из информационных статей, тезауруса гипертекста, списка главных тем и алфавитного словаря. Основным компонентом гипертекста является информационная статья, состоящая из заголовка, в котором обозначена ее тема, текста и списка ссылок на родственные статьи. За головок содержит тему или наименование описываемого объекта. Информационная статья содержит традиционные определения и понятия, должна быть легко обозримой, чтобы поль 22
зователь мог понять, стоит ли ее внимательно читать или перейти к другим, близким по смыслу статьям. Текст, включаемый в информационную статью, может сопровождаться пояснениями, примерами, документами, объектами реального мира. Беглый просмотр текста статьи упро щается, если эта вспомогательная информация визуально отличается от основной, например, подсвечена или выделена другим шрифтом. Тезаурус гипертекста – это автоматизированный словарь, предназначенный для поис ка слов по их смысловому содержанию. Термин «тезаурус» был введен в XIII в. флорентий цем Б. Лотики для названия энциклопедии. С латыни это слово переводится как сокровище, запас, богатство. Список главных тем содержит заголовки всех справочных статей, для которых нет ссылок типа: род – вид, часть – целое. Желательно, чтобы список занимал не более одной па нели экрана. Алфавитный словарь включает в себя перечень наименований всех информационных статей в алфавитном порядке. Гипертексты, составленные вручную, используются давно. Это справочники, энцик лопедии, а также словари, снабженные развитой системой ссылок. Область применения ги пертекстовых технологий очень широка: издательская деятельность, библиотечная работа, обучающие системы, разработка документации, законов, справочных руководств, баз дан ных, баз знаний и т.д. В большинстве современных программных продуктов вся помощь (help) основана на использовании гипертекстовой технологии на базе меню. В офисных приложениях фирмы Microsoft существует возможность создания и редак тирования гипертекстовых документов на языке HyperText Markup Language (HTML). Мультимедиа – интерактивная технология, обеспечивающая работу с неподвижными изображениями, видеоизображением, анимацией, текстом и звуковым рядом. Одним из пер вых инструментальных средств создания технологии мультимедиа явилась гипертекстовая технология, которая обеспечивает работу с текстовой информацией, изображением, звуком, речью. Появлению систем мультимедиа способствовал технический прогресс: возросла опе ративная и внешняя память ЭВМ, появились широкие графические возможности ЭВМ, по высилось качество видеотехники, возникли лазерные компакт-диски и др. Для реализации технологии мультимедиа были разработаны звуковые платы (Sound Bluster), платы мультимедиа, которые аппаратно реализуют алгоритм перевода аналогового сигнала, применяемого в теле-, видео- и аудиоаппаратуре, в дискретный, используемый в компьютере. К компакт-дискам было подсоединено постоянное запоминающее устройство. Современные операционные системы поддерживают технологию мультимедиа. Опе рационная система Windows включает средства поддержки мультимедиа, что позволяет вос производить оцифрованные видео, аудио, анимационную графику, подключать различные музыкальные синтезаторы и инструменты. Файлы с мультимедийной информацией хранятся на CD-ROM, жестком диске или на сетевом сервере. Оцифрованное видео обычно хранится в файлах с расширением .AVI, аудиоинформация – в файлах с расширением .WAV, аудио в форме интерфейса MIDI – с расширением .MID. Для их поддержки разработана файловая подсистема, обеспечивающая передачу информации с CD-ROM с оптимальной скоростью, что существенно при воспроизведении аудио- и видеоинформации. Появление систем мультимедиа произвело революцию в образовании, компьютерном тренинге, бизнесе и других сферах профессиональной деятельности. Созданы предпосылки для удовлетворения соответствующих растущих потребностей общества. Появилась возмож ность динамически отслеживать индивидуальные запросы мирового рынка, что отражается в тенденции перехода к мелкосерийному производству. Феномен мультимедиа демократизиру ет научное, художественное и производственное творчество. 23
Самое широкое применение технология мультимедиа получила в сфере образования. Созданы видеоэнциклопедии по многим школьным предметам, музеям, городам, маршрутам путешествий. Их число продолжает расти. Созданы игровые ситуационные тренажеры, что сокращает время обучения. Тем самым игровой процесс сливается с обучением. Создается также диалоговое кино, где потребитель может управлять ходом зрелища с клавиатуры дис плея или посредством реплик, если к компьютеру подключена плата распознавания речи. Технология мультимедиа создает предпосылки для развития «домашней индустрии», приво дящие к сокращению производственных площадей, увеличивает производительность труда. Особые перспективы открывает технология мультимедиа для дистанционного обучения. Технология мультимедиа дает возможность объединить на экране видеоизображение, текст, рисунки, анимацию и одновременно использовать звуковое изображение.
24
ГЛАВА 7. ПРЕЗЕНТАЦИОННАЯ ПРОГРАММА POWERPOINT Пакет PowerPoint, разработанный фирмой Microsoft для работы в среде Windows, представляет собой графический пакет подготовки презентаций и слайд–фильмов. Про граммный комплекс PowerPoint превращает введенную текстовую и числовую информацию в профессионально выполненные слайды, наполненные диаграммами, таблицами, графиче скими иллюстрациями и пригодные для плодотворной работы с аудиторией. Презентация – это набор слайдов и спецэффектов, сопровождающих их показ на экране, раздаточный материал, а также конспект и план доклада, хранящиеся в одном файле, созданном с помощью PowerPoint. Этот файл также называется презентацией. Слайд – это отдельный кадр презентации, который может включать в себя заголовок, текст, графику, диаграммы и т.д. Созданные средствами PowerPoint слайды можно распеча тать на черно-белом или цветном принтере либо с помощью специальных агентств изгото вить 35-миллиметровые слайды на фотопленке. Раздаточный материал. В качестве раздаточного материала служат распечатанные в компактном виде слайды презентации: два, четыре или шесть слайдов на одной странице. Конспект доклада. В процессе работы над презентацией в PowerPoint можно полу чить конспект доклада, при печати которого на каждой странице будет выведено уменьшен ное изображение слайда и текст, поясняющий его содержание. Структура презентации представляет собой документ, содержащий только заголовки слайдов, а также основной текст без графических изображений и специального оформления. Программа весьма удобна, интуитивно понятна для пользователя и помогает ему на всех этапах подготовки презентации, подсказывая порядок действий (рис. 5) или прямо руко водя процессом создания слайдов (рис. 6). Презентационная программа PowerPoint запраши вает всю необходимую текстовую и числовую информацию, а также предоставляет широкий выбор готовых вариантов дизайна. В результате получается последовательность высококаче ственных графических образов.
Рис. 5. Выбор вида слайда
25
Рис. 6. Создание слайда После завершения работы над презентацией можно напечатать слайды на бумаге для раздачи, добавить к каждому слайду заметки докладчика, а также подготовить диапозитивы для демонстрации их на экране с помощью эпидиаскопа или проекционного аппарата типа «Overhead». Презентацию можно также зарегистрировать в виде впечатляющих, ярких 35миллиметровых фотографических слайдов. Можно сохранить результаты работы в файле, добавить специальные эффекты и вывести презентацию на экран компьютера или с помо щью компьютерного проектора – на большой аудиторный экран. Такого рода электронные презентации стали очень популярными, поэтому использование возможностей PowerPoint в этой области позволяет демонстрировать хороший стиль работы. Для создания высокопрофессиональных видеоматериалов с помощью PowerPoint необязательно быть художником. Поставляемые в комплекте с программой шаблоны дизай на обеспечивают высокое качество результата, а использование всех возможностей Power Point не требует глубоких знаний принципов работы компьютера. Подсказки программы обеспечивают выполнение всех необходимых шагов в нужной последовательности, и когда перед пользователем возникает некоторая проблема выбора, одна из встроенных программ – Мастеров (Wizards) – позволяет принять верные предварительные решения. Специальные средства PowerPoint существенно упрощают работу по созданию пре зентации, независимо от того, какими свойствами эта презентация должна обладать. Такие средства PowerPoint, как Мастер автосодержания (Autocontent Wizard) и шабло ны, не только позволяют создать конкретную презентацию в минимальный срок, но и разра ботать проект стандартной презентации на будущее. Необходимо выбрать тему и дизайн, а затем наблюдать, как PowerPoint самостоятельно генерирует содержательную последова тельность привлекательных, высокопрофессиональных слайдов. С помощью PowerPoint можно обратиться к таким приложениям Microsoft Office, как Graph, Organization Chart, Word или Excel, которые позволяют прямо в окне PowerPoint со здать тщательно оформленные видеоматериалы, наиболее доступно представляющие число вую и текстовую информацию, изобразить в деталях структуру некоторой организации и провести сравнительный анализ используемых идей. Используя слайды, сопровождаемые демонстрацией «оживших» графиков и диа грамм, звуковыми сигналами, музыкой и встроенными видеокадрами, PowerPoint может со 26
здать впечатляющий слайд-фильм с очень сложным видеорядом. Этот фильм можно даже сделать интерактивным, и тогда оператор получает возможность принимать решения в ходе демонстрации и при необходимости углубляться в рассмотрение какой-либо темы или выво дить на экран некоторую скрытую информацию для обоснования отдельного положения или ответа на вопросы аудитории. Наборы легко модифицируемых образцов слайдов и цветовых схем являются частью богатого арсенала PowerPoint. Отредактировав образец, можно поместить эмблему на фоне каждого слайда или выбрать специальную цветовую гамму. Программа PowerPoint легко интегрирует текст, графики, числовые данные и диаграм мы, созданные другими компонентами Microsoft Office (например, Microsoft Word или Mi crosoft Excel), в данную презентацию. С помощью встроенного механизма объектного связы вания и внедрения (OLE) можно редактировать импортированный объект, не выходя из Pow erPoint. Такое средство PowerPoint, как Мастер упаковки (Pack and Go Wizard), позволяет сохранить презентацию на дискетах. С помощью Конференции (Presentation Conference) можно провести презентацию в локальной сети. Записная книжка (Meeting Minder) и Хроно метр (Slide Meter) позволяют делать заметки по ходу презентации, читать свои записи и осу ществлять контроль времени, в то время как PowerPoint демонстрирует слайды аудитории.
