Проекты

Краткое описание

Создаются средства поддержки проектирования цифровых систем управления в рамках тренировочных турниров чемпионата ИТ-сферы Ульяновской области по программированию среди школьников (ulivt.ru), разрабатываются прототипы конкретных систем, для каждого из которых выделяются наборы турнирных задач. Для каждой турнирной задачи создаются тесты автоматической проверки. При этом используется парадигма разделения функциональности цифровой системы управления, известная в мире программирования под аббревиатурой MVC (Model-View-Control). Участники решают задачи, реализующие часть Model (алгоритмы этой части являются по сути дела "интеллектом" цифровой системы управления) , а разработчиками создаваемой инфраструктуры обеспечивается реализация частей View и Control. В рамках одного турнира все решения задач интегрируются в общую функциональность цифровой системы управления. Планируется создание следующих прототипов цифровых систем управления:
- многоканальный цифровой таймер программного управления;
- система управления новогодней иллюминацией;
- система управления транспортным роботом;
- система управления климатом теплицы.
Мероприятия, обеспечивающие апробацию и внедрение созданной инфраструктуры, включают в себя:
а) апробация созданных программных средств и наборов задач в тренировочных турнирах 4 сезонов:
- "Осень-2018"(октябрь 2018),
- "Зима-2019" (январь 2019),
- "Лето-2019"(июль-август 2019),
- "Осень-2019" (октябрь 2019);
б) проведение семинаров для наставников и учителей школ с целью обучения их методике
вовлечения школьников в проектно-ориентированное обучение на основе
созданной инфраструктуры.

После окончания турниров наборы задач с тестами автоматической проверки решения и средства информационно-программной поддержки проектирования конкретных прототипов цифровых систем управления перемещаются в сборник задач чемпионата и остаются доступными для решения. Более того, любая школа с помощью создаваемой инфраструктуры может организовать турнир по проектированию программных средств управления с публикацией соответствующей турнирной таблицы в реальном времени.

Инновационность и уникальность проекта заключается в том, что в нем сочетаются традиционная функциональность онлайн-архивов задач по программированию и систем проведения соревнований (acmp.ru, acm.timus.ru, codeforces.com, informatics.mccme.ru, spoj.com, uva.onlinejudge.org) со средствами интеграции реализаций программных функций автоматизированных систем и систем моделирования объектов управления, что характерно для дорогостоящих систем поддержки проектирования автоматизированных систем. Кроме того, разные школы могут одновременно решать задачи из сборника и иметь при этом независимые турнирные таблицы, что недоступно в большинстве традиционных архивов задач.

Цель

1. Создание условий для массового вовлечения школьников и студентов колледжей в учебно-исследовательские проекты по созданию прототипов цифровых систем управления независимо от оснащенности школ аппаратными средствами микропроцессорной техники.
2. Расширение географии участников учебно-исследовательских проектов по созданию прототипов цифровых систем управления за счет обеспечения независимости местонахождения участника от местонахождения наставников и инструментальных средств поддержки проектирования.

