Розділи

  • Загальне

    • Овчаренко О.О.1, Триус Ю.В.2

      1Черкаський фізико-математичний ліцей

      2Черкаський державний технологічний університет

      Інтернет-ресурс для навчання еволюційним та поведінковим методам розв’язування оптимізаційних задач на базі MoodleCloud

      Вступ. Останнім часом увага багатьох дослідників у галузі оптимізації сконцентрована на застосуванні стохастичних методів пошуку глобального екстремуму. Особливе місце серед цих методів оптимізації належить евристичним методам, заснованим на імітації природніх процесів, що запозичені у живої природи і реалізують адаптивний випадковий пошук. Серед них виділяють еволюційні та поведінкові методи оптимізації. Найбільш відомими серед еволюційних методів оптимізації є генетичні алгоритми, які імітують еволюційний процес природнього відбору і генетичного наслідування серед особин популяції. У свою чергу поведінкові методи засновані на моделюванні колективної поведінки самоорганізованих популяційних систем. Серед поведінкових методів оптимізації найбільш відомими є ройові алгоритми.

      Метою даного дослідження є створення на базі хмарних технологій інтернет-ресурсу для навчання учнів фізико-математичних ліцеїв еволюційним та поведінковим методам розв’язування оптимізаційних задач.

      Дослідження виконувалось у межах науково-дослідної роботи в МАН.

      Для досягнення мети були розв’язані такі завдання:

      -     проаналізовано існуючі системи дистанційного навчання, а також сервіси мережі інтернет, що використовуються для створення навчальних ресурсів на основі хмарних технологій;

      -     спроектовано структуру веб-ресурсу «Еволюційні та поведінкові методи оптимізації» на основі хмарних технологій;

      -     розроблено загальний шаблон факультативного курсу для фізико-математичних ліцеїв у системі підтримки дистанційного навчання Moodlecloud [1];

      -     на основі створеного шаблону розроблено електронні факультативні курси «Еволюційні методи оптимізації» та «Поведінкові  методи оптимізації» для учнів фізико-математичних ліцеїв;

      -     підготовлено і розміщено методичне та інформаційне забезпечення розроблених електронних факультативів на хмарних сервісах Google disk і You Tube.

      1. Структура головної сторінки інтернет-ресурсу.

      Ресурс, що створюється [2], призначений для підтримки діяльності факультативу і містить відомості про ФІМЛІ, де розміщуються досягнення ліцею в освітній і методичній діяльності, посилання на сайт ліцею. Але основне призначення ресурсу – забезпечення учнів навчально-методичними матеріалами (у вигляді електронних факультативних курсів) з еволюційних та поведінкових методів оптимізації, що читаються викладачами Черкаського державного технологічного університету для учнів ліцею.

      На рис. 1 зображено загальну структуру  інтернет-ресурсу «Еволюційні та поведінкові методи розв’язування оптимізаційних задач» на базі хмарних сервісів MoodleCloud, Google Disk та You Tube.

      Рис. 1. Загальна структура інтернет-ресурсу

        Розглянемо більш детально деякі компоненти інтернет-ресурсу для учнів ліцею, серед яких виділемо такі розділи (рис. 2):

      ·      Новини сайту;

      ·      Про Черкаський фізико-математичний ліцей;

      ·      Факультативні курси:

      -   Еволюційні методи оптимізації;

      -   Поведінкові методи оптимізації.

      У розділі «ФІМЛІ» розміщено відомості про:

      -     історію ліцею,

      -     про викладацький склад ліцею,

      -     матеріально-технічне забезпечення ліцею,

      -     досягнення ліцею в науковій діяльності.

       

      2. Структура шаблону елекронного факультативного курсу

       

      Нами розроблений шаблон елекронного факультативного курсу, який складається з таких розділів:

      -        Загальні відомості про курс  (рис. 3);

      -        Теоретичний навчальний матеріал (рис. 3);

      o    Додаткові навчальні матеріали і ресурси;

      -        Матеріали для практичної підготовки (рис. 4);

      -        Самостійна робота учнів (рис. 4);

      -        Поточний контроль на заняттях (рис. 5);

      -        Звіти про виконання завдань до занять (рис. 5);

      -        Тематичний контроль з курсу (рис. 5);

      -        Підсумковий контроль з курсу (рис. 5).

      Рис. 2. Головна сторінка ресурсу

      Рис. 3. Розділи із загальними відомостями про факультативний курс і теоретичним навчальним матеріалом

      Рис. 4. Розділи з матеріалами для практичної підготовки і самостійні роботи учнів

      Рис. 5. Розділи «Поточний контроль на заняттях», «Звіти про виконанння завдань до занять», «Тематичний контроль з курсу», «Підсумковий контроль з курсу»

      3. Електронний факультативний курс «Еволюційні методи оптимізації»

      На основі шаблону був створений електронний факультативний курс «Еволюційні методи оптимізації» (рис. 6-11).

      Рис. 6. Загальні відомості про факультативний курс і теоретичний навчальний матеріал 

      Рис. 7. Матеріали для практичної підготовки, самостійна робота учнів, поточний контроль на заняттях.

      Рис. 8. Звіти про виконання завдань до занять, тематичний конроль з курсу, підсумковий контроль з курсу

      Рис. 9. Методичні матеріали до заняття №5 «Задача оптимізації інвестиційного портфеля та її розв’язування за допомогою генетичних алгоритмів у системі Matlab»

      Рис. 10. Методичні рекомендації «Еволюційні методи оптимізації»,

      автор Ю.В.Триус

      Рис. 11. Фрагмент відео з моделюванням еволюційного алгоритму в YouTube

      4. Електронний факультативний курс «Поведінкові методи оптимізації»

       

      Електронний факультативний курс «Поведінкові методи оптимізації» має аналогічну структуру і містить навчальні, методичні і демонстраційні матеріали та засоби контролю знань учнів у формі тестів (рис. 12-13).

      Рис. 12. Головна сторінка курсу «Поведінкові методи оптимізації»

      Рис. 13. Фрегмент відео з моделюванням поведінки косяку риб з YouTube

       

      Висновки. У результаті виконання дослідження спроектовано і створено інтернет-ресурс «Еволюційні та поведінкові методи оптимізації» на основі хмарних технологій; розроблено загальний шаблон факультативних курсів в MoodleCloud та на його основі створено два факультативні курси.

      Створений інтернет-ресурс дає змогу навчати учнів фізико-математичних ліцеїв еволюційним і поведінковим методам оптимізації дистанційно, з відповідним теоретичним, практичним матеріалом та контролем знань.

      Перспективою подальших досліджень є розширення переліку доступних факультативних курсів та їх удосконалення.

      Список використаних джерел

      1.  Посилання на хмарний ресурс Moodlecloud. – [Електронний ресурс]. –Режим доступу:  https://moodlecloud.com/.

      2. Посилання на Інтернет-ресурс «Еволюційні та поведінкові методи оптимізації». – [Електоронний ресурс]. – Режим доступу: https://kolint.moodlecloud.com/.