27
ГЛАВА 8. ЭКСПЕРТНЫЕ СИСТЕМЫ Характеристика и назначение экспертных систем Под экспертной системой (ЭС) понимается система, объединяющая возможности компьютера со знаниями и опытом эксперта в такой форме, что система может предло жить разумный совет или осуществить разумное решение поставленной задачи. Дополни тельной характеристикой такой системы, которая многими рассматривается как основная, является способность системы пояснять по требованию ход своих рассуждений в понятной для спрашивающего форме. Экспертные системы призваны оказывать помощь специалистам, когда им не хватает для самостоятельного решения возникающих проблем собственных знаний и опыта. Главная идея использования экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость. Особенности экспертных систем заключаются в следующем: • технология ЭС зачастую предлагает пользователю принять решение, превосходя щее его возможности; • ЭС способны пояснять свои рассуждения в процессе получения решения. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само ре шение; • ЭС используют новый компонент информационной технологии – знания. Основными компонентами информационной технологии, используемой в ЭС, являют ся: интерфейс пользователя, база знаний, интерпретатор, модуль создания системы (рис. 7). Интерфейс пользователя – комплекс программ, реализующих диалог пользователя с ЭС как на стадии ввода информации, так и на стадии получения результатов. Технология ЭС предусматривает возможность получать в качестве выходной инфор мации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают объяснения: • выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от ЭС объяснения своих действий; • полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждений, ведущих к решению задачи. Пользовательский интерфейс экспертных систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога. Основу ЭС составляет база знаний, хранящая множество знаний и набор правил, по лученных от экспертов и из специальной литературы. Она содержит факты, описывающие проблемную область, а также логическую взаимосвязь этих фактов. Центральное место в базе знаний принадлежит правилам. Правило определяет, что следует делать в данной конкретной ситуации, и состоит из двух частей: условие, которое может выполняться или нет, и действие, которое следует произвести, если условие выполняется. Интерпретатор – часть экспертной системы, производящая в определенном порядке обработку знаний (мышление), находящихся в базе знаний. Технология работы интерпрета тора сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за прави лом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное дей ствие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы. Кроме того, во многих экспертных системах вводятся дополнительные блоки: база данных, блок расчета, блок ввода и корректировки данных. Блок расчета необходим в ситуа циях, связанных с принятием управленческих решений. В базе данных содержатся плановые, 28
физические, расчетные, отчетные и другие постоянные или оперативные показатели. Блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных. Пользователь
Экспертная система
Интерфейс пользователя
Интерпретатор
База знаний
Проблемная область
Модуль создания системы инструкции и информация Эксперт и специалист по знаниям
решение и объяснения знания
Рис. 7. Основные компоненты информационной технологии экспертных систем Модуль создания системы служит для создания набора (иерархии) правил. Существу ют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: исполь зование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем. Оболочка экспертных систем представляет собой готовую программную среду, кото рая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответ ствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием. Разработка экспертной системы начинается: • с определения проблемной области и задачи; • нахождения эксперта, желающего сотрудничать при решении проблемы; • определения предварительного подхода к решению проблемы; • анализа расходов и прибыли от разработки; • подготовки подробного плана разработки. Правильный выбор проблемы представляет самую критическую часть разработки в целом. Если выбрать неподходящую проблему, можно начать проектировать задачи, которые никто не знает, как решать. Неподходящая проблема может привести к созданию системы, 29
которая стоит намного больше, чем экономит, или которая работает, но неприемлема для пользователя. Необходимость разработки и внедрения экспертных систем определяется следующи ми фактами: • нехваткой специалистов; • потребностью в многочисленном коллективе специалистов, поскольку ни один из них не обладает достаточным знанием; • сниженной производительностью, поскольку задача требует полного анализа сложного набора условий, а обычный специалист не в состоянии просмотреть (за отведенное время) все эти условия; • большим расхождением между решениями самых хороших и самых плохих испол нителей; • наличием конкурентов, имеющих преимущество в том, что они лучше справляют ся с поставленной задачей. Обычно ЭС разрабатываются путем получения специфических знаний от эксперта и ввода их в систему. В коллектив разработчиков ЭС входят как минимум четыре человека: • эксперт – ведущий специалист в какой-либо области деятельности, обладающий уникальными знаниями; • инженер по знаниям – специалист по искусственному интеллекту, выступающий в роли буфера между экспертом и базой знаний; • программист – специалист в области разработки программного обеспечения; • пользователь – специалист предметной области, для которого предназначена си стема. Обычно его квалификация недостаточно высока, и поэтому он нуждается в помощи и поддержке своей деятельности со стороны ЭС. Возглавляет коллектив инженер по знаниям, это ключевая фигура при разработке систем, основанных на знаниях. В процессе разработки системы инженер по знаниям и эксперт обычно работают вме сте. Инженер по знаниям помогает эксперту структурировать знания, определять и формали зовать понятия и правила, необходимые для решения проблемы. Программную реализацию задачи осуществляет программист. Прибыль от разработки ЭС возможна за счет снижения цены продукции, повышения производительности труда, расширения номенклатуры продукции и услуг или даже разра ботки новых видов продукции и услуг в этой области. Выделяют семь основных классов задач, для решения которых создаются экспертные системы. Интерпретация данных, т.е. анализ поступающих в систему данных с целью иденти фикации ситуации в предметной области. Например, обнаружение и идентификация различ ных типов океанских судов; определение основных свойств личности по результатам психо лого-диагностического тестирования. Диагностика, т.е. идентификация критических ситуаций в предметной области на основе интерпретации данных. Под диагностикой обычно понимается обнаружение неис правности в некоторой системе. Например, диагностика ошибок в аппаратуре и математиче ском обеспечении ЭВМ. Мониторинг, т.е. слежение за ходом событий в предметной области с целью опреде ления момента возникновения критических ситуаций на основе непрерывной интерпретации данных. Например, контроль аварийных датчиков на химическом заводе. Проектирование, т.е. разработка объектов, удовлетворяющих определенным требо ваниям. Например, синтез электрических цепей.
30
Прогнозирование, т.е. предсказание возникновения в предметной области тех или иных ситуаций в будущем на основе моделей прошлого и настоящего с вероятностными мо делями. Например, прогнозы в экономике. Планирование, т.е. создание программы действий, выполнение которых позволяет достичь поставленной цели. Например, планирование эксперимента. Обучение, т.е. диагностика ошибок при изучении какой-либо дисциплины и подсказка правильных решений. Например, система обучения иностранному языку. По своему назначению ЭС можно условно разделить на консультационные или ин формационные, исследовательские и управляющие. Консультационные ЭС предназначены для получения пользователем квалифицированных советов; исследовательские ЭС призваны помогать пользователю квалифицированно решать научные задачи; управляющие ЭС служат для автоматизации управления процессами в реальном масштабе времени.
31
ГЛАВА 9. СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОГО ПЕРЕВОДА Системы электронного перевода – это инструмент, предоставляющий широкие воз можности по переводу текста. Воспользовавшись им, можно перевести документ, отредакти ровать его, а затем попросить квалифицированного переводчика проверить конечный доку мент. Наибольшее распространение среди систем электронного перевода получили Stylus и Socrat. Программа Stylus является системой электронного перевода, обеспечивающей пере вод с ряда европейских языков на русский и обратно. В настоящее время в зависимости от комплектации система позволяет работать с текстами на английском, немецком, француз ском языках. Stylus представляет собой интегрированную среду, где возможно: • осуществлять перевод; • выполнять редактирование оригинала и перевода; • работать со словарями для нескольких языковых направлений. Перевод текстов осуществляется с учетом морфологических, синтаксических и семан тических связей. Пользователю предоставляются широкие возможности по настройке на перевод конкретного текста. С этой целью можно подключать специализированные предмет ные словари, а также создавать собственные пользовательские словари. В состав словарей могут входить не только слова, но и словосочетания, что позволяет повысить качество пере вода. Для ввода исходных текстов в Stylus предоставляется широкий диапазон средств: • ввод документов непосредственно в процессе работы со Stylus; • перевод существующих документов, подготовленных при помощи текстовых редакторов (например, MS Word); • перевод документов, поступающих по электронной почте; • ввод текстов с помощью сканера. Существует возможность встроить средства перевода непосредственно в MS Word и MS Excel. В эти приложения Microsoft Office встраиваются специальное меню и панель инструментов для перевода документов, в результате чего пользователь получает полный контроль над процессом перевода (включая возможность подключения и редактирования словарей). Кроме того, Stylus помещает на панель задач пиктограмму Stylus Launcher, с по мощью которой в любой момент можно перевести текст, находящийся в буфере обмена. Система перевода текстов немыслима без электронных словарей. С помощью слова рей достигается настройка системы на перевод текстов конкретной тематики. В Stylus преду смотрены словари трех типов: генеральные, специализированные и пользовательские. Слова ри содержат переводы слов и словосочетаний, а также грамматическую информацию для по лучения связного перевода текстов. Именно таким построением достигается высокое каче ство перевода текстов Stylus. При работе в Stylus существует возможность: • подключить к системе нужные словари и отключить ненужные; • изменить приоритет словарей; • открыть для просмотра пользовательские и специализированные словари; • создавать собственные пользовательские словари, в которые могут быть помеще ны как новые слова и словосочетания, так и информация из других словарей; • дополнять и редактировать пользовательские словари. Генеральные словари входят в комплект поставки Stylus, причем каждое направление перевода имеет собственный генеральный словарь. Количество генеральных словарей в си стеме определяется тем, сколько направлений перевода она поддерживает. Генеральные сло 32
вари содержат общеупотребительные слова и словосочетания (порядка 110 000 слов и слово сочетаний) и всегда используются при переводе. Словари этого типа закрыты для пользователя, то есть пользователь не сможет про смотреть, дополнить и отредактировать содержимое генерального словаря. Однако можно воспользоваться словарной статьей генерального словаря в качестве исходной для собствен ного пользовательского словаря. Специализированные словари предназначены для перевода текстов по конкретной те матике. Помимо расширения словарного запаса специализированные словари содержат об ширную информацию о структуре предложений, характерную для конкретной тематики. Все вместе это повышает качество перевода текстов. Stylus позволяет просматривать содержимое специализированных словарей. Также можно использовать словарные статьи этих словарей для построения собственных пользовательских словарей. Однако специализированные сло вари не могут быть дополнены или изменены. При работе в конкретной области пользователь может создавать собственные пользо вательские словари, наиболее точно настроенные на конкретную тематику. Пользователь ские словари можно пополнять и редактировать, что предоставляет широкие возможности по настройке словаря в соответствии с собственными требованиями. При работе с пользовательским словарем Stylus предоставляет возможность: • просмотреть его содержимое; • скопировать словарную статью из специализированного, генерального или друго го пользовательского словаря; • изменить существующую словарную статью; • удалить словарную статью; • ввести дополнительную информацию о словаре (название, права копирования, па роль защиты и комментарий).
