УДК 378.147

ОРГАНИЗАЦИЯ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ТЕОРИЯ АВТОМАТОВ»

Баженов Руслан Иванович
Приамурский государственный университет имени Шолом-Алейхема
кандидат педагогических наук, доцент, заведующий кафедрой информатики и вычислительной техники

Аннотация
Данная статья посвящена вопросам организации научно-исследовательской работы студента в рамках дисциплины «Теория автоматов». Автором обосновывается выбор метода обучения. Приводятся примеры заданий по дисциплине, способы их решения. Описывается оценка научно-исследовательской работы студентов в балльно-рейтинговой системе.

Ключевые слова: балльно-рейтинговая система, компьютерная модель, научно-исследовательская работа студентов, теория автоматов


ORGANIZATION OF STUDENTS' SCIENTIFIC RESEARCH ON THE SUBJECT «AUTOMATA THEORY»

Bazhenov Ruslan Ivanovich
Sholom-Aleichem Priamursky State University
candidate of pedagogical sciences, associate professor, Head of the Department of Computer Science

Abstract
The article is devoted to the issues of organization of students' research within the discipline «Automata Theory». The author justifies the choice of method of teaching. Examples of tasks on discipline, the methods of their solution. Describes the evaluation of students' scientific research in score-rating system.

Keywords: automata theory, computer model, score-rating system, students' scientific research


Библиографическая ссылка на статью:
Баженов Р.И. Организация научно-исследовательской работы студентов по дисциплине «Теория автоматов» // Современная педагогика. 2014. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://pedagogika.snauka.ru/2014/05/2399 (дата обращения: 02.10.2017).

Одной из важных задач обучения студентов в вузе является формирование у них профессиональных компетенций направленных на формирование исследовательских качеств. Это отражается в текстах как в государственных образовательных стандартах высшего образования, как второго, так и третьего поколения [1]. Поэтому перед преподавателем стоит сложная методическая проблема организации научно-исследовательской работы студентов. Такую задачу можно решать как в рамках материала преподаваемой дисциплины, так и вне ее.

Покажем один из предлагаемых автором способов организации научно-исследовательской работы на основе материала дисциплины «Теория автоматов» для направления «Информационные системы и технологии», включенной в учебный план основной образовательной программы как обязательный курс вариативной части блока профессиональных дисциплин.

Разработкой проблемы организации научно-исследовательской работы студентов (НИРС) занимаются многие ученые. А.В.Ткаченко, Н.А.Обухова, А.С.Соколова исследовали формирование профессионально-исследовательской культуры бакалавра на основе НИРС экологической направленности [2]. Модель процесса организации НИРС на основе метода группового проектного обучения представили Ю.С.Сербулов, И.Н.Конрфельд, И.Н.Крутов [3]. НИРС – как одну из форм формирования молодого специалиста рассмотрели Е.В.Максимова, Т.В.Бабинцева [4]. Т.А.Юрмазова, Н.Б.Шахова, Ю.Ю.Мирошниченко показали исследовательскую компетентность преподавателя как фактор успешной организации НИРС [5]. А.В.Лукашин, В.В.Чиганашкин описали применение для организации НИРС использование профессиональных методик [6]. Как отмечают Н.Матушкин, И.Столбова, Т.Ульрих [7] научно-исследовательская деятельность студента является составляющей системы формирования компетенций специалиста. Проблемы оценки уровня исследовательской компетентности студента рассматривали Е.А.Котлярова, К.Ф.Механцева [8]. В.А.Векслер, Н.Я.Салангина [9, 10] изучали технологии формирования профессиональных компетенций. С.А.Богатенков описал задачи формирования информационной и коммуникационной компетентности [11, 12]. Таким образом, можно отметить, что научно-исследовательская работа студентов является важнейшей стороной образовательного процесса и ей уделяется большое внимание при реализации компетентностного подхода.

Многие исследователи отмечают, что НИРС хорошо реализовывать через самостоятельную работу. И.М.Лагун, Е.А.Хвалина, Н.С.Чарина выделяют научно-исследовательскую работу студентов как элемент самостоятельной работы [13]. Положительное сочетание самостоятельной и научно-исследовательской работы на формирование исследовательских умений отмечают А.А.Червова, И.А.Янюк [14]. А.Е.Поличка, А.П. Исакова [15] рассматривали подходы проектирование содержания организации самостоятельной работы обучаемых. Р.И.Баженов, Д.В.Лучанинов проектировали и внедряли элементы информационно-образовательной среды для организации научно-исследовательской работы как самостоятельную работу в дисциплине [16, 17]. Организацию научно-исследовательской работы студентов в сочетании с самостоятельной работой по дисциплине рассматривала Е.В.Клыгина [18]. Н.В.Шелковникова рассмотрела проектирование модели формирования исследовательской компетентности в процессе научно-исследовательской работы [19].

