Ana səhifə

Использование свободного программного обеспечения в университете Алексеев Е. Р., Чеснокова О. В


Yüklə 111.26 Kb.
tarix24.06.2016
ölçüsü111.26 Kb.

Использование свободного программного обеспечения в университете

Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В.,

Донецкий национальный технический университет, г. Донецк


Стремительное развитие компьютерной техники и программного обеспечения в последние годы привело к тому, что компьютерные технологии проникли во все сферы человеческой деятельности. На сегодняшний день невозможно представить себе высококвалифицированного специалиста в любой отрасли, не владеющего IT-технологиями. В связи с этим у преподавателей университетов возникает проблема выбора программного обеспечения для компьютерной подготовки студентов. Традиционно во многих вузах бывшего СССР в учебном процесса используются проприетарные продукты компаний Microsoft, Adobe, Corel и ряда других. Однако, немногие университеты могут позволить себе купить проприетарные программные продукты на все компьютеры. Кроме того при обучении студентов на базе проприетарных продуктов возникает ряд проблем.

  1. Существует опасность обучение студента фундаментальным и прикладным дисциплинам (информатика, вычислительная математика и др.) заменить применением конкретного пакета.

  2. Невысокая безопасность работы на компьютерах под управлением операционных систем семейства Windows. Кроме традиционных проблем безопасности: вирусы, атаки из Сети и т.д., существует проблема подготовки специалистов, связанных с безопасностью (оборонные отрасли, космонавтика, ядерная физика и т.д.). На наш взгляд следует использование проприетарных программ при подготовке подобных специалистов свести к минимуму.

  3. Покупка университетами проприетарных программ по льготным ценам (академическая лицензия MSDNN AA и т.д.) делает их заложниками и пропагандистами (явными или неявными) определенных IT-корпораций. Кроме того, эти корпорации могут в любой момент поменять правила приобретения программного обеспечения.

Какая же альтернатива проприетарным программам существует при обучении студентов университетов? На взгляд авторов реальной альтернативой проприетарным программным продуктам уже сегодня стали свободные программы. Бурное развитие свободных программ в последние годы делает их реальными конкурентами проприетарных программ. У свободных программ есть следующие преимущества перед проприетарными:

  • большая надежность и защищенность свободных программ (ошибки в свободных программах исправляются намного быстрее, чем в проприетарных);

  • возможность неограниченного использования, распространения и модификации программ;

  • тестируются и используются самые современные компьютерные технологии;

  • многие свободные программы изначально разрабатываются, как мультиязычные;

  • использование помощи сообщества разработчиков и пользователей программы.

Всё это позволяет рекомендовать использовать именно свободные программы в университетах в учебном процессе и научных исследованиях. Компьютерную подготовку студентов технических университетов можно разделить на несколько этапов:

    1. Базовый курс информатики.

    2. Использование компьютерных технологий при преподавании фундаментальных и специальных дисциплин.

    3. Использование полученных знаний при собственных научных исследованиях.

Авторы многие годы читают базовый курс информатики для студентов инженерных специальностей в Донецком национальном техническом университете. Этот курс можно разделить на две части: изучение фундаментальных основ информатики (алгоритмизация, основы программирования и элементы логики) и совершенствование пользовательской направленности, связанной с изучением компьютерных технологий. В результате изучения курса студент должен не только знать основные положения принципы информатики, но и быть подготовленным пользователем, уметь работать с операционной системой (ОС), использовать и осваивать следующие классы программного обеспечения: программы для работы в Интернете, офисные программы, математические программы, программы моделирования, обработки и визуализации данных, средства разработки программ (компиляторы).

Опыт показывает, что выбор программного обеспечения (ПО) имеет большое значение в организации учебного процесса. Значительный интерес представляет свободно распространяемое кроссплатформенное ПО, которое бурно развиваются в последние годы и составляет реальную конкуренцию проприетарным программам.

Сегодня в качестве альтернативы проприетарной операционной системы MS Windows можно предложить использовать следующие свободные операционные семейства Linux Ubuntu, такие, как Ubuntu, Kubuntu, Xubuntu, Runtu, Linux Mint; ОС Mandriva Linux; операционные системы семейства ALTLinux; ОС ASPLinux и ряд других.