Задачи

1. Разработка таких программных средств управления решениями турнирных задач, которые обеспечивают включение функциональности, реализованной участниками турниров, в прототип создаваемой системы управления.
2. Разработка программных средств поддержки мониторинга хода реализации проектов на сайте чемпионата ИТ-сферы и в личных кабинетах учителей информатики.
3. Создание программных средств поддержки инспекции исходного кода программ участников турниров.
4. Создание методики такого сопровождения учебно-исследовательских проектов, при которой сохраняется достаточно высокая степень самостоятельности участников и в то же время минимизируются ситуации длительной остановки проектного процесса из-за недостатка его квалификации.
5. Разработка прототипа многоканального таймера программного управления.
6. Разработка постановок турнирных задач, реализующих функции многоканального таймера программного управления, и тестов автоматической проверки решений этих задач.
7. Обучение учителей информатики основам вовлечения учащихся в учебно-исследовательский процесс на основе создаваемой инфраструктуры. Обучение наставников основам применения методики сопровождения учебно-исследовательских проектов.
8. Организация учебно-исследовательского проектирования многоканального таймера программного управления участниками тренировочного турнира сезона «Осень-2018» чемпионата ИТ-сферы Ульяновской области по программированию среди школьников.
9. Разработка прототипа системы управления новогодней иллюминацией.
10. Разработка постановок турнирных задач, реализующих функции системы управления новогодней иллюминацией, и тестов автоматической проверки решений этих задач.
11. Организация учебно-исследовательского проектирования системы управления новогодней иллюминацией участниками тренировочного турнира сезона «Зима-2019» чемпионата ИТ-сферы Ульяновской области по программированию среди школьников.
12. Разработка прототипа системы управления транспортным роботом.
13. Разработка постановок турнирных задач, реализующих функции системы управления транспортным роботом, и тестов автоматической проверки решений этих задач.
14. Организация учебно-исследовательского проектирования системы управления транспортным роботом участниками тренировочного турнира сезона «Лето-2019» чемпионата ИТ-сферы Ульяновской области по программированию среди школьников.
15. Разработка прототипа системы управления климатом теплицы.
16. Разработка постановок турнирных задач, реализующих функции системы управления климатом теплицы, и тестов автоматической проверки решений этих задач.
17. Организация учебно-исследовательского проектирования системы управления климатом теплицы участниками тренировочного турнира сезона «Осень-2019» чемпионата ИТ-сферы Ульяновской области по программированию среди школьников.
18. Подготовка отчета о проекте и проведение семинара с участием команды проекта, учителей информатики, наиболее активных участников тренировочных турниров.

Обоснование социальной значимости

Социальная значимость проекта заключается в расширении возможностей школьников по приобретению начальных знаний и умений по разработке цифровых систем управления. Это расширение имеет шесть основных аспектов.
Во-первых, в учебно-исследовательский процесс разработки цифровых систем управления удается вовлечь школьников из самых разных частей региона. В настоящее время работа в этом направлении проводится в рамках проекта Кванториум, однако действующие центры охватывают только небольшую долю учащихся, тогда как в чемпионате ИТ-сферы Ульяновской области, с которым интегрируется создаваемая инфраструктура, на середину марта 2018 года участвуют 15 школ, находящихся за пределами областного центра.
Во-вторых, создаваемая инфраструктура строится как веб-ориентированная, что позволяет принимать участие в проекте учащимся с ограниченными возможностями, что повышает их шансы получить в дальнейшем выгодную надомную работу в сфере высоких технологий.
В-третьих, естественная ограниченность квалификации школьных учителей информатики в части проектирования цифровых систем управления перестает оказывать существенное ограничивающее влияние на учебно-исследовательскую активность школьников. Этому способствуют включаемые в создаваемую инфраструктуру средства автоматизации тестирования решений и средства поддержки инспекции кода со стороны наставников проектов (code review). Задействование технологий инспекции кода является важным инструментом предоставления помощи квалифицированных наставников удаленным участникам проектов.
В-четвертых, отсутствие в школах микропроцессорных комплектов, устройств индикации, исполнительных механизмов и средств измерительной техники перестает быть существенным фактором, ограничивающим участие школьников в проектах создания систем цифрового управления.
В-пятых, программный код участников тренировочных турниров может быть написан на одном из нескольких языков программирования, задействованных в турнирах (в настоящее время это Паскаль, С++, C#, Java, Python). Это обстоятельство позволяет школьникам выбрать именно тот язык, который изучается в их учебном заведении, а преподавателям — использовать задачи в рамках учебных курсов по программированию (на уроках информатики или на занятиях кружков).
В-шестых, процесс разработки работоспособного прототипа, в создание которого школьник внес заметный вклад, требует значительно меньше времени за счет активного использования функций созданной инфраструктуры.

География проекта

Ульяновская область

Целевые группы

1. Ученики 7-11 классов школ и студенты колледжей Ульяновской области независимо от места проживания и ограниченных возможностей, не мешающих пользоваться Интернет