По мнению автора, для осуществления научно-исследовательской работы у студентов должен соответствующий уровень самоорганизации. Исследования по самоорганизации студентов проводили Н.Г.Баженова [20, 21], И.А.Коровина [22], Т.Г.Пахомова [23], С.Н.Фомина, И.В.Харитонова [24].

При проектировании научно-исследовательской работы возникает вопрос о подготовке задания, решение которого позволяет решить заявленные цели. В дисциплине «Теория автоматов» возможен такой вариант формулировки: Спроектировать и разработать программно-аппаратную модель управления устройством.

Такая постановка требует от студента продумать устройство, обсудить его с однокурсниками на предмет не повторения, проработать теоретическую часть, провести обзор исследований научно-практических разработок, спроектировать логическую схему автомата, реализовать ее в компьютерной системе моделирования, например, Electronics WorkBench, разработать программную реализацию в среде программирования. Можно заметить, что в результате студент должен будет пройти практически весь путь разработки системы. Для помощи в решении задачи от преподавателя требуется подготовка качественного методического обеспечения. Оно может быть представлено как методические указания [25], учебное пособие [26-28], реализованные программные системы [29-32], компьютерные модели с исходным кодом [33, 34], статьи [35-38]. По мнению автора, для того чтобы вести научно-исследовательскую работу по дисциплине, преподаватель должен показать личным примером способность осуществлять такую деятельность в данной предметной области.

Приведем несколько примеров реализации задач, поставленных перед студентами.

Пример 1. Выполнение структурного синтеза автомата, заданного таблицами переходов и выходов (рис.1).


Рисунок 1 – Таблицы переходов и выходов

В качестве элементов памяти выбирается D-триггер. Автомат представляется в виде автомата Мили.

Далее производится кодирование входных, выходных сигналов и состояний для структурной схемы автомата (рис.2).

Рисунок 2 – Структура синтезируемого цифрового автомата

В результате получаются кодированные таблицы (рис.3).

a1

a2

a3

a4

a1

a2

a3

a4

00

01

11

10

00

01

11

10

Z1

00

00

10

10

Z1

00

01

00

11

Z2

01

11

00

Z2

01

11

00

Z3

11

01

01

Q1Q2

Z3

11

00

10

y1y2

Рисунок 3 – Кодированные таблицы переходов и выходов

 

Студент на основании изученной теории по минимизации с помощью карт Карно получает следующий набор функций:

.

Произведя некоторую оптимизацию функций, студент строит функциональную схему автомата, которая является основой для моделирования в компьютерной среде (рис.4).

Рисунок 4 – Функциональная схема автомата

Пример 2. Компьютерной модели управления устройством (MP3-плеер).

Анализируя работу устройства, студент разрабатывает модель управления работой с помощью автомата, представляя его графом состояний (рис. 5).

Рисунок 5 – Граф состояний автомата

Система кодирования состояний и сигналов рис.5 представлена в табл.1.

Таблица 1 – Кодирование состояний, входных и выходных сигналов

Состояние

Входные сигналы

Выходные сигналы

A1 Выключено

Z1

Кнопка «Вкл/Выкл»

W1

Включить
A2 Ожидание

Z2

Кнопка «Назад»

W2

Выключить
А3 Включено

Z3

Кнопка «Вперед»

W3

Следующая мелодия

Z4

Громкость увеличить

W4

Изменить громкость

Z5

Громкость уменьшить

W5

Играть мелодию

Z6

Кнопка «Проигрывать»

Z7

Кнопка «Пауза»

Для реализации компьютерной модели цифрового автомата в среде Delphi студент применяет шаблон на основе оператора case и обработку события BtnClick (рис. 6). Граф реализуется в процедуре automat, выполнение команд в процедуре run, состояние автомата храниться в переменной state, сигнал от кнопок в signal.

Рисунок 6 – Шаблон кода для реализации автомата

На основе шаблона студент достаточно быстро получает реализацию модели (рис. 7) и исследует ее работу. По окончании исследования оформляется отчет.

Рисунок 7 – Компьютерная модель

В университете принята балльно-рейтинговая система [39], поэтому была разработана система оценивания научно-исследовательской работы [40, 41] (табл.2).