Одно из преимуществ ОС семейства Linux это простота установки. Современные дистрибутивы Linux устанавливаются проще и быстрее, чем привычная ОС Windows. К тому же многие дистрибутивы поставляются в виде LiveCD (LiveDVD), что позволит пользователю предварительно познакомиться с операционной системой, не устанавливая ее на компьютер. Существуют дистрибутивы ориентированные на очень слабые машины (процессор 300-400 МГц, память от 128 Мб), но самому современному дистрибутиву Linux хватит компьютера с процессором от 1 ГГц, памятью 512-1024 Мб и жестким диском от 20 Гб. Большинство дистрибутивов семейства ОС Linux являются свободно распространяемыми и содержат свободные или бесплатные программы. Наличие огромного количества дистрибутивов дает пользователю возможность выбрать «свой». ОС семейства Linux имеют удобный и не требовательный к ресурсам компьютера графический интерфейс ОС. Логичная организация файловой системы ОС Linux позволяет разделить права доступа к файлам и сделать компьютер более защищенным к атакам из Сети и практически неуязвимым к вирусам. Не маловажную роль играет и большой набор программного обеспечения, репозиторий современного дистрибутива составляет 20-30 Гб программ.

Современный учебный процесс невозможен без использования всемирной сети Интернет. Среди кроссплатформенных свободных программ для работы во всемирной сети можно выделить web-браузер Mozilla FireFox, почтовые клиенты Mozilla Thunderbird и claws-mail, мультипротокольную программу для обмена мгновенными сообщениями pidgin. Данные программы являются стабильными, полнофункциональными, и более защищенными, чем стандартные программные средства входящие в состав ОС Windows.

Чаще всего в учебном процессе в качестве средств разработки программ используются языки программирования Basic, Pascal или C/C++. В качестве свободной среды для программирования на Basic можно предложить OpenOffice.org Calc и Gambas (для Linux). При иcпользовании языка программирования Pascal можно выбирать между Gnu Pascal, Free Pascal и системой визуального программирования Lazarus. Программирование на C/С++ можно изучать, используя компилятор gcc(g++). При программировании на С/(С++) или Pascal под управлением как операционной системы Windows, так ОС семейства Linux, в качестве среды программирования можно предложить использовать кроссплатформенный редактор Geany.

Следующим, важным этапом в учебном процессе является использование офисных программ. Оформление отчетов, курсовых и дипломных работ на сегодняшний день не мыслимо без компьютера. Кроме того, электронные таблицы, входящие в состав многих офисных пакетов можно использовать не только для оформления документов, но и для проведения различных вычислений и исследований. Существует ли альтернатива проприетарному пакету MS Office? В первую очередь это кроссплатформенные свободные офисные пакеты OpenOffice.org, GNOME Office.

Офисный пакет OpenOffice.org является кроссплатформенным и входит в репозитарии большинства современных дистрибутивов Linux. Пакет состоит из следующих приложений: текстовый процессор OpenOffice.org Writer, редактор математических формул OpenOffice.org Math, графический редактор OpenOffice.org Draw, программа работы с презентациями OpenOffice.org Impress, система управления базами данных OpenOffice.org Base и электронные таблицы OpenOffice.org Calc.

Документы в формате OpenOffice.org занимают намного меньше места, чем в формате MS Office. Это достигается путем использования собственного открытого формата хранения данных со встроенной архивацией на ходу (при сохранении и открытии файлов). Кроме того, программы из пакета OpenOffice.org сохраняют файлы в формате MS Office 95-2003, а открывают документы, даже созданные в MS Office 2007. Такие возможности свободно распространяемого офисного пакета OpenOffice.org, как экспорт в форматы Pdf и TEX, не имеют аналогов у конкурента из компании Microsoft.

Текстовый процессор OpenOffice.org Writer является достойным конкурентом и обладает всеми возможностями MS Office Word. А при создании и вёрстке документов большого объема и сложной структуры OpenOffice.org Writer даже удобнее MS Word.

Редактор математических формул OpenOffice.org Math позволяет создавать формулы любой сложности. Он имеет средства не только визуального создания формул (как и в Microsoft Equation), но и встроенный язык разметки формул.

Векторный графический редактор OpenOffice.org Draw функционально сравним с CorelDRAW. Однако для рисования таких объектов, как блок-схемы и электрические схемы, лучше использовать, свободный графический редактор dia из состава Gnome Office.

Программа работы с презентациями OpenOffice.org Impress — добротный продукт, не уступающий Microsoft Office PowerPoint.