33
ГЛАВА 10. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ Рост мощности компьютеров, возможностей программных средств и объема баз дан ных привел к увеличению роли информационных технологий в прикладных науках, разра ботках и производстве. Традиционная сфера применения компьютеров в материаловедении – обработка экс периментальных данных. Микропроцессорные средства позволили создавать методы исследования, которые считались недоступными из-за объема и трудоемкости «ручных» измерений и последующей подготовки данных для компьютера. Цифровые видеокамеры и фотоаппараты, высокоско ростные аналого-цифровые преобразователи (АЦП) для микроскопов позволяют вводить и обрабатывать большие объемы визуальной информации о микро- и макроструктурах, изло мах, в том числе в режиме реального времени. Для анализа изображений структур предназначен пакет программ Image Expert Pro. В нем объединены набор методов очистки от дефектов в автоматическом режиме, ряд стан дартных методов обработки изображений и ряд оригинальных процедур: анализ анизотропии вдоль выбранного направления, определение направления наибольшей анизотропии и харак теристик скоплений объектов (кластеров). Этот пакет программ также используют для полу чения изображений и анализа трехмерных поверхностей. Для прямых измерений третьей координаты (высоты) используются методы автоматической реконструкции изломов как по стереопарам изображений, получаемых на световом и сканирующем электронном микроско пе, так и иными «быстрыми» средствами. Другая традиционная область применения компьютерных технологий в материалове дении – математическое моделирование. В информационных технологиях заложен наи больший резерв повышения качества в металлургическом производстве. Так, например, при разработке пакета САПР термической обработки для термических цехов многономенклатур ного массового производства использован с учетом опыта в мелкосерийном производстве подход в виде «таблиц решений». В функции технолога входит ввод с чертежа данных о мар ке стали, размерах детали, требуемых свойствах и качестве поверхности. После этого компьютер делает выбор допустимых вариантов по наличному оборудованию цеха, сопо ставляет их по загрузке агрегатов, необходимым переналадкам, себестоимости и предлагает на утверждение технологу технологическую карту. При согласии карта распечатывается и вводится в АСУП цеха. Развитые программные средства среды, обширные базы данных по свойствам отече ственных и зарубежных материалов, возможность получения информации через Internet зна чительно изменили практику использования компьютера. В настоящее время специалистпользователь должен уметь не программировать, а использовать для своих целей готовые па кеты программных средств. Стандартные пакеты Excel и Origin позволяют, не прибегая к программированию, ре шить практически любую задачу статистической обработки данных с построением итоговых таблиц и графиков. Из числа универсальных средств для инженерных и научных расчетов наиболее свободен от программирования MathCAD, где все практически сведено к составле нию алгоритма – последовательного набора формул – и имеется большой набор функций и операторов, реализующих стандартные математические процедуры. В задачах математического моделирования его дополняет, например, пакет программ метода конечных элементов Elcut, позволяющий рассчитывать упругие и статические тепло вые поля, задав только граничные условия и внутренние источники. Из средств технического перевода с использованием транслятора популярен Stylus. 34
Информационное обеспечение прикладных наук, в том числе и материаловедения, представленное автоматизированными информационно-поисковыми и аналитическими си стемами, включает в себя базы данных, базы знаний, пакеты прикладных программ, расчет но-логические комплексы. Базы данных в прикладных науках получили развитие в 80-е годы XX века. Это достаточно сложные программные продукты. Базы данных в соответствии с ба зами знаний и пакетами прикладных программ входят в состав экспертных систем и являют ся первым уровнем их разработки. Информационные продукты по уровню сложности решаемых задач подразделяют: •на библиографические базы данных, в которых документом являются данные о пуб ликации (статье, монографии, справочном пособии, патенте); •фактографические базы данных, включающие сведения о физико-химических, меха нических, кристаллографических свойствах материалов и предназначенные для по иска и выбора информации о свойствах веществ; •фактографические базы данных, включающие сведения о свойствах материалов, и программы, предназначенные для автоматизированной обработки информационных массивов в рамках известных физико-химических моделей (термодинамический ана лиз, расчет оптимальных технологических режимов для некоторых процессов и т.д.); •системы, включающие базы данных, основанные на принципах искусственного ин теллекта и базах знаний, предназначенные для прогнозирования новых веществ с за данными свойствами, выбора веществ, для использования в качестве функциональных материалов или участия в технологических процессах, разработки оптимальных тех нологий получения материалов. К их числу относятся интеллектуальные информаци онно-поисковые системы вопросно-ответного типа; интеллектуальные пакеты при кладных программ с автоматическим программированием и построением математиче ских моделей; экспертные системы, основанные на создании базы высококачествен ных знаний в узкой предметной области. Примеры наиболее типичных библиографических баз данных (БД). БД ВИНИТИ представляет собой машиночитаемый аналог сводных томов рефератив ных журналов (РЖ) и содержит информацию о монографиях, статьях из журналов, сборни ков, материалах конференций и симпозиумов, депонированных рукописях и патентах, отра жаемых в указанных РЖ. MATBUS – БД содержит технико-коммерческую информацию о применении чугуна, стали, цветных металлов, керамики, полимеров, композитов. Создатель БД – Materials Infor mation USA. Источниками информации служат научные и коммерческие журналы, газеты, труды конференций, рекламные объявления, отчеты и информационные листки. БД IFURAT включает патентные документы США по химии, металлургии, материа ловедению с 1950 года, на промышленные образцы – с 1980 года. Разработчики – Междуна родная федерация по информатике IFI и фирма Plenum Data Corporation. Источником инфор мации является официальный бюллетень патентного ведомства США. Базы данных EMA (Materials information, USA) и CERAB (American Ceramic Society, USA) охватывают коммерческую и научно-техническую литературу по керамическим и композиционным материалам. AAASD (Алюминиевая ассоциация США) включает данные по стандартам на алюминиевые сплавы и их характеристики. БД TRIBO (German Federal In stitute for Materials Research and Testing, German) содержит данные по трибологии, примене нию смазок и фрикционному износу материалов. К информационным системам относится фактографическая информационно-поиско вая система (ФИПС) по керамическим материалам, созданная Институтом порошковой ме таллургии (ИПМ) Украинской академии наук (УАН). В основу этой системы положена реля ционная модель, по выполняемым функциям ФИПС является аналогом справочника. В рамках международного сотрудничества функционируют фактографические БД, включающие описание свойств (термодинамических, технических, физико-химических, кри 35
сталлографических) веществ и материалов и физико-химических процессов. По данным Н.Н. Киселевой [10], примерно 30% таких баз данных включает информационные массивы, опи сывающие термодинамические свойства веществ, к этому отношению приближается число БД по техническим свойствам, несколько меньше ~ 20 % – по химическим и физико-химиче ским свойствам, примерно до 15 % относится к описанию физических (электрических, маг нитных, оптических) характеристик, около 10 % – других свойств. ASMDATA – одна из крупнейших БД, созданных Американским обществом материа ловедов (ASM Information, USA), содержит сведения о свойствах групп технических матери алов, металлов, композитов, пластмасс, а также числовые данные о свойствах коммерческих марок чистого алюминия, меди, магния, титана. БД MDF (Materials Information, USA) содержит числовую информацию о свойствах почти всех черных и цветных металлов. БД COPPERDATA (Copper Development Association) представляет собой справочник по физико-механическим свойствам почти 100 литых и более 160 обработанных давлением медных сплавов, выпускаемых в США, включает числовые данные по механическим, элек трическим, термическим и другим физическим свойствам. БД NISTCRAM (National Institute of Standards and Technology, Gas Research Institute, USA) включает данные по термическим и механическим свойствам большого числа конструкционных материалов, описания составов и микроструктуры. БД THERDAS включает термохимические данные индивидуальных веществ и разбав ленных бинарных металлических растворов. Пакеты прикладных программ обеспечивают расчет термодинамических функций для веществ и реакций, построение фазовых диаграмм двойных и тройных систем. БД MIDATA ориентирована на металлургию, в частности, на материалы для получе ния керамики. Прикладные программы системы позволяют проводить расчет оптимальных технологических режимов металлургических процессов получения металлов и их сплавов; расчет коррозионной стойкости материалов в агрессивных средах. База включает численные данные о 200 соединениях. Полнота данных обеспечивает расчеты всех свойств в области высоких температур, характерных для металлургических процессов. Компьютерные базы данных рентгеновских спектров позволяют сравнивать экспери ментально снятые спектры со спектрами из базы данных и таким образом определять фазо вый состав неизвестных материалов. Одной из таких баз данных является база данных Unor gan, составленная в Comphys laboratory в Санкт-Петербурге. База данных содержит информа цию примерно о 29 тысячах химических соединений и постоянно пополняется новыми дан ными. База данных оснащена также пакетом прикладных программ для работы с ней. Дан ные о спектрах содержатся в базе данных в виде штрих-кодов, то есть даны значения меж плоскостных расстояний и относительная амплитуда рефлексов, выраженная в процентах. База кристаллографических данных, предназначенная для идентификации соединений (Центр кристаллографических данных – NBS Cristal Data Center, USA), содержит сведения об органических и неорганических соединениях, исследованных методами порошковой и моно кристаллической рентгеновских съемок. Описание структуры включает параметры решетки, пространственную группу симметрии, плотность, структурный тип, число формульных еди ниц, трансформационную матрицу. Массив данных постоянно пополняется выборкой из пуб ликаций и оценкой кристаллографических данных. Кембриджский центр кристаллографических данных (НЦКД, Великобритания) зани мается сбором данных по кристаллическим и молекулярным структурам, которые были определены методами рентгеновской и нейтронной дифракции. БД включает полные кри сталлоструктурные сведения по органическим и металлоорганическим соединениям. При кладные программы проводят анализ данных и их сопоставление по геометрии отдельных фрагментов молекул. Ежегодно вводится 2500-3000 документов о новых соединениях. 36
