Мақалада «Параллель есептеулер кластері» цифрлық білім ресурстарының оқу процесінде қолданылуы туралы баяндалған. «Параллель есептеулер кластері» цифрлық білім ресурстары қазіргі таңдағы өзекті мəселелердің бірі болып саналатын параллель есептеулерді үйренгісі келетін ақпараттық технологиялар саласындағы мамандарға аса қажет. Бұл цифрлық білім беру ресурстарды оқу процесінде қолданудың нəтижесінде білім алушылар қолжетімді аудиторияларда тұрған компьютерлерді пайдаланып, желі арқылы сол компьютерлерді біріктіріп, білім беру кластерін баптап, параллель есептеуді үйренуге болады. Ұсынылған цифрлық білім ресурстары оқытудың заманауи формалары интерактивті жəне мультимедиалық оқытуды ұстанады. Цифрлық білім беру ресурстарының құрамында пəннің мазмұнына сай теориялық материалдар, мультимедиалық түсіндіру (бейнематериалдар), интерактивті тапсырмалар, білімді бақылау немесе тест бөлімдер бар. Динамикалық түрде дамып отырған ақпараттық-коммуникациялық технологиялар осылайша оқу процесінде дəстүрлі құралдардың орнына жаңа заманауи құралдарды қолдануға мүмкіндік туғызып, білім алушының жаңа материалды меңгеру дəрежесін арттырып, оқытушы қауымның өздерінің əдістемелік жүйелеріне тиімділік туғызып отыр. Мақалада «Параллель есептеулер кластері» пəнін оқу процесінде аталған цифрлық білім ресурстарды Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінің «Информатика» мамандығының білім алушыларының қолдану тəжірибесі жазылған.
Қоғамдағы экономикалық, саяси, əлеуметтік процестер ақпарат ғасырының жаңа талап-тілегінен қалыс қалмауы керек. Соның ішінде болашақ ақпараттық жүйелер мамандарын даярлау заман талабынан, дамып жатқан ақпараттық-коммуникациялық техника мен технологияларды игеру мен оларды құрастыру сияқты процестерден кеш қалмауы қажет.
Қазақстан Республикасы Үкіметінің 2017 жылдың 12 желтоқсанындағы № 827 Қаулысымен «Цифрлық Қазақстан» мемлекеттік бағдарламасының басты мақсаты — цифрлық технологияларды пайдалану мен дамыту арқылы мемлекет экономикасының бəсекелестігін жəне халық өмірінің сапасын арттыру [1]. Аталған бағдарламаның жүзеге асырылуы мамандарды жоғары оқу орындарында даярлаумен ұштасады.
ҚР білім беруді дамытудың 2011–2020 жылдарға арналған мемлекеттік бағдарламасында білім беру жүйесі алдында білім берудің үдерісінің барлық қатысушыларын білім беру ұйымдарында электрондық оқыту жүйесін қолдану арқылы үздік білім беру ресурстары мен технологиялармен бірдей қамту тапсырмасы қойылып тұр. Қойылған тапсырманы шешу арқылы оқыту сапасы, білім беруді басқару тиімділігі, сыртқы ортамен ақпараттық интеграция артады. Сандық білім ресурстары білім беру мазмұнын анықтайтын электрондық оқыту жүйесі компоненттерінің бірі болып табылады. Білім берудің жоғары сапасын қамтамасыз ету үшін оқу үдерісінде өскелең ұрпақтың сандық білім ресурстарын белсенді қолдану, бүгінгі таңда берілген бағдарлама аясындағы педагогикалық қоғамдастықтың алдында өзекті мəселелердің бірі болып табылады [2].
Цифрлық білім ресурстары кейбір əдістемелік ұсынымдарында сандық білім ресурстары деп те аталады. Атап айтқанда, Ы. Алтынсарин атындағы Ұлттық білім академиясының «Cандық білім беру ресурстарын оқу үдерісінде қолдану бойынша əдістемелік ұсынымдары».
Кəсіби мамандар цифрлық білім беру ресурстары мынадай болу керек деп атап өтеді: оқытудың дифференциясы мен индивидуализациясы мүмкіншіліктеріне бағыттау; жеке жұмыс істеумен қатар, топпен жұмыс істеуді қамтамасыз ету;
- модульдік оқыту жағдайында оқу жоспарының нұсқауларына сай болуы;
- қолданылатын материалдардың сенімді дерек көздерінен алынуы;
- тақырыптық бөлімдерді кеңейтпей, оқулықтың бөлім материалдарының көлемін арттыруға болатыны;
- техникалық платформаның мүмкіндіктерін қажетінше толық пайдалану;
- цифрлық білім ресурстарымен қатар, жүйенің басқа бағдарламаларын да параллель қолдануды қамтамасыз ету;
- əдістемелік тұрғыда қажет жағдайда жұмыстың аралық нəтижелерін сақтау мүмкіншіліктерін қамтамасыз ету;
- қажет болса, кіріктірілген контексті көмекті ұйымдастыру;
- ыңғайлы интерфейстің болуы [3].