Электронные таблицы представлены в OpenOffice приложением OpenOffice.org Calc. Как и в любых электронных таблицах, в OpenCalc есть возможность расчета по формулам, средства для обработки больших объемов данных, функции, поддерживающие матричные операции, команды позволяющие решать уравнения с одной переменной. Для решения задач оптимизации и сводящихся к ним в MS Excel есть специальный мощный оптимизационный модуль. В состав OpenOffice.org Calc ранних версий модуль решения задач оптимизации не входит. В состав OpenCalc версии 3.0 и выше входит модуль решения задач линейного программирования (линейных оптимизационных задач). Для решения нелинейных задач оптимизации есть расширение Solver for Nonlinear Programming. Так же в OpenCalc присутствует большое количество статистических и финансовых функций. Кроме того, пользователи Openoffice.org Calc могут использовать полноценный визуальный объектно-ориентированный язык программирования OpenOffice.org Basic.

Единственным компонентом, значительно уступающим своему конкуренту из Microsoft, является система управления базами данных OpenOffice.org Base. Но, судя по темпам развития OpenOffice, создание мощной СУБД — это вопрос времени.

Офисный пакет OpenOffice.org может занять достойное место на компьютере студента, преподавателя, инженера и научного работника, однако, нужно помнить, что как и MS Office, OpenOffice.org сложно будет использовать на компьютерах с малым количеством оперативной памяти (< 256 Мб). В качестве альтернативы OpenOffice.org можно рекомендовать текстовый процессор AbiWord и электронные таблицы Gnumeric из пакета Gnome Office. Текстовый процессор AbiWord не обладает такими возможностями, как MS Word и OpenWriter. В частности он не поддерживает работу с формулами и не предназначен для вёрстки сложных документов, однако, его можно использовать на слабых машинах. Gnumeric — вполне достойный конкурент MS Excel и OpenCalc.

Свободно распространяемый кроссплатформенный графический редактор dia, применяемый для построения специализированных схем (блок-схемы, электрические схемы и т.п.) может составить конкуренцию проприетарному пакету MS Visio.

В качестве же полноценного точечного графического редактора можно рекомендовать свободно распространяемый редактор GIMP.

Особое место среди программного обеспечения в технических университетах, а также на математических и физических факультетах классических университетов занимают математические программы. Этими программами сотрудники вузов используются в научной деятельности. Студенты начинают знакомство с ними в базовом курсе информатики, используют во многих фундаментальных и специальных курсах, а также в собственной исследовательской работе. Поэтому выбор программных средств этого класса очень важен. Среди свободных математических пакетов можно выделить следующее многофункциональные программы.

Scilab — система компьютерной математики, которая предназначена для выполнения инженерных и научных вычислений [1]. По возможностям пакет Scilab практически не уступает Mathcad, а по интерфейсу близок к Matlab В Scilab реализованы численные методы решения следующих большинства задач вычислительной математики. Для решения нестандартных задач в Scilab есть довольно мощный объектно-ориентированный язык программирования (sci-язык). Графические возможности Scilab не уступают проприетарным математическим пакетам. Следует обратить внимание на то, что в состав Scilab входит Scicos — система компьютерного моделирования, аналогичная Simulink.

Maxima [2] — математическая система символьных и численных вычислений. Программа работает в консольном режиме и виде оконного приложения. При проведении вычислений, Maxima использует точные дроби, целые числа и числа с плавающей точкой произвольной точности, что позволяет проводить вычисления с очень высокой точностью. С ее помощью можно проводить операции с векторами, матрицами и тензорами, решать задачи дифференцирования, интегрирования, вычисления пределов, разложения в ряд, выполнять преобразования Лапласа, решать обыкновенные дифференциальные уравнения, задачи обработки экспериментальных данных, нелинейные уравнений и системы, строить двух и трехмерные графики. Следует обратить внимание, что в Maxima присутствует встроенный макроязык [4], благодаря чему программа становится практически неограниченно расширяемым инструментом для проведения как численных, так и символьных вычислений. А совместно с текстовым редактором TexMacs и рассмотренным ранее пакетом Scilab может быть более мощной средой в ОС семейства Linux для проведения расчетов и оформления документов, чем MathCad в среде Windows. На сегодняшний день Maxima — незаменимый инструмент не только на компьютере ученого, но и уникальная программа для использования в учебном процессе при изучении не только курса информатики, но и классического курса высшей математики в университетах [4].

Для решения математических задач можно использовать Octave — высокоуровневый язык программирования, совместимый с MATLAB. Существует удобная графическая среда QtOctave для работы Octave.