БД CRISTMET (National Research Council, Canada) содержит информацию о структуре металлов и интерметаллических соединений. Соединения идентифицируются по названиям и молекулярным формулам. Приведены данные о параметрах решетки, а также плотность и температурный фактор. АРИС – автоматизированная рентгенографическая информационно-вычислительная система для неорганических веществ и материалов, разработанная в ИПМ УАН в 80-е годы. Система содержит данные по рентгенограммам порошков более 10 000 соединений. С ис пользованием фондов АРИС создана аналогичная система для фазового анализа материалов в заводских условиях (разработчик – ЛПО «Буревестник»). Автоматизированная система фа зового анализа ФАЗАН, содержащая данные о порошковых материалах, разработана в МГУ им. М.В. Ломоносова. В последнее десятилетие значительно возросло число кластеров (системы, объединя ющие сходные между собой БД), которые содержат данные о составе, структуре и областях применения нескольких определенных типов материалов, и ориентированы они в основном на информационное обслуживание исследователей. Примером системы кластерного типа является Международная научно-техническая сеть STN, созданная для оперативного информационного обслуживания фундаментальных и прикладных исследований. В сети STN в режиме on-line доступны около 200 баз данных от различных производителей практически по всем отраслям науки, техники и технологии. С помощью STN возможно получение библиографической информации, полных текстов ста тей, патентной информации, численных данных (например, по свойствам веществ и материа лов), структур и регистрационных номеров CAS химических соединений. К наиболее мощным кластерам, содержащим данные по неорганическим веществам, в сети STN можно отнести: MATADATE (данные о материалах), MATERIALS (материалове дение), MATALLS (металлы), METDATE (данные о металлах), STRUCTURE (поиск химиче ских структур), PATENTS (патенты), СНЕМDАТЕ (химические свойства). Информационно-прогнозирующая система с использованием методов искусственного интеллекта разработана в Институте металлургии им. А.А. Байкова РАН. Система включает несколько БД: •по теплофизическим, химическим, техническим свойствам неорганических соедине ний, образованных тремя химическими элементами, обработкой около 10 000 литера турных источников почерпнуты сведения о более чем 35 000 тройных соединений; •по фазовым диаграммам систем с полупроводниковыми фазами, содержащая инфор мацию о важнейших фазовых диаграммах давление – температура – состав и о физи ко-химических свойствах образующихся фаз; •по веществам с особыми акустооптическими, электрооптическими и нелинейно-оптическими свойствами. Одной из модификаций экспертных систем является информационно-прогнозирую щая система. В ее состав входят БД по свойствам неорганических соединений, прогнозирую щая подсистема, база знаний, диалоговый процессор и управляющий монитор. Система предназначена для поиска данных об изученных соединениях, прогноза существования но вых, еще не полученных неорганических соединений и оценки их свойств (структуры, крити ческой температуры перехода в сверхпроводящее состояние, областей гомогенности и т.д.). Экспертные системы с элементами искусственного интеллекта, интегрированные с па кетами прикладных программ и автоматизированными банками данных относятся в основ ном к проблемно-ориентированным системам. Например, система автоматизированного проектирования слоистых композиционных материалов, узлов и технологии их сварки взры вом включает текстово-графическую информацию по изготовлению с помощью сварки слои стых композитов, сведения о кинетических, энергетических и технологических параметрах процессов, свойствах металлов и получаемых соединений. Выполняются интеллектуальные процедуры синтеза внутренней структуры слоистого композиционного материала, расчет и 37
оптимизация внешней «архитектуры» композиционного узла, производится выбор оптималь ной технологической схемы изготовления материала. Развитие информатики способствует формированию и осуществлению разработок в области материаловедения – прогнозирование свойств неорганических систем. Весьма пер спективным является применение экспертных прогнозирующих систем как аппарата совре менного научного анализа. Для материаловедов решение задачи прогнозирования свойств многокомпонентных материалов основано на системном подходе, учитывающем состав ма териала, его структуру и технологию получения. При разработке автоматизированных комплексов, предназначенных для конструирования новых материалов с заданными свой ствами, создают БД, экспертную систему, расчетно-логические программы по выбору и оп тимизации технологии получения материала. Эти разработки связаны с основной тенденцией при построении информационных технологий – интеграцией информационных продуктов, созданием информационных сетей, способов обмена с помощью сетей как программными средствами, так и данными. В настоящее время компьютерные методы широко используются для автоматизации процессов съемки рентгеновских спектров, обработки результатов измерений и фазового анализа.
38
ГЛАВА 11. БАЗЫ ДАННЫХ И БАЗЫ ЗНАНИЙ ПО МАТЕРИАЛАМ По способу установления связей между данными различают реляционные, иерархиче ские и сетевые базы данных. Реляционная модель БД является удобной и наиболее привычной формой представле ния данных в виде таблицы. В математических дисциплинах таблице соответствует термин «отношение» (relation). Отсюда и произошло название модели – реляционная. Одним из основных преимуществ реляционной модели является ее однородность. Все данные рассматриваются как хранимые в таблицах, в которых каждая строка имеет один и тот же формат. Каждая строка в таблице представляет некоторый объект реального мира или соотношение между объектами. Пользователь модели сам должен для себя решить вопрос, обладают ли соответствующие сущности реального мира однородностью. Этим самым реша ется проблема пригодности модели для предполагаемого применения. Иерархическая БД (рис. 8) состоит из упорядоченного набора деревьев, или точнее, из упорядоченного набора нескольких экземпляров одного типа дерева. Дерево – ориентирован ный граф (граф – пара множеств, одно из которых описывает множество вершин, а другое – множество связей между ними), где все вершины, кроме корня, находятся в голове только одной дуги, корень не находится в голове ни одной из дуг и связан с вершиной дерева. Тип дерева состоит из одного «корневого» типа записи и упорядоченного набора из нуля или более типов поддеревьев, каждое из которых является некоторым типом дерева. Тип дерева в целом представляет собой иерархически организованный набор типов записи.
Рис. 8. Графическое изображение иерархической структуры БД Между записями в иерархии могут быть определены связи: «один ко многим», или «один к одному», где запись, соответствующая элементу «один» указанной связи, определя ется как исходная, а соответствующая элементу «много» – как порожденная. В иерархических БД автоматически поддерживается целостность ссылок между пред ками и потомками. Основное правило: никакой потомок не может существовать без своего родителя. Следует отметить, что аналогичное поддержание целостности по ссылкам между записями, не входящими в одну иерархию, не поддерживается. Кроме того, в иерархических системах поддерживается некоторая форма представлений БД на основе ограничения иерар хии. Сетевой подход к организации данных является расширением иерархического. В иерархических структурах потомок должен иметь в точности одного предка; в сетевой струк туре данных потомок может иметь любое число предков. Сетевая БД (рис. 9) состоит из на бора записей и набора связей между этими записями, а если говорить более точно, из набора экземпляров каждого типа из заданного в схеме БД набора типов записи и набора экзем пляров каждого типа из заданного набора типов связи. Тип связи определяется для двух ти пов записи – предка и потомка. Экземпляр типа связи состоит из одного экземпляра типа за писи предка и упорядоченного набора экземпляров типа записи потомка. 39
Рис. 9. Графическое изображение сетевой структуры Реляционные базы данных Е.Ф. Кодд в 1970 г. сформулировал концепцию реляционной модели (relation model) баз данных. Ранее, до появления на рынке систем управления реляционных баз данных, до минирующее положение занимали иерархические и сетевые модели. Однако, начиная с 70-х годов, доминирующее положение на рынке занимает класс систем управления реляционны ми базами данных. Реляционная модель базы данных (рис. 10) является удобной и наиболее привычной формой представления данных в виде таблицы. В математических дисциплинах таблице со ответствует термин «отношение». Отсюда и произошло название модели – реляционная.
Рис. 10. Пример реляционной модели Одним из основных преимуществ реляционной модели является ее однородность. Все данные рассматриваются как хранимые в таблицах, в которых каждая строка имеет один и тот же формат. Каждая строка в таблице представляет некоторый объект реального мира или соотношение между объектами. Реляционная модель имеет два главных свойства: 1) базовые порции данных пред ставляют собой отношения; 2) операции над таблицами затрагивают только соотношения. Соотношение – это математическая концепция, описывающая, как соотносятся между собой элементы двух множеств. Модель предъявляет к таблицам следующие требования: • данные в ячейках таблицы должны быть структурно неделимыми. Каждая ячейка может содержать только одну порцию данных. Это свойство часто определяется как принцип информационной неделимости. Недопустимо, чтобы в ячейке табли цы реляционной модели содержалось более одной порции данных, что иногда на зывается информационным кодированием; • данные в одном столбце должны быть одного типа; • каждый столбец должен быть уникальным (недопустимы дублирования столбцов); • столбцы размещаются в произвольном порядке; 40
•
строки размещаются в таблице также в произвольном порядке; столбцы имеют уникальные наименования. Существуют два фундаментальных правила для реляционных БД: правило целостно сти объектов и правило ссылочной целостности. Основными понятиями реляционных БД являются: «первичный ключ», «внешний ключ», «тип данных», «домен», «схема отношения», «схема БД», «кортеж», «отношение». Первичный ключ – это столбец или некоторое подмножество столбцов, которое уни кально, т.е. единственным образом определяет строки. Первичный ключ, который включает более одного столбца, называется множественным или комбинированным, или составным. Остальные ключи, которые также можно использовать в качестве первичных, называются потенциальными или альтернативными ключами. Внешний ключ – это столбец или подмножество одной таблицы, которое может слу жить в качестве первичного ключа для другой таблицы. Внешний ключ таблицы является ссылкой на первичный ключ другой таблицы. Правило целостности объектов утверждает, что первичный ключ не может быть полностью или частично пустым, т.е. иметь значение null. Правило ссылочной целостности гласит, что внешний ключ может быть либо пустым, либо соответствовать значению первичного ключа, на который он ссылается. Понятие «тип данных» в реляционной модели данных полностью адекватно понятию «тип данных» в языках программирования. Обычно в современных реляционных БД допус кается хранение символьных, числовых данных, битовых строк, специализированных число вых данных. Понятие «домена» более специфично для баз данных, хотя и имеет некоторые анало гии с подтипами в некоторых языках программирования. В самом общем виде домен опреде ляется заданием некоторого базового типа данных, к которому относятся элементы домена, и произвольного логического выражения, применяемого к элементу типа данных. Если вычис ление этого логического выражения дает результат «истина», то элемент данных является элементом домена. Наиболее правильной интуитивной трактовкой понятия домена является понимание домена как допустимого потенциального множества I значений данного типа. Схема отношения – это именованное множество пар (имя атрибута, имя домена (или типа, если понятие домена не поддерживается)). Степень, или «арность» схемы отношения – мощность этого множества. Схема БД (в структурном смысле) – это набор именованных схем отношений. Кортеж, соответствующий данной схеме отношения, – это множество пар «имя атри бута, значение», которое содержит одно вхождение каждого имени атрибута, при надлежащего схеме отношения. «Значение» является допустимым значением домена данного атрибута (или типа данных, если понятие домена не поддерживается). Тем самым степень, или «арность» кортежа, т.е. число элементов в нем, совпадает с «арностью» соответствую щей схемы отношения. Попросту говоря, кортеж – это набор именованных значений задан ного типа. Отношение – это множество кортежей, соответствующих одной схеме отношения. Иногда, чтобы не путаться, говорят «отношение-схема» и «отношение-экземпляр». Иногда схему отношения называют заголовком отношения, а отношение как набор кортежей – те лом отношения. •