Цифрлық білім беру ресурстарын қолдану арқылы педагогтар, Брюс Хайлендтің «оқыту конусы» [4] бойынша иллюстрациялар (30 %) мен бейнефильмдерді қарау (50 %), цифрлық нысанда нақты тəжірибені имитациялау (90 %) арқылы білім алушының материалды меңгеруін 30 %-дан 90 %-ға дейін жетілдіруге болады [5].
Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университетінде заманауи ақпараттық техникалар мен технологиялар бойынша, соның ішінде таратылған деректер технологиялары бойынша цифрлы білім беру ресурстары жасалып, оқу процесінде кеңінен қолданылуда. Осы мақалада біз қарастыратын цифрлық білім беру ресурстары жоғары өнімді параллель есептеулер курстарына арналған. Соның ішінен, атап айтқанда, біз «Информатика» мамандығында параллель есептеулер кластерін баптауға байланысты ендірілген арнайы пəндерді өткізуде қолданылатын цифрлық білім ресурстарының мазмұны мен құрылымын қарастырамыз.
Цифрлық білім ресурстарын жасау негізінен дидактикалық мақсатына автордың пəнді игеруі, техникалық қамсыздандырылу сияқты факторларға байланысты. Материал дайын болса, оның компьютерлік нұсқасын жасауға болады. Біз құрастырып, ұсынып отырған сандық білім беру ресурстары «Параллель есептеулер кластері» атты арнайы курстың мазмұнына сай жасалған.
Цифрлық білім ресурстарын құруда абстрактілі ақпараттың бірнеше визуалдау цифрлық тəсілдері қолданылатындылығы аталып өтіледі:
- түйіндерінің қасиеттері мен байланыстарымен бірге алынған бағытталған графтардың (білімдер қоры) визуализациясы;
- түйіндердің бұтақтары көмегімен құрылған иерархиялы визуалдау;
- сызықты деректерді бейнелеу визуализациясы;
- тікбұрышты линза арқылы ақпаратты беттер бойынша көру;
- пластикалық үшөлшемді беттерді пайдалану [6].
«Параллель есептеулер кластері» пəніне арнайы құрастырылған цифрлық білім ресурстары түйіндердің бұтақтары көмегімен құрылған иерархиялы визуалдау үрдісін қолданады (1-сур.).
Ұсынылған цифрлық білім беру ресурстары RadStudio XE7 ортасында параллель есептеулерді қолданып құрастырылған. Параллель есептеулер қолданылғандықтан, бұл цифрлық білім беру ресурстарының жүктелу уақыты қолданылатын құрылғының процессорының ядро санына байланысты бірнеше миллисекунд болса да, аз болады.
«Параллель есептеулер кластері» пəніне арналған цифрлық білім ресурстарының əрқайсысының құрылымдары мынадай бөлімдерден тұрады:
- теориялық материалдар;
- мультимедиалық түсіндіру;
- интерактивті тапсырмалар;
- білімді бақылау ( тест).
Цифрлық білім ресурстарының теориялық материалдар бөлімі тақырыпқа сай мəліметті толық қарап жəне мультимедиалық түсіндірудің алдында негізгі мəліметтерді игеріп алуға арналған. Мультимедиалық түсіндіру бөлімі анимациялармен, демонстрациялық графиктік материалдармен, мəтіндерді дыбыстық қолдаумен тақырыпты əсерлі есіне сақтау үшін құрастырылған. Интерактивті тапсырма бөлімінің құрамы сұрақтар білім алушылардың білімін тексеретін интерактивті есептерден тұрады. Атап айтқанда, цифрлық білім ресурстардың 15 тақырыптарына сəйкес алынған мына түрдегі тапсырмалар қарастырылды:
- бос орынды қажет сөзбен немесе ұғыммен толтыру;
- бірнеше нұсқаның ішінен бір дұрысын таңдау;
- жауаптың бірнеше нұсқасын таңдау;
- суретте қажет нысанды көрсету.
Білімді бақылау немесе тест бөлімі білім алушының тақырыпты қандай дəрежеде меңгергенін тексеруге арналған. Семестр соңында мемлекеттік емтихандарда білім алушылардың білімдерін тексеру үшін бірнеше нұсқаулардан тұратын тест сұрақтары осы цифрлық білім ресурстарының құрамынан алынады.
Цифрлық білім ресурстарының мазмұны «Параллель есептеулер кластері» атты оқу құралының мазмұнына сəйкес келеді. Атап айтқанда, параллельді жүйе деректерін өңдеу классификациясының негіздері, кластерлік жүйелер, желіні баптау, параллель есептеулер алгоритмі, декомпозиция, параллельді есептеулер сапасын анықтау, Matlab ортасында параллель есептеулер жəне параллель есептеулер кластерін баптау мен қолдану, сандық əдістерді параллель есептеу, сызықтық теңдеу жүйесін параллель есептеу, интегралды параллель есептеу, оңтайлы есептерін параллель есептеу, C++ программалау тілінде параллель есептеу үшін кластер баптау мен оны жүзеге асыру, суперкомпьютерде параллель есептеу жəне т.б.
Цифрлық білім ресурстарының мазмұнында сонымен бірге NVIDIA CUDA негіздері, GPU (Graphics Processing Unit) графикалық процессоры туралы түсініктерге шолу жасау жəне оның техникалық сипаттамасына талдау қарастырылған. Cuda платформасында GPU графикалық процессорының көмегімен Matlab ортасында күрделі есептеулер жүргізіп, есептеуге кеткен уақыттың тиімділігін дəлелдеу. Сонымен қатар GPU графикалық процессорының қосымша есептеуіш қуат ретінде қолданылуының əдістемелік негіздері қарастырылған, яғни бірнеше функцияларды параллель есептеулерде қолданып, нəтижелерінің тиімділігі анықталды [7].
Ұсынылған цифрлық білім ресурстары оқытудың заманауи формалары интерактивті жəне мультимедиалық оқытуды ұстанады.
Цифрлық білім ресурстары құрамындағы теориялық материалдардан мысалдар қарастырсақ, жалпы параллель компьютерлердің құрылымы оларды құру мен қолданудан бастап əртүрлі бағытта дамытыла бастады. Ең жалпы ережелер олардың екі сыныбының болуына алып келеді – ортақ жадты жəне үлестірілген жадты компьютерлер. Цифрлық білім ресурстарының «Параллельді жүйе деректерін өңдеу классификациясының негіздері» тақырыбы бойынша теориялық материалдар мен мультимедиалық түсіндіру бөлімінде бұл бағыттар, 2-суретте [8] көрсетілгендей, көрініс тапқан. Цифрлық білім ресурстарында бұл көріністер мəтін, анимация, дыбыс, схема сияқты элементтер көмегімен жүзеге асырылған.
«Параллель есептеулер кластері» цифрлық білім беру ресурстарының практикалық жүзеге асырылуын нəтижесінде қолжетімді аудиторияларда тұрған компьютерлерді пайдаланып, желі арқылы бірнеше компьютерді біріктіріп, білім беру кластерін құрастырып, параллель есептеулер жүргізуді үйренуге болады. Сонымен қатар бұл цифрлық білім ресурстары да қашықтықтан оқыту технологияларын дамытуға өз үлесін қоса алады. Мақалада аталған цифрлық білім ресурстары қазіргі таңдағы өзекті мəселелердің бірі болып саналатын параллель есептеулерді үйренгісі келетін ақпараттық технологиялар саласындағы мамандарға білім беруге арналған параллель есептеулер кластерін баптауды үйренуге аса қажет.
Зерттеу нəтижелері мен ұсынылған цифрлық білім ресурстары Л.Н.Гумилев атындағы Еуразия ұлттық университеті мен Ш.Уəлиханов атындағы Көкшетау мемлекеттік университетінде оқу процесінде қолданыс табуда.
Əдебиеттер тізімі
- «Цифрлық Қазақстан» мемлекеттік бағдарламасы. Қазақстан Республикасы Үкіметінің № 827 Қаулысы 12.12.2017 [Электрондық ресурс]. — Қолжетімділік тəртібі: http://adilet.zan.kz/kaz/docs/P1700000827.
- Сандық білім беру ресурстарын оқу үдерісінде қолдану бойынша əдістемелік ұсынымдар. Ы.Алтынсарин атындағы Ұлттық білім академиясы. — 2015. [Электрондық ресурс]. — Қолжетімділік тəртібі: https://nao.kz/files/blogs/1443499216316.pdf.
- Коробкова К. В. Возможности использования цифровых образовательных ресурсов в учебном процессе. [Электронный ресурс] / К.В. Коробкова, Е.А. Калиновский. — 2012 — Режим доступа: https://rae.ru/forum2012/10/2277.
- Кийосаки Р . Заговор богатых / Р. Кийосаки; пер. с англ. С. Э. Борич. — Минск: Попурри, 2013. — 352 с.
- Нурбекова Ж.К., Толғанбайұлы Т., Аймичева Г.И. Новые подходы к разработке и оценке качества цифровых образовательных ресурсов // Современная информационно-образовательная среда: традиции и инновации: материалы Междунар. науч.-практ. конф. — Астана, 2017. — С. 221–226.
- Нурбекова Ж. К., Нурбеков Б.Ж. К вопросу визуализации абстрактной информации для цифровых образовательных ресурсов // Современные информационные и коммуникационные технологии (ИКТ) по отраслям применения: материалы Междунар. летней науч. школы: сб. избр. тр. — Астана, 2015. — С. 131–133.
- Серік М. Параллель есептеулер / М. Серік, М. Н. Бакиев. — Астана: Еуразия ұлттық ун-ті, 2015. — 153 б.
- Таненбаум Э . Архитектура компьютера / Э. Таненбаум. — 6-е изд. — СПб.: Питер, 2013. — 816 с.