Кроме того, для решения задач вычислительной математики и проведения аналитических расчетов следует обратить внимание на математический пакет Sage, который объединяет множество существующих свободных пакетов единой среде, написанной на Python.

Для решения дифференциальных уравнений в частных производных методом конечных элементов и визуализации решения есть свободно распространяемые пакеты freefem и freefem3d, которые по своим возможностям не уступают модулю решения уравнений математической физики из пакета MATLAB.

Для построения графиков и обработки данных, кроме gnuplot существует большое количество свободных программ: Extrema, RLPlot, Fityk, Gretl, MayaVi, Zhu3D, OpenDX, Veusz. Одной из наиболее удачных программ для построения двух и трехмерных графиков и анализа данных является кроссплатформенный пакет научной графики Scidavis. Его возможности можно сравнить с хорошо известной проприетарной программой Origin.

Рассмотренные выше свободные пакеты, можно рекомендовать использовать для обработки, моделирования и визуализации данных не только в образовательных, но и в исследовательских организациях. Это позволит использовать в учебном процессе и в научных исследованиях качественные легальные программы.

Последние четыре года годы авторы пытаются внедрять свободное программное обеспечение в Донецком национальном техническом университете, за эти годы сделано следующее:


  • разработан курс информатики для студентов инженерных специальностей на базе пакета Scilab, на базе которого написана книга по пакету Scilab [1];

  • разработаны лекции по программированию на Паскале и С++ для ОС Linux; в 2009-2010 курс «Введение в информатику» для студентов электротехнического факультета впервые читается на базе свободного кроссплатформенного ПО;

  • читается курс для преподавателей «Использование свободного программного обеспечения (СПО) в учебном процессе», который могут посещать все сотрудники университета;

  • на кафедре «Вычислительная математика и программирование» на базе довольно старых компьютеров (процессор Celeron 600 МГц, ОЗУ — 512 МБ) создан учебный класс под управлением ОС Runtu Office, в котором проводятся занятия по повышению квалификации преподавателей университета, а также некоторые лабораторные работы со студентами 1 курса;

  • собран DVD диск с используемыми в учебном процессе свободными программами и русскоязычной документацией к ним;

  • заканчивается оформление сайта «Использование СПО в учебном процессе» [5].

Для широкого внедрения свободного программного обеспечения в университетах необходимо решить следующие задачи:

  1. Обновление компьютерного парка в университетах. Ведь до сих пор в ряде университетов используются компьютеры 15-летней давности.

  2. Переработка и согласование рабочих программ различных курсов, читаемых в университетах.

  3. Написание учебников и методических рекомендаций по использованию свободного программного обеспечения.

  4. Преодолеть инертность мышления руководителей университетов и технических специалистов в различных отраслях.

Поэтому, для широкого внедрения свободного программного обеспечения в университетах требуется координационный центр на территории бывшего СССР. Время энтузиастов-одиночек прошло. В качестве этого центра может выступить созданная кафедра открытого программного обеспечения в одном из крупных российских университетов или крупный on-line образовательный ресурс под эгидой одного из университетов на территории бывшего СССР.

Кроме всего прочего использование свободного ПО в учебном процессе делает университеты независимыми от ценовой политики крупных IT-корпораций и предоставляет студенту и преподавателю свободу выбора.



Литература

  1. Алексеев Е.Р., Чеснокова О.В., Рудченко Е.А. Scilab: Решение инженерных и математических задач. - М.: ALT Linux; Бином. Лаборатория знаний, 2008. - 260с. (http://docs.altlinux.org/books/2008/altlibrary-scilab-20090409.pdf).

  2. Житников Вадим. Компьютеры, математика и свобода. URL: http://www.computerra.ru/gid/266002 (дата обращения: 29.07.2009).

  3. Колисниченко Д. Ubuntu Linux. Краткое руководство пользователя. - СПб: БХВ-Петербург, 2007.

  4. Чичкарёв Е.А. Компьютерная математика с Maxima. Руководство для школьников и студентов. URL: http://www.altlinux.org/Books:Maxima (дата обращения: 31.07.2009) (http://git.altlinux.org/people/bertis/public/?p=books-MaximaBook.git;a=blob;f=book_new_style.pdf).

  5. Использование свободного программного обеспечения. URL: http://www.teacher.dn-ua.com (дата обращения: 03.08.2009).


Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©atelim.com 2016
rəhbərliyinə müraciət