ИТО-Марий Эл-2007 / Обобщение опыта использования ИКТ в образовании : только публикация 

ОТОБРАЖЕНИЕ В ЭЛЕКТРОННОЙ ФОРМЕ ПРОЦЕССА НАПИСАНИЯ СИМВОЛОВ НА ДОСКЕ ПРИ ЧТЕНИИ ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНАМ ИЗ ОБЛАСТИ ТОЧНЫХ НАУК

Попов Александр Александрович

Марийский государственный педагогический институт им.Н.К.Крупской, г. Йошкар-Ола

Традиционная российская форма изложения лекций предполагает написание всех символов на доске с параллельным комментарием. Подобное изложение удобно для студентов, т.к. лектор более подробно и с разных позиций комментирует проблемные моменты излагаемого материала. При синхронном переписывании математических формул с доски студент частично запоминает лекционный материал. Студентам легче подготовиться к экзамену, а также они имеют возможность более осмысленно использовать лекции во время проведения семинаров и лабораторных работ. Традиционная форма подачи материала, по-видимому, является лучшей, т.к. именно российские физики-теоретики и математики являются востребованными за рубежом.

Преподаватель при изложении лекции испытывает определенные трудности. За время лекции приходится многократно стирать доску. При этом мелом пачкаются и руки, и одежда. Использование стеклянных досок и маркеров не спасает ситуацию. Данный способ написания символов возможен только при небольшом объеме информации. Оставаясь в рамках традиционного подхода при изложении материала, можно значительно упростить реализацию этого подхода, если использовать при чтении лекции компьютер и видеопроектор. Вместо того чтобы писать мелом на доске, преподаватель, нажимая на одну и ту же клавишу компьютера, будет выводить на экран математические формулы последовательно по одному символу. Основное внимание в данном случае можно сосредоточить на комментариях формул. При написании символов на доске лектор находится спиной к аудитории и хотя бы временно теряет контакт со студентами. При выводе символов на экран лектор может расположить монитор компьютера таким образом, чтобы находиться лицом к аудитории и контролировать процесс восприятия студентами материала.

Реализация процесса посимвольного вывода формул на экран осуществляется с помощью специального комплекса компьютерных программ. Основную роль играют две программы. Одна из них позволяет заранее перед лекцией набрать на клавиатуре все символы, которые преподаватель планировал бы написать на доске мелом. Из этих символов формируется файл или группа файлов. С помощью второй программы эти символы из файла во время лекции выводятся на экран. В качестве языка программирования выбран алгоритмический язык Java, откомпилированные файлы которого могут быть интерпретированы на компьютере с любой платформой и с любой операционной системой. Данные программы решают узкую специализированную задачу, поэтому удалось разработать дружественный интерфейс, в рамках которого некоторые подзадачи решаются даже проще, чем в MicroSoft Word. Например, переход к греческим буквам или специальным математическим символам происходит сразу после нажатий клавиш F3 и F4, а обратный переход к двум шрифтам, которые здесь используются, следует после нажатия клавиш F1 и F2. Уменьшение шрифта и расположения курсора для ввода индексов или показателей степени происходит сразу после нажатий клавиш PgUp и PgDn. Для перепрограммирования  клавиатуры в программах используется интерфейс KeyListener и метод keyPressed [1]. Программы ввода и коррекции символов содержат дополнительный класс, который формирует в случае необходимости второе окно с таблицами соответствия латинских букв клавиатуры с греческими буквами или математическими символами. При нажатии клавиши F5 программа переводится в режим работы, когда можно включать в информационный файл графические компоненты: линию, линию со стрелкой, пунктирную линию, эллипс, прямоугольник, прямоугольник со скругленными углами. Для каждого компонента необходимо на экране задать две точки. Точка образуется после щелчка левой кнопки мыши. Положение точки можно корректировать, смещая ее на один пиксель влево, вправо, вверх, вниз при каждом нажатии клавиш ←, →, ­, ¯. При формировании файлов в правой части расположена небольшая информационная панель с текущими координатами в пикселях для точек, между которыми будет выведен текущий графический компонент. В этом режиме работы в информационный файл могут быть включены большие фигурные, большие квадратные и большие круглые скобки, а также математические символы следования и эквивалентности, которые автору не удалось обнаружить в таблице кодировки символов Unicode. Каждый из указанных символов в данном случае является графическим компонентом, который вписываются в прямоугольную область, ограниченной по диагонали двумя точками. 

При отображении символов на экране в полной мере имитируется процесс написания символов на доске, когда лектор стирает только часть доски, оставляя последние символы. В электронном виде для новых символов после заполнения экрана автоматически освобождается 2/3 его верхней части, а оставшаяся часть экрана освобождается после заполнения очередной страницы на треть. При посимвольном просмотре нескольких страниц математического текста в программе предусмотрен возврат на предыдущие страницы. После подготовки формул запись их в файл происходит автоматически. Программа определяет наличие информационных файлов и присваивает вновь сформированному файлу очередной порядковый номер.

Каждая лекция может состоять как из одного информационного файла, так и из множества мелких информационных файлов. Второй вариант организации демонстрационного материала является более гибким, т.к. лектор может легко изменить последовательность использования различных информационных блоков в лекции, а также добавить новые блоки. Одна из компьютерных программ комплекса позволяет собрать все командные строки для загрузки информационных файлов в один пакетный файл. Пакетный файл формируется специальной компьютерной программой путем визуального проектирования. После загрузки программы поле экрана разделено на две панели. На одной из них расположены номера всех информационных файлов, на другой – номера тех файлов, которые будут включены в лекцию. Путем буксировки мыши можно переместить нужные номера файлов с одной панели на другую и выстроить номера в нужной последовательности. В нижней части экрана выводится первая строка информационного файла, с которым в текущий момент производится манипуляция. Для реализации элементов визуального проектирования в программе используется интерфейс MouseListener с методами mousePressed и mouseRealesed, которые обрабатывают нажатие и освобождение левой кнопки мыши [1]. После завершения работы программы каждому номеру информационного файла ставится в соответствие командная строка. Из командных строк автоматически формируется пакетный лекционный файл с уникальным номером. Пакетный файл содержит также командную строку с файлом-менеджером, который позволяет двигаться по пакету не только вперед, но и назад к ранее просмотренным информационным блокам.

При разработке программного комплекса первоначально основной упор делался на создание лекций из мелких модулей, когда чем-то не понравившейся модуль не жалко удалить. При таком подходе необходимость в редакторе отпадает. Далее основная концепция разработки программного комплекса была скорректирована. Действительно, даже при формировании мелкого модуля можно по ошибке набрать не тот символ, а удалять модуль, например,  с одним неправильным символом нерационально, даже, если этот модуль включает несколько строк. Поэтому в программном комплексе предусмотрен простой редактор, позволяющий заменить или удалить ошибочные символы, а также вставить недостающие символы.

Во всех программах использована двойная буферизация, когда новое изображение готовится на втором буфере, а затем происходит перерисовка окна. В результате отсутствует мерцание изображения. Это особенно актуально в нашем случае, т.к. при чтении лекции изображение на экране должно постоянно изменяться.

Автор планирует бесплатное распространение разработанных программ. Программы комплекса могут обновляться, но форматы информационных файлов останутся неизменными, что позволяет уже с настоящего времени читать лекции с электронным сопровождением. 

Литература

  1. Ноутон П., Шилдт Г. Java 2. – СПб.: БХВ-Петербург, 2003, – 1072 с.