41
Базы данных по материалам представляют собой информационную систему, заме
няющую справочники, и предназначаются для быстрого автоматиче ского поиска информации о химических составах и аналогах отечественных и зарубежных марок машиностроительных материалов, физико-механических свойствах, требованиях стан дартов, характеристике необходимой термической обработки и т.д. База данных содержит следующую информацию:
химический состав;
назначение и условия применения;
механические, физические и другие свойства;
режимы термообработки; идентификацию сплава, поиск анало гов; стандарты, содержащие необходимую информацию;
42
металлургические предприятия (
адреса,
телефоны, факсы, сайты предприятий,
характеристика оборудования,
номенклатура производимой продукции);
43
глоссарий,
русско-ан глийский и англо-русский словари. Работа производится с полным списком или произвольной выборкой. Отобранная ин формация может быть выведена непосредственно на принтер или в файл для редактирова ния. Возможности базы данных База данных предназначена для автоматизации ввода, хранения и обработки данных по производству материалов, применяемых для автомобилей, и выдачи на печать соответ ствующей документации. База данных представляет подборку информации из справочников, научных публикаций, каталогов, стандартов и других технических документов. В перечень материалов включены стали, чугуны, сплавы алюминиевые, оловянные, свинцовые, никеле вые, латуни, бронзы, и другие металлы и сплавы. Меню базы данных включает следующие опции. Опция «Марки» предоставляет возможность получить справочную информацию по химическому составу отечественных и зарубежных материалов, свойствам и стандартам, а также определить марку материала по известному химическому составу, найти его аналог или заменитель: Выбрав опцию «Продукт», можно получить информацию об изделиях, изготавливае мых из этих материалов, а также получить в графическом виде на экране эскиз данной дета ли. 44
Использование опции «Предприятие» позволит узнать адрес и реквизиты предприя тий и об имеющемся на предприятии основном оборудовании, ознакомиться с перечнем выпускаемой продукции. Опция «Справочный материал» предназначена для выполнения некоторых вспомо гательных функций: перевод из одной системы единиц в другую, расшифровка терминов, библиографические ссылки. При вводе какой-либо марки материала будет предложено выбрать какое-либо изде лие, изготавливаемое из этого материала. После выбора детали необходимого назначения компьютер осуществит поиск материала в списке, значение активного поля которого соот ветствует выбору. Если найденный материал не подходит, необходимо нажать кнопку «Сле дующий», и машина найдет следующий материал с таким же значением выделенного поля. В некоторых случаях понадобится ограничить список материалов (например, показать материалы с определенным стандартом на химический состав). В этом случае необходимо нажать кнопку «Ограничения», что приведет к изображению на экране диалогового окна Ограничения. При нажатии кнопки «Печать» программа активизирует диалог подготовки отчета по базе данных и распечатает активный на данный момент материал на принтере или выведет в выбранный файл на диске. Информация базы данных по свойствам материалов должна включать требования стандартов по свойствам материалов («Требования стандартов»), температурные зависимо сти механических («Механические характеристики»), физических («Физические свойства») и других характеристик («Свойства материалов разные»), предельные значения механических характеристик при комнатной температуре («Предельные характеристики»), технологиче ские особенности («Технологические характеристики»), режимы термической обработки («Термическая обработка»).
45
ГЛАВА 12. ПРОГРАММА FRONTPAGE Для разработки Web-сайтов предлагаются сотни разнообразных инструментов – HTML-редакторы, требующие досконального знания HTML, графические пакеты, предпола гающие наличие некоторого опыта работы в HTML, FrontPage, позволяющий не знать HTML (или знать его в минимальном объеме) и базирующийся на клиент-серверной модели разра ботки, что облегчает интеграцию с большинством компьютерных систем. Модель клиент-сервер. В клиент-серверных системах сервер – это компьютер (или приложение), обеспечивающий удаленным пользователям доступ по сети к своим данным или ресурсам. Клиент – это компьютер (или приложение), который запрашивает эти данные или ресурсы. Чаще всего сервер – мощная машина, а клиент – обычный настольный компью тер. FrontPage фактически включает и сервер, и клиента. Его клиентское программное обес печение состоит из Проводника (FrontPage Explorer) и Редактора (FrontPage Editor). Про водник позволяет просматривать и администрировать сайты несколькими различными способами. Для создания новых страниц и редактирования существующих предназначен Ре дактор. Первый шаг в создании функционального, удобного в работе сайта – это понимание движения информационных потоков. Самые лучшие Web-сайты – это те, которые привлекательно выглядят, емко выража ют основную идею и не заставляют пользователей ждать получения информации на их экра нах слишком долго. Для создания успешного сайта необходимо четко сформулировать на значение сайта. Сайт должен выглядеть визуально привлекательным. Недостаток цвета и раз нообразия текста, заголовков делает сайты неинтересными. Создавая сайт, необходимо четко продумывать форматирование страниц, не должно использоваться слишком много шрифтов разных размеров или слишком много цветов. Страницы недопустимо перегружать слишком большим количеством информации. Основная задача разработчика сайта – установление равновесия между текстовой и изобра зительной информацией, большое количество текста на экране компьютера трудно воспри нимается. В идеале каждый Web-сайт должен хорошо выглядеть, содержать полезную информа цию и быть удобным для просмотра. Сделайте важную информацию настолько легкодоступной, насколько это возможно. Не забывайте, что ваш сайт будет иметь, по всей видимости, не один уровень вложенности. Вторичный материал упорядочивайте по группам взаимосвязанной информации. Предусмотрите на сайте кнопки навигации. Большинство разработчиков использу ют кнопки, адресующие к различным разделам сайта. Эти кнопки, как правило, присутству ют на всех страницах сайта и обычно расположены плотной группой в одном и том же месте страницы. Единообразие и компактность их расположения существенно упрощают просмотр вашего сайта. Пользователю достаточно просто нажать кнопку, чтобы перейти в другой раз дел сайта. Ниже перечислены некоторые рекомендации, касающиеся планирования кнопок нави гации: • обязательно должна быть кнопка, с помощью которой пользователи могли бы вер нуться обратно, к начальной странице; • полезно наряду с графическими кнопками навигации иметь и их текстовую вер сию. Карта навигации (Navigation view) проводника FrontPage может оказаться особенно полезной, когда возникнут трудности с представлением информации. Визуальное представ ление поможет «увидеть» содержимое сайта, более ясно организовать его и избежать гло бальных изменений при модификации сайта, а также четко представить структуру сайта. 46
Все связи внутри сайта можно легко проверить с помощью команды Verify Hyperlinks (Проверить гиперссылки) или протокола состояния гиперссылок (Hyperlink Status View) Проводника. Другой хороший способ проверки сайта – это операция Preview In Browser (Предварительный просмотр в браузере) в Редакторе. Она позволяет визуально ис следовать страницу в любом браузере, установленном на компьютере и при различных раз мерах окна. Безопасность Для защиты большинства файлов в сети Intranet можно использовать стандартные се тевые средства защиты. При желании предоставить право на изменение определенных файлов в Intranet строго определенному кругу лиц можно разграничить доступ и на сетевом уровне. В дополнение к обычным сетевым средствам защиты FrontPage предоставляет три до полнительных уровня доступа к Web-сайтам. Используемый Web-сервер также может взаи модействовать с этими средствами безопасности: • просмотр (уровень конечного пользователя); • авторский доступ (просмотр, модификация и поддержка сайта при помощи FrontPage); • административный доступ (назначение и изменение привилегий); администраторы также имеют все права авторского доступа. FrontPage Explorer Проводник FrontPage дает возможность представить вид сайта несколькими различ ными способами, с различных точек зрения и манипулировать им как единым целым; так что при любой модификации сайта Проводник FrontPage сам внесет необходимые изменения во все схемы и их не придется исправлять вручную каждую по отдельности. Это значительно упрощает создание и обслуживание сайта и, вне всякого сомнения, сэкономит уйму рабочего времени. Проводник составляет основу клиентской части FrontPage, предоставляя непосред ственный или косвенный доступ к Редактору FrontPage (FrontPage Editor), а также к ма стерам и шаблонам FrontPage. Запуск Проводника При первом запуске Проводника можно увидеть диалоговое окно Getting Started (На чинаем) с несколькими опциями, определяющими дальнейшие действия. Если нет желания видеть это окно при последующих запусках FrontPage, необходимо установить в нижней его части флажок Always Open Last Web (Всегда открывать последний сайт). При установке FrontPage автоматически проверяет наличие корневого сайта (Root Web); при его отсутствии FrontPage создаст его автоматически. Это избавляет от необходимости запоминать, как открывать или создавать новый сайт с помощью команд меню Проводника. Опция Open an Existing FrontPage Web (Открыть существующий сайт FrontPage) позволяет реализовать одну из двух возможностей: можно либо открыть один из Web-сайтов, перечисленных в списке, либо выбрать кнопку More Webs (Показать еще). При нажатии кнопки More Webs появится диалоговое окно Open FrontPage Web (Открыть сайт FrontPage) (рис. 11). При желании импортировать во FrontPage существующий сайт, созданный какимлибо иным, помимо FrontPage, образом, или отдельные HTML-страницы необходимо запу стить Import Web Wizard (Мастер импорта сайтов). Использование мастеров и шаблонов – это один из самых легких путей создания сайта.
Рис. 11. Диалоговое окно New FrontPage Web 47
Для переключения в режим просмотра структуры папок необходимо щелкнуть на значке Folders (Папки) на панели выбора карты (Views) или выбрать в меню View (Вид) пункт Folders. В режиме обзора папок видно, что экран справа от панели Views разделен по вертика ли на два окна. В левом окне отображается структура папок сайта. В папке верхнего уровня находятся файлы и подпапки. Создаваемая FrontPage структура папок соответствует типу сайта: например, подпапки сайта, построенного по шаблону Project Web (Сайт проекта), бу дут не такими, как у сайта, сгенерированного Мастером создания представительства компа нии. По ходу работы с FrontPage в правом окне структуры папок рядом с именами файлов и папок постоянно находится некоторое количество различных значков.
48
ГЛАВА 13. ПРОБЛЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ ИНФОРМАЦИИ Развитие и широкое применение электронной вычислительной техники в промышлен ности, управлении, связи, научных исследованиях, образовании, коммерческой и других сфе рах человеческой деятельности являются в настоящее время приоритетным направлением научно-технического прогресса. Эффект, достигаемый за счет применения вычислительной техники, возрастает при увеличении масштабов обработки информации, то есть концентра ции по возможности больших объемов данных и процессов их обработки в рамках одной технической системы, включая территориально рассредоточенные вычислительные сети и автоматизированные системы управления. Масштабы и сферы применения этой техники ста ли таковы, что наряду с проблемами надежности и устойчивости ее функционирования воз никает проблема обеспечения безопасности циркулирующей в ней информации. Безопасность информации – это способность системы ее обработки обеспечить в за данный промежуток времени возможность выполнения заданных требований по величине вероятности наступления событий, выражающихся в утечке, модификации или утрате дан ных, представляющих ту или иную ценность для их владельца. При этом считается, что при чиной этих событий могут быть случайные воздействия либо воздействия в результате пред намеренного несанкционированного доступа человека–нарушителя. Утечка информации за ключается в раскрытии какой-либо тайны: государственной, служебной, коммерческой или личной. Защите должна подлежать не только секретная информация. Модификация несе кретных данных может привести к утечке секретных либо к не обнаруженному получателем приему ложных данных. Разрушение или исчезновение накопленных с большим трудом дан ных может привести к невосполнимой их утрате. Специалистами рассматриваются и другие ситуации нарушения безопасности информации, но все они по своей сути могут быть сведе ны к перечисленным выше событиям. В настоящее время благополучие и даже жизнь многих людей зависят от обеспечения информационной безопасности множества компьютерных систем обработки информации, а также контроля и управления различными объектами. К таким объектам (их называют крити ческими) можно отнести системы телекоммуникаций, банковские системы, атомные стан ции, системы управления воздушным и наземным транспортом, а также системы обработки и хранения секретной и конфиденциальной информации. Для нормального и безопасного функционирования этих систем необходимо поддерживать их безопасность и целостность. Под безопасностью информации понимается состояние защищенности информации, обрабатываемой средствами вычислительной техники или автоматизированной системы, от внутренних или внешних угроз. Целостность понимается как способность средств вычисли тельной техники или автоматизированной системы обеспечивать неизменность вида и каче ства информации в условиях случайного искажения или угрозы разрушения. Угрозы без опасности и целостности состоят в потенциально возможных воздействиях на вычислитель ную систему, которые прямо или косвенно могут нанести ущерб безопасности и целостности информации, обрабатываемой системой. Ущерб целостности информации состоит в ее изме нении, приводящем к нарушению ее вида или качества. Ущерб безопасности подразумевает нарушение состояния защищенности содержащейся в вычислительной системе информации путем осуществления несанкционированного доступа к объектам вычислительной системы. Несанкционированный доступ заключается в получении пользователем или программой до ступа к объекту, разрешение на который в соответствии с принятой в системе политикой без опасности отсутствует. Реализация угрозы называется атакой. Человек, стремящийся реали зовать угрозу, называется нарушителем или злоумышленником. Существует множество классификаций видов угроз по принципам и характеру их воз действия на систему, по используемым средствам, целям атаки и т.д. Угрозы безопасности 49
вычислительных систем по средствам воздействия на вычислительные системы могут быть отнесены к одному из следующих классов. Вмешательство человека в работу вычислительных систем. Организационные средства нарушения безопасности вычислительных систем (кража носителей информации, несанкционированный доступ к устройствам хранения и обработки информации, порча обо рудования и т.д.) и осуществление нарушителем несанкционированного доступа к программ ным компонентам вычислительных систем (все способы несанкционированного проникнове ния в вычислительных системах, а также способы получения пользователем-нарушителем незаконных прав доступа к компонентам вычислительных систем). Меры, противостоящие таким угрозам, носят организационный характер (охрана, режим доступа к устройствам вы числительных систем), а также включают в себя совершенствование систем разграничения доступа и системы обнаружения попыток атак (например, попыток подбора паролей). Аппаратно-техническое вмешательство в работу вычислительных систем – нару шение безопасности и целостности информации в вычислительных системах с помощью тех нических средств, например, получение информации по электромагнитному излучению устройств вычислительных систем, электромагнитные воздействия на каналы передачи ин формации и другие методы. Защита от таких угроз кроме организационных мер предусмат ривает соответствующие аппаратные (экранирование излучений аппаратуры, защита каналов передачи информации от прослушивания) и программные (шифрация сообщений в каналах связи) меры. Разрушающее воздействие на программные компоненты вычислительных си стем с помощью программных средств. Логично назвать такие средства разрушающими программными средствами. К ним относятся компьютерные вирусы, троянские кони (иногда их называют «закладки»), средства проникновения в удаленные системы с использованием локальных и глобальных сетей. Средства борьбы с подобными атаками состоят из программ но и (реже) аппаратно реализованных систем защиты. Данный класс средств нарушения без опасности представляет собой наиболее динамично развивающуюся угрозу, использующую все последние достижения в области информационных технологий. При наличии простых средств хранения и передачи информации существовали и не потеряли значения до настоящего времени следующие методы ее защиты от преднамеренно го доступа: ограничение доступа; разграничение доступа; разделение доступа (привилегий); криптографическое преобразование информации; контроль и учет доступа; законодательные меры. Указанные методы осуществлялись чисто организационно или с помощью техниче ских средств. С появлением автоматизированной обработки информации изменился и допол нился новыми видами физический носитель информации и усложнились технические сред ства ее обработки. С усложнением обработки, увеличением количества технических средств, участвую щих в ней, увеличиваются количество и виды случайных воздействий, а также возможные каналы несанкционированного доступа. В связи с увеличением объемов, сосредоточением информации, увеличением количества пользователей и другими указанными выше причина ми увеличивается и вероятность преднамеренного несанкционированного доступа к инфор мации. В связи с этим развиваются старые и возникают новые дополнительные методы за щиты информации в вычислительных системах: • методы функционального контроля, обеспечивающие обнаружение и диагностику отказов, сбоев аппаратуры и ошибок человека, а также программные ошибки; • методы повышения достоверности информации; • методы защиты информации от аварийных ситуаций; • методы контроля доступа к внутреннему монтажу аппаратуры, линиям связи и технологическим органам управления; • методы разграничения и контроля доступа к информации; 50
методы идентификации и аутентификации пользователей, технических средств, носителей информации и документов; • методы защиты от побочного излучения и наводок информации. Основная задача системы опознания и разграничения доступа – это перекрытие не санкционированного и контроль санкционированного доступа к информации, подлежащей защите. При этом разграничение доступа к информации и программным средствам ее обра ботки должно осуществляться в соответствии с функциональными обязанностями и полно мочиями должностных лиц, обслуживающего персонала, просто пользователей. Основной принцип построения системы опознания и разграничения доступа состоит в том, что допускаются и выполняются только такие обращения к информации, в которых со держатся соответствующие признаки разрешенных полномочий. В указанных целях осуще ствляются идентификация и аутентификация пользователей, устройств и т.д., деление ин формации и функций ее обработки, установка и ввод полномочий. Защита информации мо жет заключаться в том, что доступ к информационному объекту осуществляется через единственный «охраняемый проход». •
51
ГЛАВА 14. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ С КОМПЬЮТЕРОМ Основные правила при работе в компьютерном классе • Не разбирать компьютер • Не притрагиваться к проводам, кабелям, разъемам • Сидеть от монитора на расстоянии 60 см • Обращаться аккуратно с клавиатурой и мышкой • Не заслонять вентиляционное отверстие компьютера • Не запускать программное обеспечение, не предусмотренное учебным процессом • Не удалять информацию • При использовании дискет проверять их на вирусы Правила включения компьютера • Включить все дополнительные устройства (принтер, сканер, колонки) • Включить монитор • Включить системный блок Правила выключения компьютера • Закрыть все работающие программы и открытые окна • Нажать кнопку «Пуск» и выбрать команду «Завершение работы» Правила работы на компьютере Изобретение персонального компьютера ликвидировало тяжелый рутинный труд по выполнению численных математических расчетов, построению таблиц, рисованию графиков, созданию и оформлению текстовой документации. Но нельзя забывать, что работа на компьютере опасна сочетанием увлекательности и монотонности работы. Режим работы, расположение экрана (и его качество), кресла, клавиатуры и рабочего стола имеют очень большое значение. Длительное пребывание перед экраном в сидячем положении приводит к перенапря жению глазных мышц, позвоночника и спины, застаиванию крови в ногах, затрудняет венти ляцию легких, вызывает появление синдрома длительных статических нагрузок. Неправиль ное положение экрана – одна из основных причин появления сутулости. Расстояние от экра на до глаз должно немного превышать привычное расстояние между книгой и глазами. Нужно установить кресло и клавиатуру так, чтобы не приходилось далеко тянуться. При изменении положения тела необходимо переменить положение клавиатуры и, возмож но, экрана. Можно использовать регулируемую подставку к клавиатуре, чтобы без напряже ния работать с мышью, при длительном наборе текста пользоваться ручным валиком (подставкой под руки). Форма спинки кресла должна повторять форму спины. Необходимо установить кресло на такой высоте, чтобы не чувствовалось давление на копчик (кресло расположено слишком низко) или на бедра (кресло расположено слишком высоко). Угол между бедрами и позвоночником должен составлять 90°. Для людей, много времени проводящих в сидячем положении, очень важно научиться правильно садиться и вставать. Когда садитесь или встаете, необходимо опираться руками на подлокотники или бедра, чтобы щадить межпозвонковые диски, которые очень чувстви тельны и при резких движениях легко повреждаются. Главными элементами рабочего места пользователя являются письменный стол и кре сло. Основным рабочим положением является положение сидя. Рабочее место для выполне ния работ в положении сидя организуется в соответствии с ГОСТ 12.2.032-78. Рабочая поза сидя вызывает минимальное утомление. Рациональная планировка рабо 52
чего места предусматривает четкий порядок и постоянство размещения предметов. То, что требуется для выполнения работ чаще, должно быть расположено в зоне легкой досягаемо сти рабочего пространства (рис. 12). Оптимальное размещение предметов труда и документации в зонах досягаемости рук: 1)
дисплей – в зоне а (в центре); 2)
клавиатура – в зоне г/д; 3)
системный блок – в зоне б (слева); п
4)
ринтер – в зоне а (справа). Параметры рабочего места выбираются в соответствии с антропометрическими харак теристиками. При использовании этих данных в расчетах исходят из максимальных антропо метрических характеристик. Рис. 12. Зоны досягаемости рук в горизонтальной плоскости: а – зона максимальной досягаемости; б – зона досягаемости пальцев при вытянутой руке; в – зона легкой досягаемости ладони; г – оптимальное пространство для грубой ручной работы; д – оптимальное пространство для тонкой ручной работы При работе в положении сидя рекомендуются следующие параметры рабочего про странства (ГОСТ Р 50948-2001 и ГОСТ Р 50949-2001): 1) ш ирина не менее 700 мм; 2) г лубина не менее 400 мм; 3) в ысота рабочей поверхности стола над полом 700-750 мм. Оптимальными размерами стола являются: 53
1)
в ысота 710 мм;
2)
д лина стола 1300 мм;
3)
ш
ирина стола 650 мм. Поверхность для письма должна иметь не менее 40 мм в глубину и не менее 600 мм в ширину. Под рабочей поверхностью должно быть предусмотрено пространство для ног: 1) в ысота не менее 600 мм; 2) ш ирина не менее 500 мм; 3) г лубина не менее 400 мм. В работе с компьютером необходимо соблюдать определенные правила. Действенным средством сохранения работоспособности на протяжении всего рабочего дня является четкий ритм труда. Перерывы в работе и эргономические усовершенствования позволяют избежать не приятных и болезненных ощущений. Для плодотворной работы на компьютере необходимо соблюдать следующие правила: • оборудовать рабочее место так, чтобы исключить неудобные позы и длительные напряжения; • при длительной работе на компьютере каждый час в течение 15 минут необходимо делать перерывы на специальные дыхательные и физические упражнения; • если физические упражнения не снимают перенапряжения мышц, болезненных ощущений в запястьях, руках, плечах, шее, онемения и покалывания, мышечных судорог, необходимо немедленно обратиться к врачу; • использовать монитор с диагональю экрана не менее 15 дюймов; • не обращать компьютер экраном к окнам, чтобы полностью исключить блики на экране. Избавиться от бликов можно с помощью оконных штор, занавесок или жа люзи, ограничивающих световой поток через окна; • поддерживать освещенность помещения на уровне 2/3 от нормальной; поверхно сти позади компьютера должны быть освещены менее ярко, чем экран; на рабочем месте не должно быть очень светлых или блестящих поверхностей.
54
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. ТЕРМИНОЛОГИЧЕСКИЙ СПРАВОЧНИК Аппаратное обеспечение – это прежде всего компьютер, а также мышь, сканеры, CDROM, графопостроители, звуковые приставки и т. д. База данных (БД) – именованная совокупность данных, отражающая состояние объек тов и их отношений в рассматриваемой предметной области. Банк данных – это система специальным образом организованных данных – баз дан ных, программных, технических, языковых, организационно-методических средств, предна значенных для обеспечения централизованного накопления и коллективного многоцелевого использования данных. Дидактика – создание теории обучения, направленной на разработку методических приемов, а также организационных форм и методов обучения, которые оптимизируют процесс усвоения студентами знаний, умений, навыков учебной деятельности. Инновационная деятельность – деятельность, направленная на практическое использование научного, научно-технического результата и интеллектуального потенциала с целью получения нового или улучшения производимого продукта, способа его производства и удовлетворения потребности общества в конкурентоспособных товарах и услугах. Инновация (нововведение): • целенаправленное изменение, вносящее в среду внедрения новые элементы, вызы вающие переход системы из одного состояние в другое; • комплексный процесс создания, распространения, внедрения и использования но вого практического средства, метода, концепции и других новшеств для удовле творения потребностей человека; • новая техника и технологии, являющиеся результатом достижения научно-техни ческого прогресса. Информатизация общества – глобальный социальный процесс сбора, накопления, обработки, хранения, передачи и использования информации, осуществляемый на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также на базе разно образных средств информационного обмена. Информационная технология (в высшей школе) – система научных и инженерных знаний, а также методов и средств, которые используются для создания, сбора, передачи, хранения и обработки информации в предметной области высшей школы. Информационное обеспечение – сеть передачи распорядительной учебнометодической, научной информации в интересах системы образования. Информация – сведения о фактических данных и совокупность знаний о зависимости между ними. Искусственный интеллект – совокупность функциональных возможностей ЭВМ решать задачи, ранее не требовавшие обязательного участия человека. Классификация – упорядоченное разделение определенного множества объектов на группировки на основе использования установленной системы признаков деления и совокупности определенных правил. Компьютер – техническое устройство для обработки информации. Назначение компьютера выполнять программы. Компьютерное средство обучения (КСО) – это программный продукт, который реализует конкретную компьютерную технологию обучения в классе, оснащенном компьютерами. КСО позволяет автоматизировать нетворческую, рутинную часть работы педагога. 55
Компьютерные технологии – современные технологии создания и обработки документов, включают такие инструменты, как текстовые редакторы, электронные таблицы, базы данных. Компьютерные технологии обучения (КТО) – описание процесса управления деятельностью обучаемого, процедур, действий, указаний, а также текстов учебных заданий, текстов помощи и реплик, которые необходимы для организации самостоятельной индивидуальной работы обучаемого под управлением ПК, направленной к достижению поставленной цели. Метод обучения – система правил педагогического взаимодействия, руководствуясь которой профессорско-преподавательский состав и студенты выбирают приемы и способы конкретных действий, ведущих к прогнозированию цели. Методика – совокупность методов, приемов практического выполнения чего-нибудь. Отвечает на вопросы: чему, зачем и как учить? Шире понятия «технология». Включает вопросы образовательной политики, в том числе и выбор технологии для достижения целей. Методология – учение о принципах построения, формах и способах научного познания. Мониторинг – это система оценок. Мониторинг научной деятельности по проблемам профессионального образования подразумевает изучение тенденций, внутренних и внешних факторов и побудительных мотивов ее выполнения с целью разработки вариантных прогнозов и стратегий управления данной деятельностью. Мультимедиа-технологии – компьютерная система, сочетающая аудио- и видео компоненты для создания интерактивного приложения, использующего текст, звук и графи ку – анимацию и видео. Научно-информационная деятельность – это совокупность процессов сбора, обра ботки, хранения, поиска и распространения информации. Научно-методическое обеспечение – обеспечение системы образования методологи ческими, дидактическими и методическими разработками, отвечающими современным тре бованиям педагогической науки и практики. Новая технология – технология, впервые реализуемая, разработанная на основе пере довых достижений науки и техники. Программное обеспечение – вторая равноправная часть ИТ. Без программ любая аппа ратура – просто груда железа. Программы делятся на два больших класса: • системное программное обеспечение (операционные системы, дополняющие их программные модули «утилиты», драйверы, периферийные устройства, програм мы архивации, разнообразные диагностические модули и т. п.); • прикладное программное обеспечение (с помощью которого решаются конкрет ные задачи – от несложных вычислительных задач до мощных профессиональных систем, например, издательских, научных комплексов и т. д. ). Режим обучения – интраактивный, экстраактивный и интерактивный. Интраактив ный – все информационные потоки замкнуты внутри обучаемых или направлены от них во все (режим характерен для самостоятельной работы). Экстраактивный – все информацион ные потоки циркулируют вне объекта обучения или направлены к нему (этот режим харак терен для лекций). Интерактивный – информационные потоки двусторонние (диалог, бесе да). Система управления базами данных (СУБД) – совокупность языковых и программных средств, предназначенных для создания, ведения и совместного использования БД многими пользователями. Технологическая карта – описание процесса в виде пошаговой, поэтапной последова тельности действий с указанием применяемых средств. 56
Технологическая схема – условное изображение технологического процесса, разделе ние его на отдельные функциональные элементы и обозначение логических связей между ними. Технология (от греческого – техно – искусство, мастерство, умение и логос – слово, наука): • реализация этих знаний в процессе создания и использования материальных и ду ховных ценностей; • объем знаний, который можно использовать для производства товаров и услуг из существующих ресурсов; • система взаимосвязанных способов обработки материалов и приемов изготовления продукции в производственном процессе; • реализация научных и технических знаний в процессе разработки и создания ма шин и методов, улучшающих условия существования людей и увеличивающих эф фективность их деятельности; • совокупность процесса и методов обработки материала в какой-либо отрасли производства; • совокупность методов обработки, изготовления, изменения состояния, свойств, формы сырья, материала или полуфабриката, осуществляемых в процессе произ водства продукции. Задача технологии как науки – выявление физических, хими ческих, механических и других закономерностей с целью определения и использо вания на практике наиболее эффективных и экономичных производственных про цессов; • совокупность приемов, применяемых в каком-либо деле, мастерстве, искусстве. Технологии обработки информации – совокупность методов, производственных про цессов и программно-технических средств, объединенных в технологическую цепочку, обес печивающую сбор, хранение, обработку, вывод и распространение информации для сниже ния трудоемкости процессов использования информационного ресурса, повышения их на дежности и оперативности. Учебно-информационная среда – совокупность условий, способствующих возникно вению и развитию процессов информационно-учебного взаимодействия между студентами, ППС и средствами НИТ, а также формированию познавательной активности обучаемого при условии наполнения компонентов среды (учебное оборудование, пособия и так далее) пред метным содержанием определенного курса.
57
2. БАЗА ДАННЫХ «АВТОМОБИЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ» База данных «Автомобильные материалы» (БДАМ), предназначенная для выбора ма териала и разработки технологии изготовления деталей машин и механизмов разработана в среде WINDOWS с применением мультимедийных средств. При создании базы данных и базы знаний по автомобильным материалам использова лись программы: текстовый редактор Word, графические редакторы Paint, PhotoShop и Corel Draw, презентационная программа PowerPoint и база данных Access. Используя возможности современных компьютерных технологий, собранная информация была представлена в виде обучающих компьютерных программ, баз данных, справочников, гипертекста, презентаций. С помощью средств графических редакторов в программе создавали и редактировали изображения деталей машин и механизмов, а также очищали отдельные участки изображе ния от дефектов. Эти программы использовали для создания библиотеки рисунков диаграмм состояния, фотографий микроструктур, поскольку именно в них производится редактирова ние рисунков и фотографий, полученных при помощи сканера. При разработке структуры банка данных по материалам необходимо учитывать, что банк должен включать три основные части: • справочно-информационные разделы, включающие общие сведения о марках ста лей, чугунов и сплавов (отечественные и иностранные аналоги, характеристика, назначение, химический состав, заводы-изготовители), данные о видах поставки, физических и механических свойствах; • технологические характеристики – литейные и ковочные свойства, данные по сва риваемости, прокаливаемости, обработке резанием; • данные по эксплуатационным свойствам, включая текущие показатели механиче ских свойств и жаропрочности, полученные непосредственно при изучении рабо тающих объектов машиностроения и энергетики. В качестве одного из основных программных продуктов для создания базы знаний по автомобильным материалам использовано средство создания и демонстрации компьютерной презентации Microsoft PowerPoint (рис. 13), с помощью которого объединена текстовая и гра фическая информация с использованием эффектов анимации и звука.
Рис. 13. Слайд, созданный с помощью презентационной программы PowerPoint 58
В динамике показан ряд явлений, что дополняет и углубляет понимание представляе мого материала. Microsoft PowerPoint – средство для создания презентаций, соединяющее во едино все возможности компьютера, для того чтобы помочь проиллюстрировать любое вы ступление перед самой различной аудиторией. С помощью PowerPoint создана серия краси во, в едином стиле оформленных слайдов для их последовательной демонстрации на экране компьютера (рис. 14). Слайды по команде плавно сменяют друг друга, переход от одного слайда к другому можно дополнить звуковыми эффектами. При необходимости слайды можно распечатать на принтере.
Рис. 14. База знаний «Материалы в автомобилестроении» База данных по перспективным автомобильным материалам (БДАМ), включившая в себя данные по химическому составу различных марок черных и цветных сплавов (рис. 15), создана с помощью программы Access 2000. Информация базы данных включает требования стандартов по химическому составу, механическим свойствам, технологическим характери стикам и рекомендуемым режимам термической обработки (рис. 16).
59
Рис. 15. Стартовая страница базы данных автомобильных материалов
Рис. 16. Фрагмент базы данных автомобильных материалов
60
3. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ 1. Определение информационной технологии 2. Цель информационной технологии 3. Современная информационная технология 4. Информационные ресурсы 5. Информационные продукты и услуги 6. Рынок информационных продуктов и услуг 7. Актуальность внедрения новых информационных технологий 8. Информационные революции 9. Понятие информационного общества 10. Роль информатизации в развитии общества 11. Информационная культура 12. Классификация информационных технологий 13. Наиболее распространенные информационные технологии 14. Технологии обработки текстовых, графических и табличных данных 15. Гипертекстовая технология 16. Технология мультимедиа 17. Офисные программы 18. Использование пакета презентационных программ 19. Понятие информационной системы 20. Структура информационной системы 21. Информационное обеспечение 22. Техническое обеспечение 23. Математическое и программное обеспечение 24. Организационное и правовое обеспечение 25. Классификация информационных систем по характеру использования информа ции в сфере применения 26. Экспертные системы. Характеристика и назначение 27. Классификация экспертных систем 28. Основные компоненты экспертных систем 29. Проблемы безопасности информации 30. Современные методы защиты информации
61
4. ПРИМЕР СОСТАВЛЕНИЯ ТЕСТОВ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПО ТЕМЕ «ПРЕЗЕНТАЦИОННАЯ ПРОГРАММА POWERPOINT» В готовой презентации PowerPoint открыли один из слайдов и изменили шаблон дизайна. Оформление всех остальных слайдов ….. 2. В готовой презентации открыли один из слайдов и изменили шаблон дизайна. Цве товое оформление остальных слайдов …… 3. Пакет PowerPoint предназначен для …… 4. Интерактивный слайд-фильм – это …… 5. Для вывода на экран нужной панели инструментов необходимо …… 6. Существуют следующие способы перемещения по слайдам во время создания пре зентации …… 7. В PowerPoint предусмотрены режимы работы …… 8. Режим сортировщика слайдов удобно использовать в случае …… 9. В режиме сортировщика слайдов можно выделить несколько слайдов следующим образом …… 10. Мастер автосодержания при создании презентации используется …… 11. Шаблон дизайна содержит …… 12. Цветовая схема слайда – это …… 13. Градиентная заливка – это …… 14. Файлы презентаций имеют расширение …… 15. Файлы, содержащие шаблон дизайна, имеют расширение …… 16. Для вставки текста в метку-заполнитель необходимо …… 17. Для вставки объекта в метку-заполнитель необходимо …… 18. Для выделения объекта на слайде необходимо …… 19. Для помещения одного и того же объекта на все слайды необходимо … 20. Направляющие – это ………. 21. Для привязки объекта к направляющей необходимо ……. 22. Списки бывают …… 23. Задать колонтитул только на одном слайде …… 24. При оформлении презентации обычно используется колонтитул …… 25. В колонтитул можно включить …… 26. Образец слайдов – это …… 27. Для внесения изменений сразу на все слайды необходимо …… 28. При редактировании рисунков используется панель инструментов …… 29. Команда разгруппировки применяется с целью …… 30. Для объединения нескольких объектов в группу необходимо …… 31. Объединение в группу нескольких объектов, расположенных на слайде, применя ется для …… 32. Под поэтапной демонстрацией слайдов понимают …… 33. Настройка анимации не выполняется в режиме …… 34. Диалоговое окно, в котором задаётся поочерёдная демонстрация объектов, называ ется …… 35. Эффекты, сопровождающие появление слайда, задаются в окне ….. 36. Для показа скрытого слайда во время демонстрации необходимо …… 37. Для записи пометок к слайду во время демонстрации необходимо …… 38. Выдачи – это …… 39. Для создания гиперссылки необходимо …… 40. Управляющие кнопки используются для …… 1.
62
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Карпова Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация. – СПб: Питер, 2001.
2. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем. – СПб: Питер, 2000. 3. Башмаков А.И., Башмаков И.А. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем. – М.: Информационно-издат. дом «Филинъ», 2003. 4. Беспалько В. П. Педагогика и прогрессивные технологии обучения. – М., 1995. 5. Благовещенская М. М., Волкова В. Н., Козлов В. Н. Проблемы создания и исполь зования современных технологий в высшей школе. – М.: ИК МГУПП, 2000. 6. Герасимов А.П., Кривошеева Г.Б., Мутылина И.Н. Применение персональных компьютеров для изучения диаграмм состояния двухкомпонентных систем. – Владивосток: ДВГТУ, 1996. 7. Деруго И. Photoshop 5.0. Технология обработки изображений. – М.: Нолидж, 1999. 8. Дьяконов В. Mathematica: учебный курс.– СПб: Питер, 2001. 9. Информатика. Базовый курс / Симоновича С.В. и др. – СПб: Питер, 2001. 10. Киселева Н.Н. Применение методов искусственного интеллекта для конструирова ния неорганических соединений // Перспективные материалы. – 1997. – № 4. – С. 5-21. 11.Крупин Ю.А., Штремель М.А. // Известия вузов. Черная металлургия. – 1983. – № 7. – С. 88-93. 12. Кузнецов С. И. Типовые компьютерные технологии и базовые средства обучения. – М.: ИК МГУПП, 2000. 13. Леонтьев В. Новейшая энциклопедия персонального компьютера 2003. – М.: ОЛМА-ПРЕСС, 2003. 14. Леонтьев В., Турецкий Д. Новейшая энциклопедия программ. – М.: ОЛМАПРЕСС, 2002. 15. Лысак В.И., Кузьмин С.В., Сапарин В. А. и др. Система автоматизированного проектирования слоистых композиционных материалов, узлов и технологии свар ки взрывом // Перспективные материалы. – 1997. – № 5. – С. 69-77. 16. Мэтьюс М., Полсен Э. FrontPage 2000 для пользователя: Пер. с англ. – Киев: Из дат. группа BHV, 2000. 17. Плутенко А.Д., Верхотуров А.Д., Лебухова Н.В. Информационные технологии в решении задач материаловедения. – Владивосток: Дальнаука, 2001. 18. Рычков В., Дьяконов В., Новиков Ю. Компьютер для студента: Самоучитель – СПб.: Питер, 2001. 19.Современный самоучитель работы в сети Интернет. Самые популярные программы: Практ. пособие. – М.: ТРИУМФ, 2002. 20.Солоницын Ю., Холмогоров В. Интернет: Энциклопедия. – СПб.: Питер, 2002. 21.Степаненко О.С. Персональный компьютер: учеб. курс. – М.: Издат. дом «Вильямс», 2002. 22.Терминологический минимум по информационным системам и технологиям Computer Science/ ДВГТУ; Сост. С.И. Сухомлинова, А.И. Сухомлинов. – Владивосток: ДВГТУ, 1999. – 36 с. 23.Цеховой В.А. Macromedia Flash 5. – СПб.: Наука и техника, 2001. 24.Шапошников И.В. Интернет-программирование. – СПб.: БХВ–Санкт-Петербург, 2000.
63
ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ Глава 1. Понятие и классификация информационных технологий Глава 2. Коммуникационные технологии Глава 3. Мировые и российские информационные ресурсы Глава 4. Дополнительные устройства, подключаемые к компьютеру Глава 5. Технологии обработки текстовых, графических и табличных данных Глава 6. Гипертекстовая и мультимедийная технологии Глава 7. Презентационная программа PowerPoint Глава 8. Экспертные системы Глава 9. Системы электронного перевода Глава 10. Информационные технологии в материаловедении Глава 11. Базы данных и базы знаний по материалам Глава 12. Программа FrontPage Глава 13. Проблемы безопасности информации Глава 14. Техника безопасности при работе с компьютером ПРИЛОЖЕНИЯ 1. Терминологический справочник 2. База данных «Автомобильные материалы» 3. Контрольные вопросы по дисциплине 4. Пример составления тестов для контроля по теме «Презентационная программа PowerPoint» БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
64
3 4 10 16 18 20 22 25 28 32 34 39 43 46 49 52 52 55 58 59 60
Мутылина Ирина Николаевна
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В МАТЕРИАЛОВЕДЕНИИ
Редактор Л.Ф. Юринова Технический редактор Н.М. Белохонова Компьютерная верстка
Подписано в печать 05.07.04. Формат 60х84/16. Усл. печ. л. 4,88. Уч.-изд. л. 4,52. Тираж 100 экз. Заказ 020. Издательство ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская, 10 Типография издательства ДВГТУ, 690950, Владивосток, Пушкинская, 10
65