Таблица 2 – Оценивание научно-исследовательской работы по дисциплине «Теория автоматов»

Вид деятельности

Максимальное кол-во баллов

Подбор устройства (оригинальность)

2

Проработка теоретической части

5

Проведение обзора исследований

5

Проектирование логической схемы

10

Реализация в системе Electronics WorkBench

10

Реализация компьютерной модели

10

Ответы на вопросы

8

ИТОГО

50

За научно-исследовательскую работу студент получает половину максимально возможных баллов по дисциплине, что позволяет ему, в конечном счете, претендовать на положительную оценку на экзамене без его сдачи (в виде «автомата»).

Таким образом, введение в методику преподавания по дисциплине научно-исследовательской работы позволяет научить студентов основным качествам, которые будут необходимы при выполнении выпускной квалификационной работы.


Библиографический список
  1. Государственные образовательные стандарты, примерные учебные планы и программы высшего профессионального образования. URL: http://www.edu.ru/db/portal/spe/index.htm
  2. Ткаченко А. В., Обухова Н. А., Соколова А. С. Формирование профессионально – исследовательской культуры бакалавра на основе НИРС экологической направленности // Международный журнал экспериментального образования. 2012. № 4-2. С. 247-249.
  3. Сербулов Ю. С., Конрфельд И. Н., Крутов И. Н. Модель процесса организации НИРС на основе метода группового проектного обучения // Вестник Воронежского института высоких технологий. 2008. № 3. С. 183-186.
  4. Максимова Е. В., Бабинцева Т. В. НИРС – как одна из форм формирования молодого специалиста // Вестник Ижевской государственной сельскохозяйственной академии. 2012. № 2 (31). С. 83-84.
  5. Юрмазова Т. А., Шахова Н. Б., Мирошниченко Ю.Ю. Исследовательская компетентность преподавателя как фактор успешной организации НИРС // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 5. С. 192.
  6. Лукашин А. В., Чиганашкин В. В. Использование электроэнцефалографа «Нейрон-спектр» в НИРС // Молодежный научно-технический вестник. 2012. № 03. С. 2.
  7. Матушкин Н., Столбова И., Ульрих Т. НИРС как составляющая системы формирования компетенций специалиста // Alma mater (Вестник высшей школы). 2007. № 5. С. 3-7.
  8. Котлярова Е. А., Механцева К. Ф. Статистический анализ и планирование уровня исследовательской компетентности студента в подсистеме управления НИРС // Учет и статистика. 2010. Т. 4. № 20. С. 87-92.
  9. Баженов Р. И., Векслер В. А. Формирование модели обучения взрослых основам информационных технологий: региональный аспект: монография. Биробиджан: Изд-во ФГБОУ ВПО «ПГУ им. Шолом-Алейхема», 2014. 174 с.
  10. Салангина Н. Я. Формирование профессиональных компетенций в процессе обучения в педагогическом вузе // Теория и практика общественного развития. 2012. № 12. С. 225-227.
  11. Богатенков С. А. Формирование информационной и коммуникационной компетентности в профессионально-педагогическом образовании // Профессиональное образование в России и за рубежом. 2012. № 8. С. 47-51.
  12. Богатенков С. А. Классификация информационных и коммуникационных компетенций в профессионально-педагогическом образовании как фактор дидактической безопасности // Мир науки, культуры, образования. 2013. № 1 (38). С. 45-48.
  13. Лагун И.М., Хвалина Е.А., Чарина Н.С. НИРС – как элемент самостоятельной работы // Сборник научных трудов Sworld. 2008. Т. 18. № 1. С. 6-9.
  14. Червова А. А., Янюк И. А. Формирование исследовательских умений студентов вузов // Наука и школа. 2007. № 6. С. 11-14.
  15. Поличка А. Е., Исакова А. П. Подходы проектирование содержания организации самостоятельной работы обучаемых в условиях формирования специальных профессиональных компетенций // Педагогическое образование и наука. 2012. №6. С.74-76.
  16. Баженов Р. И. Использование системы moodle для организации самостоятельной работы студентов // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2014. № 3 (93). С. 174-175.
  17. Лучанинов Д. В. Проектирование инфраструктуры информационно-образовательной среды на примере Приамурского государственного университета имени Шолом-Алейхема // Вестник Челябинского государственного педагогического университета. 2013. №8. С. 83-91.
  18. Клыгина Е. В. Организация научно-исследовательской работы студентов специальности «Математика» в рамках учебного процесса // Вестник Тамбовского университета. Серия: Естественные и технические науки. 2012. Т. 17. № 1. С. 227-228.
  19. Шелковникова Н. В. Проектирование модели формирования исследовательской компетентности специалиста АПК в процессе научно-исследовательской работы студентов на младших курсах // Вестник Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования “Московский государственный агроинженерный университет им. В.П. Горячкина”. 2009. № 6. С. 100-103.
  20. Баженова Н. Г. Самоорганизация студенчества в вузе: тезаурусный подход // Вестник Тихоокеанского государственного университета. 2013. № 4 (31). С. 247-254.
  21. Баженова Н. Г. Самоорганизация студенчества: заданность или данность? // Высшее образование в России. 2012. № 3. С. 81-86.
  22. Коровина И. А. Студенческое научное общество как пространство самообразовательной деятельности // Интеллект. Инновации. Инвестиции. 2011. № 2. С. 185-188.
  23. Пахомова Т. Г. Самостоятельная работа как средство формирования основ самоорганизации студентов и самообразования // Научный вестник МГИИТ. 2011. № 6. С. 122-125
  24. Фомина С. Н., Харитонова И. В. Организация самостоятельной работы как средство самоорганизации студентов в условиях личностно-ориентированного подхода в обучении // Социальная политика и социология. 2010. № 7. С. 70-77.
  25. Баженов Р. И. Методические рекомендации для выполнения курсовой работы по дисциплине «Теория автоматов». Биробиджан: Изд-во ДВГСГА, 2008. 20 с.
  26. Баженов Р. И. Интеллектуальные информационные технологии. Биробиджан: ПГУ им. Шолом-Алейхема, 2011. 176 с.
  27. Баженов Р. И. Практикум по технологии разработки программного обеспечения: лабораторный практикум. Биробиджан: Изд-во ГОУВПО «ДВГСГА», 2011. 58 с.
  28. Баженов Р. И. Практикум по проектированию информационных систем. Биробиджан: Изд-во ПГУ им. Шолом-Алейхема, 2012. 120 с.
  29. Баженов Р. И., Векслер В. А. Анализ потребительских корзин в 1С: Предприятие на примере АВС-анализа // Информатизация и связь. 2013. №5. С. 117-123.
  30. Баженов Р. И., Векслер В. А. Реализация XYZ-анализа в программном коде внутреннего языка программирования 1С: Предприятие 8.3 // Информатизация и связь. 2014. №1. С. 35-40.
  31. Баженов Р. И., Гринкруг Л. С. Информационная система Абитуриент-Деканат ФГБОУ ВПО «Приамурский государственный университет им. Шолом-Алейхема» // Информатизация и связь. 2013. № 2. С. 97-99.
  32. Баженов Р. И., Гринкруг Л. С. Информационная система по расчету и распределению нагрузки профессорско-преподавательского состава ФГБОУ ВПО «Приамурский государственный университет им. Шолом-Алейхема» // Информатизация и связь. 2012. №5. С. 75-78.
  33. Баженов Р. И., Лопатин Д. К. О применении современных технологий в разработке интеллектуальных систем // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2014. № 3 (93). С. 263-264.
  34. Баженов Р. И., Афанасьева М. А. Разработка программной модели контроля дверей холодильника на основе теории автоматов // Журнал научных публикаций аспирантов и докторантов. 2014. №4(94). С. 306-308.
  35. Баженов Р. И. Проектирование методики обучения дисциплины «Интеллектуальные системы и технологии» // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 5. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/05/34813 (дата обращения: 27.05.2014).
  36. Баженов Р. И. О методике преподавания метода анализа иерархий в курсе «Информационная безопасность и защита информации» // Современные научные исследования и инновации. 2014. №4. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/04/33202 (дата обращения: 27.05.2014).
  37. Баженов Р. И. Об организации деловых игр в курсе «Управление проектами информационных систем» // Научный аспект. 2014. Т. 1. № 1. С. 101-102.
  38. Баженов Р. И. О методике преподавания дисциплины «Управление проектами информационных систем» // Современные научные исследования и инновации. 2014. № 3. URL: http://web.snauka.ru/issues/2014/03/32980 (дата обращения: 27.05.2014).
  39. Баженова Н., Фишман Б. Балльно-рейтинговая система в ДВГСГА // Высшее образование в России. 2007. № 7. С. 122-127.
  40. Баженова Н. Г. Теоретические основания конструирования критериев оценки качества функционирования самоорганизации студенчества в вузе // Мир науки, культуры, образования. 2011. № 6-2. С. 74-77.
  41. Штепа Ю. П. Методика обучения старшеклассников решению задач по информационному моделированию в контексте новых образовательных результатов: монография. Биробиджан: Изд-во ДВГСГА, 2010. 100 с.


Все статьи автора «Баженов Руслан Иванович»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: