TECHNIKI KOMPUTEROWE

Transkrypt

1 INSTYTUT MASZYN MATEMATYCZNYCH TECHNIKI KOMPUTEROWE BIULETYN INFORMACYJNY Warszawa 2008

2 TECHNIKI KOMPUTEROWE BIULETYN INFORMACYJNY

3 INSTYTUT MASZYN MATEMATYCZNYCH TECHNIKI KOMPUTEROWE BIULETYN INFORMACYJNY Rok XLIII, Nr 1, 2008 Warszawa 2008

4 TECHNIKI KOMPUTEROWE, Biuletyn Informacyjny Rok XLIII, Nr 1, 2008 Wydawca: Instytut Maszyn Matematycznych Projekt ok³adki: Jerzy Kowalski DTP: Instytut Maszyn Matematycznych Notka wydawcy: Ca³a zawartoœæ niniejszego wydania, wraz z rysunkami i zdjêciami jest w³asnoœci¹ Instytutu Maszyn Matematycznych oraz Autorów. Kopiowanie i reprodukowania niniejszego biuletynu w ca³oœci lub czeœci jest bez zezwolenia Wydawcy zabronione. ISSN Instytut Maszyn Matematycznych Warszawa, ul. Krzywickiego 34 Druk i oprawa: Oficyna Wydawniczo-Poligraficzna ADAM

5 Spis treœci Nauczanie baz danych - doœwiadczenia szkoleniowe Instytutu Maszyn Matematycznych, Tadeusz Kuroczycki Przetwarzanie tekstu - analiza potrzeb s³uchaczy na podstawie doœwiadczeñ szkoleniowych Instytutu Maszyn Matematycznych, Andrzej Abramowicz Arkusze kalkulacyjne - doœwiadczenia szkoleniowe Instytutu Maszyn Matematycznych, Krzysztof ysoñ Metodyka treningu wielopoziomowego operatorów robotów, Andrzej Kaczmarczyk, Marek Kacprzak, Andrzej Mas³owski Tworzenie oprogramowania trena erów operatorów robotów mobilnych, Marek Kacprzak, Andrzej Kaczmarczyk, Andrzej Mas³owski Przetwarzanie kodu - czyli jak dzia³a kompilator, Piotr Zduñczyk Technologia bezprzewodowa Bluetooth, Jerzy S³omczyñski

6

7 Tadeusz Kuroczycki Instytut Maszyn Matematycznych Nauczanie baz danych doświadczenia szkoleniowe Instytutu Maszyn Matematycznych Database-related education educational experiences of the Institute of Mathematical Machines Streszczenie W artykule omówiono wybrane zagadnienia dotyczące edukacji informatycznej w dziedzinie relacyjnych baz danych. Podstawowe formy edukacji to szkolenia w zakresie korzystania i projektowania baz danych, szkolenia ukierunkowane na tworzenie aplikacji oraz konsultacje i doradztwo. W artykule autor wykorzystuje swoje wieloletnie doświadczenie w zakresie prowadzenia szkoleń związanych z dziedziną baz danych. Abstract The article discuses the chosen issues regarding IT education in the field of relational databases. Basic forms of this education are the trainings regarding the use and design of databases, trainings aimed at the creation of applications, as well as providing support and consultancy. In the article the author uses his long experience in the field of conducting database-related trainings. 1. Wstęp Instytut Maszyn Matematycznych w Warszawie od lat prowadzi szkolenia z szeroko pojętego obszaru informatyki. Organizacją i prowadzeniem większości szkoleń zajmuje się Centrum Doradczo-Szkoleniowe. Historia Centrum sięga przełomu lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych, kiedy to w Instytucie Maszyn Matematycznych został powołany Ośrodek Badawczo-Szkoleniowy Technik Komputerowych. Następnie, w trakcie swego prawie dwudziestoletniego istnienia, Ośrodek przechodził zmiany w strukturze organizacyjnej, by wreszcie od lipca roku 2007 zacząć funkcjonować w obecnym kształcie, jako Centrum Doradczo-Szkoleniowe IMM. Początkowo zajęcia prowadzono na komputerach osobistych klasy IBM PC, pod kontrolą systemu operacyjnego MS-DOS ucząc korzystania z edytorów tekstu (m.in. Chiwriter, MS-Word, Ami-Pro i WordPerfect) oraz arkuszy kalkulacyjnych (Multiplan i jego polski odpowiednik znany jako Multoplan). Pierwsze kursy w środowisku graficznym (GUI) związane były z pojawieniem się w Polsce systemu operacyjnego MS-Windows w wersji 2.1. Wśród pakietów w wersji graficznej najpopularniejszymi okazały się początkowo MS-Word (edytor tekstu) i Lotus (arkusz kalkulacyjny). Wkrótce obok programu Lotus pojawił się jego groźny konkurent MS-Excel, który z czasem zdominował rynek arkuszy kalkulacyjnych w Polsce. Obecnie podstawowy zakres szkoleń obejmuje oprogramowanie biurowe ze szczególnym uwzględnieniem edytorów tekstu, arkuszy kalkulacyjnych i baz danych. Doświadczenia dotyczące nauczania edytorów tekstu i arkuszy

8 kalkulacyjnych są opisane w [1] i [2]. W niniejszej pracy opisano doświadczenia szkoleniowe w zakresie baz danych. Szkolenia z dziedziny relacyjnych baz danych stanowią jedną z form bieżącej działalności Centrum w obszarze baz danych. Dwie pozostałe to: konsultacje i doradztwo w zakresie zastosowań bazodanowych oraz tworzenie konkretnych aplikacji (programów użytkowych) na zamówienie klientów. 2. Korzystanie z systemów ZBD Z bazami danych spotykamy się praktycznie w każdej dziedzinie życia. Często nie używamy samego terminu baza danych, ale zawsze chodzi o zbiory przeznaczone do przechowywania dużych ilości informacji. Z bazą danych (zbiór danych) jest powiązane narzędzie umożliwiające obsługę informacji w bazie, zwane Systemem Zarządzania Bazą Danych (SZBD). Przy pomocy SZBD wprowadzamy dane do bazy, modyfikujemy je, wyszukujemy w różnych przekrojach według określonych kryteriów, prowadzimy szczegółową analizę danych, prezentujemy dane w formie zestawień lub sporządzamy na ich podstawie raporty. Wynika stąd, że szkolenia związane z dziedziną baz danych powinny dotyczyć przede wszystkim metod korzystania z SZBD. W latach dziewięćdziesiątych pierwsze szkolenia, jeszcze pod kontrolą systemu operacyjnego DOS, dotyczyły SZBD o nazwie dbase. Głównie w najpopularniejszej wersji III Plus. Z programem dbase powiązany był pakiet o nazwie Clipper stanowiący narzędzie do tworzenia aplikacji bazodanowych również działających w środowisku DOS i wykorzystujących format danych zgodny z linią dbase. W roku 1995 w ofercie szkoleniowej Centrum w zakresie baz danych pojawił się program MS Access wchodzący w skład pakietu zintegrowanego MS Office pracującego już w środowisku Windows. Oferta Centrum była aktualizowana wraz z pojawianiem się kolejnych wersji tego programu. Dziś szkolenia, zarówno na poziomie podstawowym jak i zaawansowanym, są prowadzone w oparciu o wersje 2000 i Od samego początku proces edukacyjny związany z bazami danych dotyczył dwóch poziomów pracy w środowisku bazodanowym: korzystania z istniejących baz danych oraz projektowania i tworzenia nowych baz. Podstawową sprawą, którą musi rozwiązać wykładowca, to ustalenie właściwych proporcji pomiędzy zakresem przekazywanej wiedzy teoretycznej i praktycznej. Często odbywa się to na bieżąco już po rozpoczęciu konkretnego szkolenia. Bowiem zależy to m.in. od ogólnego poziomu wiedzy informatycznej posiadanej przez słuchaczy oraz od ich potrzeb zarówno bieżących jak i przyszłościowych. Wprowadzając słuchacza w świat baz danych należy zapoznać go z obowiązującą tam terminologią oraz przekazać mu niezbędne zasady poruszania się w świecie baz danych. Problem terminologii jest tu o tyle istotny, że istnieją pewne standardy w korzystaniu z systemów zarządzania relacyjnymi bazami danych. Poznanie powyższych standardów ułatwia użytkownikowi korzystanie z różnych SZBD. Użytkownik, który wie, że mechanizm wyszukiwania informacji w relacyjnych bazach danych wykorzystuje instrukcje języka SQL (Structured Query Language), będzie miał ułatwione zadanie w przypadku potrzeby skorzystania z nieznanego mu narzędzia. Przykładowo osoba znająca Access, 8

9 która teraz ma zająć się obsługą baz danych w MySQL odnajdzie tu znane jej konstrukcje języka SQL jak instrukcje SELECT, INSERT czy UPDATE. Podstawowymi terminami stosowanymi w każdym systemie zarządzania relacyjnymi bazami danych są: rekord, pole, klucz (główny, obcy, prosty, złożony), relacja, indeks, typ danych, integralność danych, sortowanie danych, filtrowanie danych [3]. Niestety, przy opracowywaniu polskich edycji językowych dla poszczególnych SZBD pojawiły się różnice terminologiczne. Dotyczy to również kolejnych wersji tego samego systemu. Przykładowo, w polskich edycjach wcześniejszych wersji programu Access składowa przeznaczona do sprawnego wyszukiwania informacji w różnych przekrojach z uwzględnieniem bardziej lub mniej złożonych kryteriów była określana przy użyciu terminu zapytanie jako odpowiednika słowa query w jęz. angielskim. Niestety, po przejęciu przez firmę Microsoft systemu zarządzania bazami danych o nazwie FoxPro nastąpiła zmiana w terminologii. Z programu FoxPro zaczerpnięto mniej szczęśliwy (moim zdaniem) termin kwerenda i tak już zostało w kolejnych wersjach programu Access. Program Access stanowi podstawowe narzędzie stosowane do nauczania baz danych w Centrum Doradczo-Szkoleniowym, głównie ze względu na to, że wchodzi on w skład pakietu zintegrowanego MS Office obecnie najpopularniejszego pakietu z zakresu oprogramowania biurowego. Do celów edukacyjnych wykorzystywana jest oczywiście polska wersja językowa tego programu. Pojawia się tu kolejny problem. W przeciwieństwie do programów Word lub Excel, mechanizm stosowania funkcji wbudowanych nie został spolszczony (zarówno nazwy funkcji jak i ich opisy w sekcji Pomoc). Stanowi to czasem dodatkowy kłopot dla uczestników szkolenia. Osoba znająca funkcję o nazwie Jeżeli (Excel) nie znajdzie jej pod tą nazwą w programie Access. Tu jej odpowiednikiem jest funkcja o nazwie IIF. W ramach szkoleń zarówno na poziomie podstawowym jak i zaawansowanym przekazywane są uczestnikom podstawowe zasady związane z projektowaniem baz danych oczywiście bez głębszego wnikania w teorię baz danych (np. postacie normalne) oraz bez szczegółowego omawiania trzech faz procesu projektowania: analiza wymagań, modelowanie danych oraz normalizacja. Ponieważ wszystkie dane w bazie są przechowywane w tabelach, najważniejszą sprawę stanowi poprawne określenie struktury tabel. Do wyżej wspomnianych podstawowych zasad projektowania tabel należą: niepowtarzalność danych (konkretna informacja np. nazwisko pracownika w bazie kadrowej powinna występować tylko w jednym zbiorze danych jednej tabeli), niepodzielność danych (w jednym polu powinna znajdować się tylko jedna informacja np. niedozwolone jest umieszczenie nazwiska i imienia osoby obok siebie w jednym polu), niezależność danych (w tabeli nie powinna być przechowywana informacja obliczana na podstawie innych danych przechowywanych w tej samej bazie). Często zdarza się, że po zakończeniu szkolenia jego uczestnik przystępuje do tworzenia własnej bazy danych i powinien wiedzieć jak zrobić to w sposób właściwy, aby uniknąć popełnienia ewentualnych błędów. Problem stanowią tu 9

10 pewne niedobre nawyki. Niejednokrotnie spotykałem się z następującą sytuacją. W przypadku konieczności stworzenia firmowej bazy danych sięgano najpierw po program Excel jako bardziej znany. Jest tam pewna namiastka baz danych kryjąca się po hasłem listy. Po zapoznaniu się z programem Access i założeniu nowej bazy następował transfer danych. Jeżeli nie miały one struktury zgodnej z regułami obowiązującymi w świecie baz danych, użytkownika czekała bardzo czasochłonna i mozolna praca nad poprawieniem dotychczasowej struktury. Dwoma najczęściej powtarzającymi się błędami było nieuwzględnienie reguł niepodzielności danych i niezależności danych oraz brak wiedzy na temat logicznego związku pomiędzy regułą niepodzielności danych, a operacją wyszukiwania danych oraz pomiędzy regułami niepowtarzalności i niezależności danych, a edycją danych. Kolejną sprawą, na którą należy zwrócić uwagę przy nauce korzystania z SZBD, jest konieczność wprowadzania i stosowania w bazie danych unikatowych identyfikatorów dla wszystkich elementów opisywanych w bazie (np. kod produktu, identyfikator osoby) [4]. Wiąże się to z ustawianiem kluczy. Niestety, sprawa definiowania kluczy nie jest opisana w większości podręczników w sposób precyzyjny i jednoznaczny. Proces tworzenia poszczególnych składowych bazy może odbywać się różnymi drogami. Ważne jest by uczestnicy szkolenia opanowali dobrze przynajmniej jedną, najbardziej uniwersalną metodę. Za najoptymalniejszą metodę należy przyjąć w przypadku tabel i kwerend tworzenie ich drogą samodzielnego projektowania, bez korzystania z odpowiedniego kreatora. Uzasadnieniem takiego wyboru jest fakt, że droga ta jest właściwie jedyną w przypadku konieczności późniejszego zmodyfikowania struktury już istniejącej tabeli lub kwerendy. Natomiast w przypadku formularzy czy raportów, ich tworzenie (podczas szkolenia) powinno odbywać się przy pomocy właściwego kreatora. W procesie szkoleniowym wykładowca powinien też omówić operacje importu/eksportu danych. Ważną sprawą jest tu przekazanie słuchaczom informacji o możliwości jednoczesnej pracy na tych samych danych przy pomocy różnych narzędzi (mechanizm tabel połączonych). Przykładowo, zbiór danych został założony w arkuszu kalkulacyjnym Excel. Wprowadzono dużą ilość danych. Po pewnym czasie pojawiła się konieczność okresowego sporządzania zestawień. Excel nie posiada wygodnego i elastycznego mechanizmu służącego do tego celu. Natomiast w programie Access użytkownik może w wygodny sposób tworzyć i okresowo wyświetlać/drukować zestawienia w formie raportów. Z drugiej strony wskazane jest pozostawienie danych w arkuszu i prowadzenie edycji według dotychczasowych procedur. Dzięki zastosowaniu mechanizmu tabel połączonych dane mogą pozostać w arkuszu i być tam poddawane aktualizacji. Natomiast, dzięki temu, że wszystkie informacje są widoczne w bazie (Access) można w dowolnym momencie sporządzać raporty prezentujące aktualny stan danych [5]. Powracając do sprawy proporcji pomiędzy częścią teoretyczną a praktyczną w cyklu szkoleniowym należy podkreślić zdecydowaną przewagę tej drugiej choćby w wymiarze czasowym. Dużą rolę odgrywa tu wykonywanie konkretnych ćwiczeń przez słuchaczy. Treść tych ćwiczeń w sposób wyraźny powinna być związana z przekazanymi elementami wiedzy teoretycznej. 10

11 Przykładowym sprawdzianem umiejętności w zakresie projektowania baz danych jest rozwiązanie następującego zadania przedstawiającego typową sytuację z jaką spotykamy się w rzeczywistości. Jest podany zbiór informacji, które powinny znaleźć się w tworzonej bazie. Zadanie polega na zaplanowaniu właściwej liczby tabel i rozdzieleniu wspomnianych danych na poszczególne tabele z uwzględnieniem podstawowych reguł projektowania, w tym dołączeniu pól przechowujących identyfikatory elementów opisywanych w tabelach. 3.Tworzenie programów użytkowych (aplikacji) Obok szkoleń dotyczących korzystania z SZBD w zakresie przedstawionym powyżej (korzystanie z istniejących baz danych oraz projektowanie nowych baz) w Centrum prowadzone są szkolenia dotyczące tworzenia programów użytkowych (aplikacji) działających zazwyczaj w środowisku sieciowym [6]. W tym przypadku bardzo dużą rolę odgrywa doświadczenie wykładowców zdobyte w trakcie prac nad specjalizowanymi systemami użytkowymi z dziedziny baz danych, przygotowywanymi na zamówienie klienta. Pracownicy Centrum mają w swym dorobku m.in. opracowanie i wdrożenie szeregu aplikacji dla potrzeb urzędów centralnych. Należą do nich systemy powstałe na zamówienie Urzędu Rady Ministrów (przełom lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych), Kancelarii Senatu (lata dziewięćdziesiąte) oraz pakiet aplikacji przygotowany na zamówienie Ministerstwa Spraw Zagranicznych (lata ). Szkolenia na poziomie zaawansowanym związane z tworzeniem aplikacji są obecnie prowadzone w dwóch wariantach. Pierwsze szkolenie noszące tytuł Tworzenie aplikacji przygotowuje słuchaczy do tworzenia aplikacji z wykorzystaniem makr, natomiast Programowanie baz danych (dawniej: Tworzenie aplikacji z wykorzystaniem języka Visual Basic) ma za zadanie przygotować uczestników szkolenia do tworzenia aplikacji w oparciu o elementy programowania w języku VBA (Visual Basic for Applications). Słuchacze uzyskują wiedzę ogólną dotyczącą podstaw programowania ze szczególnym ukierunkowaniem na programowanie obiektowe. Oba szkolenia uwzględniają specyfikę działania programów użytkowych w środowisku sieciowym. W celu przedstawienia słuchaczom pełnej gamy środków służących do tworzenia programów użytkowych, każde z powyższych szkoleń obejmuje również elementy charakterystyczne dla drugiego wariantu tworzenia aplikacji. W trakcie szkolenia jego uczestnicy pracując w oparciu o przykładową bazę danych budują aplikację, krok po kroku, wykorzystując uzyskaną wiedzę oraz korzystając z dodatkowych narzędzi typu: rozdzielacz bazy danych, menedżer tabel połączonych, kreator plików mde. Tego rodzaju ćwiczenia praktyczne pozwalają utrwalić uzyskane informacje, aby później wykorzystać je na etapie samodzielnej pracy mającej na celu utworzenie lub zmodyfikowanie konkretnego systemu użytkowego. Przekazanie słuchaczom elementów programowania aplikacji przy wykorzystaniu języka Visual Basic for Applications pozwala na opanowanie przez nich podstaw programowania obiektowego. Umożliwia też zastosowanie, przez nich w przyszłości, języka VBA do programowania makropoleceń związanych z innymi programami pakietu Office (Word, Excel). 11

12 4. Certyfikacja umiejętności Najpopularniejszym obecnie potwierdzeniem posiadania kompetencji w obszarze wiedzy informatycznej jest uzyskanie Europejskiego Certyfikatu Umiejętności Komputerowych ECDL (European Computer Driving Licence) [7]. ECDL to międzynarodowy projekt Stowarzyszenia Europejskich Profesjonalnych Towarzystw Informatycznych (Council of European Professional Informatics Societes CEPIS), mający na celu ujednolicenie i sprawdzenie wiadomości z podstaw obsługi komputera. Inicjatywa ta polega na wydaniu jednolitego w skali kraju certyfikatu zaświadczającego, że jego posiadacz ma podstawowe umiejętności w zakresie obsługi komputera i potrafi je efektywnie wykorzystać w codziennej pracy. Pomysł certyfikatu zrodził się w Finlandii w roku 1992, potem został rozpropagowany w Unii Europejskiej. W Polsce, począwszy od roku 1997, egzaminy ECDL (określane początkowo jako Europejskie Komputerowe Prawo Jazdy obecnie tłumaczone jako Europejski Certyfikat Umiejętności Komputerowych) przeprowadza (i wydaje certyfikaty) Polskie Towarzystwo Informatyczne. Certyfikat taki jest zgodny z europejskimi standardami i honorowany w całej Unii Europejskiej. Aby otrzymać certyfikat ECDL należy (w ciągu 3 lat) zdać siedem egzaminów z następujących dziedzin: Podstawy technik informatycznych Użytkowanie komputerów Przetwarzanie tekstów Arkusze kalkulacyjne Bazy danych Grafika menedżerska i prezentacyjna Usługi w sieciach informatycznych W Instytucie szkolenia przygotowujące do egzaminów ECDL są prowadzone od roku Do tej pory prawie wszyscy uczestnicy tych szkoleń zdali pozytywnie komplet egzaminów i uzyskali certyfikat. Osoby, które posiadają już ugruntowaną wiedzę na poziomie certyfikatu ECDL i chcą potwierdzić swoje umiejętności w dziedzinie konkretnej aplikacji mogą ubiegać się o uzyskanie certyfikatu ECDL Advanced. W przypadku ECDL Advanced certyfikaty wydawane są oddzielnie dla każdego z 4 modułów: Przetwarzanie tekstów Arkusze kalkulacyjne Bazy danych Grafika menedżerska i prezentacyjna Osoba, która skompletuje wszystkie (cztery) certyfikaty ECDL Advanced otrzymuje tytuł ECDL Ekspert. Z dziedziną baz danych związane są dwa poziomy certyfikacyjne podstawowy i zaawansowany (Advanced). Rozpatrując relację pomiędzy wymaganiami stawianymi przed osobami zdobywającymi ten certyfikat, a podstawowym zakresem wiedzy w dziedzinie baz danych należy podkreślić z żalem fakt, że brane są tu pod uwagę jedynie kompetencje związane z wykorzystaniem baz danych bez głębszego uwzględnienia elementów projektowania. Znacznie ostrzejsze wymagania są związane ze zdobyciem certyfikatu ECDL poziom zaawansowany (ECDL Advanced). Zakres 12

13 wymaganej wiedzy w przypadku baz danych obejmuje również elementy projektowania baz danych. Jednocześnie osoba w trakcie egzaminu musi sama wybrać najwłaściwszą drogę do realizacji postawionego zadania. 5. Spojrzenie w przyszłość Szybki rozwój technologii informatycznych, jaki obserwujemy w ostatnich latach, stawia nowe wyzwania i określa nowe kierunki działalności również działalności edukacyjnej w dziedzinie baz danych. Jednym z nich jest szersze ukierunkowanie szkoleń z baz danych na działanie w sieci Internet. Przykładem mogłoby być szkolenie przygotowujące do tworzenia aplikacji internetowych, które obejmowałoby następujące zagadnienia: znajomość relacyjnych baz danych, zarządzanie serwerem WWW oraz opracowywanie praktycznych aplikacji z wykorzystaniem skryptów ASP (Active Server Pages). Drugi kierunek działalności szkoleniowej powinien być związany z (coraz popularniejszymi) narzędziami bazodanowymi typu open source. Chodzi tu głównie o programy Base i Calc wchodzące w skład pakietu oprogramowania biurowego OpenOffice. Literatura [1] Abramowicz A., Przetwarzanie tekstu analiza potrzeb słuchaczy na podstawie doświadczeń szkoleniowych Instytutu Maszyn Matematycznych. Techniki Komputerowe. Biuletyn Informacyjny, 1, [2] Łysoń K., Arkusze kalkulacyjne doświadczenia szkoleniowe Instytutu Maszyn Matematycznych. Techniki Komputerowe. Biuletyn Informacyjny, 1, [3] Date C.J., An Introduction to Database Systems. Addison-Wesley Publishing Company, [4] Hernandez M.J., Bazy danych dla zwykłych śmiertelników. Mikom, [5] Forte S.: Access Księga eksperta. Wydawnictwo Helion, [6] Banachowski L., Bazy danych. Tworzenie aplikacji. Akademicka Oficyna Wydawnicza PLJ, [7] Kopertowska M., Europejski Certyfikat Umiejętności Komputerowych Bazy danych. Wydawnictwo Naukowe PWN SA,

14 Andrzej Abramowicz Instytut Maszyn Matematycznych Przetwarzanie tekstu analiza potrzeb słuchaczy na podstawie doświadczeń szkoleniowych Instytutu Maszyn Matematycznych Text processing students needs based on educational experiences of the Institute of Mathematical Machines Streszczenie Celem artykułu jest uzasadnienie potrzeby uzupełniania wiedzy informatycznej z dziedziny przetwarzania tekstu, określenie pewnego minimum edukacyjnego związanego z umiejętnością posługiwania się edytorem oraz zwrócenie uwagi na wybrane aspekty efektywności w pracy nad tekstem. Abstract The aim of the article is to prove necessity of completion of text processing knowledge. A basic knowledge level is defined. Additionally, some problems connected with text processing effectiveness are considered. Próba diagnozy stanu edukacji informatycznej Faktem jest, że obecnie wiele osób, zwłaszcza aktywnych zawodowo, deklaruje znajomość obsługi komputera i rzeczywiście ma w tym zakresie pewne doświadczenia. Niestety, bardzo często poziom ich wiedzy jest dalece niewystarczający, np. znacznie odbiega od oczekiwań nawet niezbyt wymagających pracodawców. Jest wiele przyczyn takiego stanu rzeczy. W przypadku osób w średnim wieku powody są dość oczywiste. Ale nawet w przypadku młodzieży mającej w programie nauczania podstawy informatyki, nauka posługiwania się komputerem wciąż stanowi nowość i zdaje się być polem do niezbyt przemyślanych eksperymentów. Nauczyciele niedostatecznie przygotowani zarówno merytorycznie, jak i od strony metodyki nauczania nie są, niestety, rzadkością. Młodzi ludzie, nawet bardzo intensywnie korzystający z komputera, wykorzystują raczej jego funkcje rozrywkowe, zdecydowanie zaniedbując uważane za nudne i nieatrakcyjne oprogramowanie będące w powszechnym użyciu np. w przedsiębiorstwach. Trudno więc uznać za dostateczną rekomendację fakt zaliczenia szkolnego programu informatyki. Tezę tę potwierdzają obserwacje Centrum Doradczo-Szkoleniowego Instytutu Maszyn Matematycznych [1], [2], które od kilkunastu lat prowadzi szkolenia komputerowe na wszystkich poziomach zaawansowania i pozostaje w bieżącym kontakcie z instytucjami i firmami kierującymi swoich pracowników na szkolenia, urzędami pracy itp. Bardzo często zdarza się na przykład, że poziom wiedzy osób 14

15 zgłaszających się na kursy dla zaawansowanych wymusza taką modyfikację programu zajęć, że faktycznie realizowanych jest wiele elementów programu kursu podstawowego, przy czym trzeba przyznać często nauka przebiega stosunkowo sprawnie ze względu na ogólną znajomość interfejsu graficznego. Zdecydowana większość osób pytanych o umiejętność posługiwania się oprogramowaniem biurowym bez wahania deklaruje znajomość edytora. Niestety, w praktyce różnie bywa. Przykład: zajęcia w IMM dla przyszłych przedsiębiorców, osób młodych, przebojowych, dynamicznych, kreatywnych, w ramach projektu pilotowanego przez jedną z warszawskich placówek samorządowych. Oczywiście wszyscy deklarują dobrą znajomość edytora. Prowadzący zajęcia prosi o wykonanie ćwiczenia, aby dostosować stopień zaawansowania kursu do potrzeb słuchaczy. Test jest elementarny, sprawdza umiejętność posługiwania się podstawowymi funkcjami edytora: atrybutami znaków, wcięciami, czterema rodzajami tabulacji, wymaga złożenia prostej tabeli, ustalenia konkretnych parametrów strony. Żadnych niuansów, pułapek. Testowi poddano kilka grup szkoleniowych nie zaliczył go nikt (były osoby, które radziły sobie trochę lepiej niż inne, ale nie zmienia to ogólnej oceny). Przypomnijmy, uczestnicy testu to osoby uczące się korzystać z komputera od przedszkola. Inny przykład. Kurs dla (zaawansowanych) pracowników jednej z instytucji centralnych, zajęcia obejmują konkretne, uzgodnione wcześniej tematy. Specyfika pracy w instytucji to przede wszystkim praca z długimi dokumentami. Często wymagana jest modyfikacja wcześniej (czasami dużo wcześniej) utworzonych dokumentów tekstowych, przy czym modyfikacji dokonują niekoniecznie twórcy poprzednich wersji dokumentów. Tymczasem nawet drobne, lokalne próby ingerencji w treść merytoryczną lub szatę typograficzną tekstu powodują niekontrolowane i wysoce niepożądane skutki dla zdawałoby się partii tekstu, które z dokonanymi właśnie poprawkami maja niewiele wspólnego. Powód niewłaściwe przygotowanie dokumentów przez autorów i/lub brak dostatecznych umiejętności po stronie osób dokonujących modyfikacji. Audytorium stanowili pracownicy mający za sobą realizację szkolnych i uczelnianych programów informatyki (młodsi) oraz specjalistyczne kursy (starsi). Problemy z procesorami tekstu miewają też np. informatycy i jest to tylko pozorny paradoks. Na studiach informatycznych w renomowanych uczelniach nie uczy się korzystania z powszechnie stosowanych pakietów oprogramowania; po prostu nie ma na to czasu. Zresztą zakłada się i słusznie że młody człowiek podejmujący studia potrafi posługiwać się popularnymi programami w odpowiednim stopniu. W praktyce bywa różnie. Zdaje się funkcjonować obiegowa opinia, że na naukę funkcji procesora tekstu szkoda czasu, że tekst jakoś się napisze. Powyższe uwagi nie dotyczą studentów (najczęściej kierunków ścisłych) używających np. systemu TeX. Opanowanie go wymaga dość gruntownego zapoznania się z podstawami przetwarzania tekstu, znacznie wykraczającymi poza zasób wiedzy nawet dość zaawansowanego użytkownika edytora, a sprawne posługiwanie się TeX em pewnej kultury matematycznej (czy informatycznej). 15

16 Należy pamiętać, że podręcznik zawierający wyczerpujący opis współczesnego edytora liczy zwykle ponad tysiąc stron. Rzecz jasna wykorzystuje się w praktyce, powiedzmy, 30% możliwości, ale to też materiał obejmujący kilkaset stron. Jak często użytkownicy programu zadają sobie trud, aby w sposób systematyczny ten materiał opanować? Nie wszystkie funkcje działają w sposób intuicyjny i nie wszystkie można poznać stosując skrajnie nieefektywną metodę prób i błędów. Korzystanie z procesora tekstu wymaga również pewnej dodatkowej wiedzy obejmującej podstawy typografii. Nie wystarczy więc umieć formułować zdania poprawne pod względem logicznym, stylistycznym, gramatycznym i ortograficznym; należy zadbać również o odpowiednią formę składu. Niestety, trudno o literaturę z tego zakresu. Zresztą problem literatury jest szerszy i dotyczy nawet podręczników opisujących konkretne edytory. Są to przekłady pozostawiających wiele do życzenia pod względem merytorycznym i metodycznym podręczników, bądź nawet zupełnie nieźle napisane, ale bardzo elementarne podręczniki rodzimych autorów. Niniejszy tekst nie ma na celu dokładnej diagnozy stanu edukacji informatycznej nawet jedynie w zakresie przetwarzania tekstów. To temat do gruntownych, interdyscyplinarnych badań (wstępna, nieprecyzyjna diagnoza została powyżej nakreślona). Mówiąc zresztą o poziomie edukacji informatycznej i potrzebach związanych z uzupełnieniem wiedzy nie sposób abstrahować od poziomu edukacji w ogóle, a także o problemach związanych z samooceną. Jakże często mamy do czynienia np. z sytuacją, gdy adept kursu językowego na poziomie elementarnym, potrafiący powiedzieć w obcym języku niewiele więcej niż dzień dobry i do widzenia na dodatek z osobliwym akcentem, deklaruje dobrą znajomość języka obcego w mowie i w piśmie. Stopień ogólności rozważań zawartych w dalszej części pozwala w dużej mierze abstrahować od konkretnego edytora, chociaż w konkretnych sytuacjach odwołujemy się do najpopularniejszych narzędzi: edytora Word [3] (element pakietu MS Office) i Writer. Ten ostatni jest elementem pakietu OpenOffice [4], darmowego oprogramowania typu open source funkcjonującego w oparciu o licencję GNU, zdobywającego coraz więcej zwolenników. Edytor minimum edukacyjne Wspomnieliśmy już, że pełny opis współczesnego edytora to bardzo obszerny podręcznik. Z wielu powodów studiowanie takiego podręcznika od początku do końca nie ma większego sensu (chociażby dlatego, że przeciętny użytkownik korzysta z licznych funkcji bardzo rzadko lub w ogóle ich nie używa). Zasadnym staje się więc pytanie o minimum edukacyjne. Chodzi o to, aby poznać elementarne pojęcia związane z przetwarzaniem tekstu, specyfikę działania programu oraz jego podstawowe funkcje. Oczywiście, przed rozpoczęciem pracy z programem niezbędne jest poznanie, choćby bardzo pobieżne, środowiska pracy programu, interfejsu graficznego itp. W ramach podstaw przetwarzania tekstu warto zapoznać się z następującymi tematami: 1) rodzaje procesorów tekstu, ich specyfika i obszar zastosowań, 2) pojęcia: kroju, stopnia pisma, punktu typograficznego, czcionki, akapitu, 16

17 3) grafika wektorowa i mapy bitowe, 4) rodzaje urządzeń drukujących, 5) drukowanie do pliku. W razie konieczności można zredukować te informacje do minimum (w żadnym razie nie można pominąć pojęć z p. 2), ale ważna jest jednak pewna elementarna znajomość kontekstu. Bardzo ważne jest oswojenie się z oknem zadania i oknami dokumentów, prostymi funkcjami konfiguracyjnymi związanymi z oknami, paskami narzędzi itp., aby zyskać pewną swobodę poruszania się w środowisku edytora. Warto pamiętać (trudno znaleźć w literaturze taką informację), że akapit jest sekwencją znaków: zawartych między dwoma sąsiednimi znakami specjalnymi (pierwszy znak nie wlicza się do akapitu, drugi wlicza się) albo zawartych między pierwszym znakiem tekstu a pierwszym znakiem specjalnym (oba znaki graniczne wliczają się do akapitu). Znaki specjalne zwane są znakami końca akapitu lub znacznikami akapitu. Wśród funkcji edytora, szczególną uwagę należy skierować na te, które dotyczą typografii akapitu. Jest to podstawowy element konstrukcji tekstu i umiejętność swobodnego operowania funkcjami mającymi wpływ na kształt akapitu jest warunkiem koniecznym posługiwania się edytorem. Bardzo ważne jest opanowanie czterech rodzajów tabulacji oraz umiejętności korzystania z linijki w celu modyfikacji akapitu. W konsekwencji należy zapoznać się z metodami stosowania wypunktowanych i numerowanych akapitów, w tym numeracją wielopoziomową. Zdecydowanie trzeba podkreślić wagę umiejętności wprowadzenia automatycznego i ręcznego dzielenia wyrazów i rozumienia roli strefy dzielenia. Ponieważ opisy tych zagadnień w najpopularniejszych podręcznikach są dalece niewystarczające poświęcimy temu nieco uwagi. Dzielenie wyrazów wprowadza się najczęściej w przypadku krótkich formatów i długich wyrazów. Profesjonalnie złożony tekst zazwyczaj zawiera wyrazy podzielone na sylaby przy przenoszeniu do następnego wiersza. Chodzi o to, aby zachować podobną długość wierszy (przy wyrównywaniu akapitu do lewej i prawej) lub uniknąć zbyt dużych odstępów międzywyrazowych (przy justowaniu). Poniższy przykład ilustruje typową sytuację. Zaznaczono na nim strefę dzielenia wyrazów. Wynosi ona 0,75 cm. 17

18 Strefa dzielenia wyrazów Włączenie dzielenia wyrazów spowoduje, że wszystkie wiersze będą kończyć się w obrębie strefy. Ilustruje to następny przykład. Strefa dzielenia wyrazów W przypadku akapitu wyjustowanego, wielkość strefy dzielenia wyrazów ma związek z wyliczonym przez program odstępem międzywyrazowym. Zależność tę można wyrazić w następujący sposób: S p s [ σ, σ + ] n 18

19 Oznaczenia: S odstęp międzywyrazowy σ odstęp standardowy S p strefa dzielenia wyrazów N liczba spacji w wierszu Nietrudno zauważyć, że zmniejszając strefę dzielenia wymuszamy częstsze dzielenie wyrazów. Aby posługiwać się edytorem należy poznać również to oczywiste zupełnie elementarne operacje na znakach, umieć otworzyć i zapisać plik i wiele innych. Powyższe uwagi mają jedynie podkreślić fakt, że bez znajomości podstawowych operacji na akapicie, w tym czterech rodzajów tabulacji, rozumienia roli tabulacji i wcięć oraz funkcji dzielenia wyrazów, nie ma mowy nawet o podstawowej znajomości edytora. Znajomość funkcji związanych z formatowaniem akapitu ma jeszcze jeden walor. Są one bardzo charakterystyczne dla specyfiki działania całego edytora. Efektywność w pracy nad tekstem Znajomość podstawowych funkcji programu umożliwia posługiwanie się edytorem, jednak efektywne posługiwanie się narzędziem wymaga dodatkowych umiejętności i zachowania pewnych zasad. Chodzi przede wszystkim o to, aby był on złożony szybko i w sposób umożliwiający w razie potrzeby łatwą modyfikację. Efektywność rozumiemy jako: zdolność osiągnięcia zamierzonego celu, umiejętne używanie narzędzi, redagowanie tekstu w sposób umożliwiający łatwą modyfikację treści merytorycznej i formy składu, znajomość podstawowych metod przyspieszających wykonywanie pracochłonnych operacji. Zdolność osiągnięcia zamierzonego celu sprowadza się do znajomości edytora w stopniu umożliwiającym uzyskanie założonego efektu. Jest rzeczą niedopuszczalną, aby użytkownik edytora rezygnował np. z fragmentów tekstu umieszczanego w tabeli tylko dlatego, że nie potrafi dostosować tabeli do materiału, który ma się w niej znaleźć. Często zdarzają się usterki typograficzne w nagłówkach pism wynikające z braku umiejętności użycia tabulatora wyrównującego do prawej strony w odniesieniu do tekstu typu <nazwa miasta>, dn. <data>. Umiejętne używanie narzędzi wynika częściowo z zakładanej znajomości podstawowych funkcji programu. Jednak tu chodzi o coś więcej: jeśli można uzyskać dany efekt stosując więcej niż jedną metodę, należy wybrać tę właściwą. Na przykład (częste w przypadku druków akcydensowych), użytkownik powinien umieć ocenić, czy w konkretnym przypadku zastosować skład wielokolumnowy, czy raczej odpowiednio sformatowane pola tekstowe. Redagowanie tekstu w sposób umożliwiający łatwą modyfikację wiąże się z umiejętnym używaniem narzędzi. Przystępując do składania tekstu zwłaszcza 19

20 w przypadku długich dokumentów należy starannie zaplanować formę składu i odpowiedzieć na szereg pytań. Oto ważniejsze z nich: jaki ma być układ strony (rozmiar papieru, orientacja, marginesy), czy będzie to skład jedno-, wielokolumnowy, czy mieszany, czy będą wykorzystywane szablony i style, czy wystąpi podział na sekcje, czy będzie generowany automatyczny spis treści, podpisy pod rysunkami itp. Użytkownik edytora powinien mieć świadomość kłopotów przy zamianie np. składu jedno- na wielokolumnowy w przypadku planowanych dla składu jednokolumnowego wcięć i tabulacji. Konsekwencje wynikające z konwersji są często dość nieprzyjemne. Wpływ znajomości metod przyspieszających i ułatwiających wykonywanie pracochłonnych operacji na efektywność pracy nad tekstem jest oczywisty. Repertuar funkcji, które ma do dyspozycji użytkownik współczesnego edytora jest ogromny: szybkie metody zaznaczania bloków tekstu, autotekst, malarz formatów, style, szablony, makra i wiele innych, nie licząc wyspecjalizowanych funkcji np. ułatwiających pracę z długimi dokumentami, operacje na tabelach itp. Dość szczególne miejsce zajmują operacje typu szukaj-zamień. Praktyka szkoleniowa dowodzi, że większość użytkowników mających nawet dość spore doświadczenie nie wie o tym, że możliwe jest wyszukiwanie frazy o zadanej typografii lub tylko określonych form typograficznych, np. akapitów o określonym wcięciu pierwszego wiersza. Stosowanie prostych funkcji ułatwiających i przyspieszających wykonywanie żmudnych operacji, typu autotekst czy malarz formatów, zależy w dużej mierze od indywidualnych upodobań użytkownika. Bardzo ważna jest w tym kontekście możliwość konfigurowania pasków narzędzi. Autor tego tekstu nie wyobraża sobie pracy z edytorem bez zainstalowania przycisku odpowiadającego funkcji powtórz operację. Podsumowanie i wnioski Przeprowadzona na wstępie analiza stanu edukacji informatycznej dotyczy obserwacji Centrum Doradczo-Szkoleniowego IMM. Biorąc pod uwagę wieloletnią działalność i liczbę przeszkolonych osób, z dużym prawdopodobieństwem należy stwierdzić, że pozaszkolna edukacja informatyczna ma jeszcze sporą rolę do odegrania. Poziom zaawansowania użytkownika edytora nie powinien być mierzony ilością opanowanych funkcji, ale stopniem opanowania i zrozumienia elementarnych mechanizmów i operacji na tekście (i ew. grafice) oferowanych przez program. Cóż z tego, że ktoś zna i pamięta procedurę tworzenia 20

21 korespondencji seryjnej, jeśli nie potrafi poprawnie złożyć dokumentu głównego, będącego np. listem składającym się z kilku prostych akapitów. W tym celu wprowadziliśmy pojęcie minimum edukacyjnego, które jest dość selektywnym kryterium stopnia opanowania edytora. Należy jednak pamiętać, że owo minimum należy rozumieć jedynie jako warunek konieczny. Trzeba też pamiętać, że ważna jest również znajomości menu, okien dialogowych itp., czyli po prostu swoboda poruszania się w środowisku. Pożądaną odpowiedzią na pytanie o znajomość procesora tekstu jest: znam w takim stopniu, w jakim mi to jest potrzebne. Taka odpowiedź powinna oznaczać dobrą znajomość podstaw, w tym minimum edukacyjnego, oraz deklarację, że jeśli zajdzie potrzeba adept sięgnie do literatury i ze zrozumieniem przeczyta opis potrzebnej funkcji. Literatura [1] Kuroczycki T., Nauczanie baz danych doświadczenia szkoleniowe Instytutu Maszyn Matematycznych. Techniki Komputerowe. Biuletyn Informacyjny, 1, [2] Łysoń, K., Arkusze kalkulacyjne doświadczenia szkoleniowe Instytutu Maszyn Matematycznych. Techniki Komputerowe. Biuletyn Informacyjny, 1, [3] Mansfield R., Word 97 od podstaw do mistrzostwa (Pl+En). Wyd. Help, Warszawa, [4] Dziewoński M., OpenOffice 2.0 PL. Oficjalny podręcznik. Wyd. Helion, Warszawa,

22 Krzysztof Łysoń Instytut Maszyn Matematycznych Arkusze kalkulacyjne doświadczenia szkoleniowe Instytutu Maszyn Matematycznych Spreadsheets educational experiences of the Institute of Mathematical Machines Streszczenie Celem artykułu jest przedstawienie doświadczeń szkoleniowych Centrum Doradczo Szkoleniowego IMM (d. Ośrodka Badawczo-Szkoleniowego IMM) w dziedzinie nauczania arkuszy kalkulacyjnych, oraz ukazanie perspektyw tego szkolenia w przyszłości. Abstract The aim of the article is to present educational experience of the Institute of Mathematical Machines in spreadsheets teaching. Forecasts are also discussed. 1. Rys Historyczny Początki nauczania arkuszy kalkulacyjnych w Instytucie Maszyn Matematycznych sięgają przełomu lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych XX w. i związane są z nauczaniem popularnego w środowisku MS-DOS (dla komputerów klasy IBM PC) arkusza kalkulacyjnego Multiplan, oraz jego polskiego odpowiednika Multoplanu [1]. Pojawienie się środowiska graficznego (GUI) to nowa klasa pakietów, przeznaczonych do pracy w tym środowisku. W początkowym okresie wiodącym pakietem w dziedzinie arkuszy kalkulacyjnych okazał się Lotus 1-2-3, jednakże dalszy rozwój środowiska graficznego to coraz większa rola pakietu biurowego MS-Office. Wchodzący w skład pakietu MS-Office arkusz kalkulacyjny MS-Excel stopniowo wypierał pakiet Lotus 1-2-3, aż ostatecznie zdominował rynek arkuszy kalkulacyjnych w Polsce. Obecnie pakiet MS-Excel nadal stanowi dominujący produkt w dziedzinie biurowych arkuszy kalkulacyjnych, a jego ewolucja i rozwój wiąże się nierozłącznie z ewolucją i rozwojem środowiska MS-Windows, powiązaną z nieustannym (i niekiedy wręcz lawinowym) rozwojem sprzętu komputerowego. Można to prześledzić na przykładzie kolejnych wersji MS-Excel poczynając od wersji Excel 4.0 i 5.0 (współpracujących ze środowiskiem MS-Windows 3.1/3.11), poprzez wersje przeznaczone do pracy w środowisku Windows 95/98/Me (Excel 7.0/95, Excel 97 i Excel 2000), na wersjach przeznaczonych do pracy w środowisku MS-Windows XP/Vista kończąc (Excel XP/2002, Excel 2003, Excel 2007). W związku z faktem, że pakiet MS-Excel jest produktem dominującym na rynku arkuszy kalkulacyjnych i zdecydowana większość słuchaczy nim się posługuje (lub będzie posługiwać), jest on podstawowym arkuszem kalkulacyjnym nauczanym w naszym Centrum. 22

23 2. Profile kursów 2.1. Profil podstawowy Dominujący profil, zwłaszcza w początkowym okresie działalności szkoleniowej, stanowił profil podstawowy. Kurs ten przeznaczony był dla kalkulacyjnym. Odwoływał się jednakże do ogólnej znajomości systemu MS- Windows, oraz do pewnych (podstawowych) elementów pakietu słuchaczy, którzy nie mieli żadnych doświadczeń ani kontaktu z arkuszem MS-Word. Założenie takie było tym bardziej uzasadnione, że moduł MS-Excel wchodził w skład szerszego pakietu szkoleniowego (obecnie pod nazwą Komputer w biurze ), obejmującego m.in. podstawy MS-Windows i podstawy MS-Word (moduły te poprzedzały wtedy zajęcia z arkuszy kalkulacyjnych). Pozwalało to odwoływać się, podczas prowadzonych zajęć, do już opanowanych podstawowych technik edycyjnych oraz metod otwierania i zapisu gotowych plików (arkuszy/skoroszytów). Po opanowaniu programu modułu podstawowego zakładano, że słuchacz będzie w stanie samodzielnie wykonywać w MS-Excel podstawowe operacje związane z arkuszem kalkulacyjnym (takie jak efektywne wypełnianie komórek arkusza, ich edycja i formatowanie, operacje arytmetyczne i korzystanie z podstawowych funkcji wbudowanych, wstawianie wykresów itp.) [2], [3]. Standardowy wymiar każdego modułu (MS-Windows, MS-Word, MS-Excel itd.) wynosił godzin lekcyjnych. Zajęcia prowadzono w blokach 3-4 godzinnych (w zależności od pory dnia) Profil zaawansowany Kolejnym profilem kursów był profil zaawansowany (czy też raczej średniozaawansowany). Nazwa tej edycji kursów ewoluowała, jednakże na ogół kursy te anonsowane były pod nazwą: MS-Excel zadania zaawansowane. Moduł ten zakładał znajomość arkusza kalkulacyjnego na poziomie podstawowym (tzn. na poziomie absolwenta kursu podstawowego). Zajęcia odbywały się w blokach 3 godzinnych, a całkowity wymiar kursu wahał się w granicach godzin lekcyjnych. Po opanowaniu programu modułu zaawansowanego zakładano, że słuchacz będzie w stanie swobodnie pracować z arkuszem kalkulacyjnym MS-Excel w zakresie przydatnym większości jego użytkowników (a więc m.in. biegła znajomość formatowania komórek i całego arkusza, korzystanie z funkcji wbudowanych, sposoby adresacji komórek, zabezpieczanie arkusza i skoroszytu, modyfikowanie i formatowanie wykresów, sortowanie i filtrowanie danych, zasady pracy z arkuszami powiązanymi, rejestrowanie i wykorzystanie prostych makropoleceń). W przypadku omawianego wyżej kursu, zakres nabytych umiejętności zależał nie tylko od jego wymiaru godzinowego, ale też od początkowych umiejętności grupy słuchaczy. Ponieważ nabór nie był tu poprzedzony sprawdzianem, a tylko informacją o konieczności znajomości arkusza MS-Excel na poziomie podstawowym, umiejętności słuchaczy często były mocno zróżnicowane i praktycznie w każdej grupie inne. W związku z powyższym, początkowy element zajęć ( przypomnienie i uporządkowanie wiadomości podstawowych ) wymagał niejednokrotnie znacznego rozciągnięcia w czasie (nawet powyżej 3 godzin). 23

24 Warto tu zauważyć, że w przypadku osób mających podstawowe braki można wyróżnić dwie grupy: osoby, które miały pewien kontakt z arkuszem MS-Excel i w związku z tym uważające, że są już biegłe w arkuszach kalkulacyjnych (a w rzeczywistości kwalifikujące się na kurs podstawowy) osoby pracujące z MS-Excel i wykonujące często zaawansowane operacje, ale mające pewne elementarne braki wynikające na ogół z faktu, że nabywały wiedzę samodzielnie w miarę wynikających potrzeb (a więc nie przeszły systematycznego kursu podstawowego). Jednocześnie zdarzały się też osoby (a sporadycznie całe grupy), o znacznej biegłości, zgłaszające potrzeby niekiedy wychodzące poza ramy programu kursu. W miarę możliwości czasowych (jeżeli poziom całej grupy na to pozwalał) starano się te potrzeby uwzględniać. W szczególnych przypadkach mogło się to także wiązać z pewną modyfikacją programu samego kursu (np. wprowadzenie tabel przestawnych kosztem ograniczenia zagadnień związanych z rejestracją i wykorzystywaniem makropoleceń) Makropolecenia Trzeci, kolejny moduł kursów dotyczących arkuszy kalkulacyjnych, został wprowadzony do oferty szkoleniowej w odpowiedzi na zapytania słuchaczy o ew. dalszy etap szkolenia. Anonsowany jest on pod nazwą: MS Excel makropolecenia. Makropolecenia dają możliwość poszerzania zestawu dostępnych operacji o całkiem nowe, dostosowane do specyficznych potrzeb użytkownika. Stosowanie makropoleceń pozwala też zautomatyzować pracę. Podczas kursu słuchacze poznają sposoby rejestrowania i odtwarzania makropoleceń, tworzenie własnych przycisków i przypisywania do nich makropoleceń, a także podstawy języka Visual Basic for Applications, dzięki któremu można tworzyć bardziej zaawansowane makropolecenia. Kurs ten przeznaczony jest dla użytkownika MS- Excel, chcącego poszerzyć swoje umiejętności w tej dziedzinie nie jest to natomiast kurs programowania! Zajęcia prowadzone były w blokach 3 godzinnych, a całkowity wymiar kursu wahał się w granicach godzin lekcyjnych Szkolenia niestandardowe Oprócz standardowych kursów stacjonarnych w siedzibie Instytutu, prowadzono też kursy specjalizowane na zamówienie klienta (zarówno w siedzibie IMM jak i u klienta). Na ogół były to kursy o profilu podstawowym lub mieszanym (elementy kursu podstawowego i średniozaawansowanego), jednakże prowadzono też kursy o profilu zaawansowanym. Program (i wymiar godzinowy) tych kursów był ustalany każdorazowo w porozumieniu z klientem (i niekiedy znacząco wykraczał poza zakres proponowanych przez nas zagadnień). Specyficzną grupę szkoleń stanowiły wystąpienia (poświęcone wybranym zagadnieniom) dla szerszego audytorium (np. sala kinowa), prowadzone w siedzibie klienta. Miały one na celu zapoznanie słuchaczy z wybranymi zagadnieniami z zakresu informatyki użytkowej (np. składanie tekstu, arkusze kalkulacyjne, bazy danych, podpis elektroniczny, itd). Wystąpienie takie (trwające 24

25 2 godziny zegarowe) polegało na przedstawieniu wybranego zagadnienia w postaci pokazu programu, przeplatanego prezentacją slajdów, a następnie udzielaniu odpowiedzi na pytania audytorium. Przykładowo, tegoroczne wystąpienia dotyczące zagadnień powiązanych z arkuszami kalkulacyjnym, nosiły następujące tytuły: Arkusze kalkulacyjne (MS-Excel) Wykresy i grafika Arkusze kalkulacyjne (MS-Excel) Formuły i funkcje wbudowane Jak to zrobić w OpenOffice Arkusz kalkulacyjny 3. Kursy ECDL Oddzielną grupę szkoleń stanowią szkolenia ECDL (European Computer Driving Licence) [4]. ECDL (Europejski Certyfikat Umiejętności Komputerowych) to międzynarodowy projekt Stowarzyszenia Europejskich Profesjonalnych Towarzystw Informatycznych (Council of European Professional Informatics Societes CEPIS). Idea ECDL polega na wydaniu jednolitego w skali kraju certyfikatu zaświadczającego, że jego posiadacz ma podstawowe umiejętności w zakresie obsługi komputera i potrafi je efektywnie wykorzystać w codziennej pracy. W Polsce egzaminy ECDL przeprowadzane są pod nadzorem Polskiego Towarzystwa Informatycznego certyfikat wydawany przez PTI jest zgodny z europejskimi standardami i honorowany w całej Unii Europejskiej. Jednym z elementów składowych certyfikatu ECDL jest moduł M4 obejmujący znajomość arkuszy kalkulacyjnych. Nie jest tu określona konkretna aplikacja użytkownik ma się wykazać znajomością dowolnego z arkuszy (więc może to być zarówno MS-Excel, jak i Lotus 1-2-3, OpenOffice Calc, itd.), a rolą PTI jest zapewnienie egzaminatora, który będzie w stanie sprawdzić umiejętności na przykładzie konkretnej aplikacji. Jednakże w praktyce, zarówno materiały pomocnicze dostępne na rynku, jak i standardowe zestawy egzaminacyjne PTI, bazują na podstawowej aplikacji do arkuszy kalkulacyjnych, jaka jest w Polsce MS-Excel. W związku z tym oferujemy kursy przygotowujące do certyfikatu ECDL, w oparciu o znajomość pakietu MS-Office (w tym także moduł M4 Arkusze kalkulacyjne w oparciu o znajomość MS-Excel). 3.1.Warianty szkoleń ECDL W praktyce szkolenie ECDL przebiegało w kilku wariantach: Oferta kompleksowa (obejmująca zestaw wszystkich modułów ECDL) Pojedyncze moduły ECDL (od M1 do M7) Oferta na zamówienie klienta (Urząd Dzielnicy, Urząd Pracy itd.) Wymiar godzinowy modułu M4 zależał od zakładanego poziomu zaawansowania uczestników, oraz wielkości grupy (10-12, maksymalnie 15 osób) i wahał się w granicach od 18 do 32 godzin szkoleniowych. Oferta kompleksowa zakładała, że słuchacze (posiadający już pewna wiedzę i umiejętności) uczestniczą w szkoleniu moduł po module, w kolejności jaką założyło PTI (tzn. od modułu M1 do M7). W przypadku modułu M4 (Arkusze kalkulacyjne) pozwalało to założyć, że uczestnicy są już zaznajomieni z podstawami technik komputerowych (moduły M1 i M2), oraz że posiadają już biegłość w zakresie technik edycyjnych (moduł M3). W oparciu o to założenie można było zredukować liczbę godzin szkoleniowych przeznaczonych na ten moduł (18-22 godzin szkoleniowych). 25

26 Szkoleniem kompleksowym zainteresowane były zwłaszcza osoby, pragnące w krótkim czasie uzyskać certyfikat ECDL (na potrzeby obecnej pracy czy też zbliżającego się wyjazdu zagranicznego). Szkolenie w ramach pojedynczych modułów ECDL zakładało, że w kursie udział biorą osoby pracujące już z daną aplikacją, a chcące jedynie powtórzyć i poszerzyć swoją wiedzę, potwierdzając ją zdaniem egzaminu z danego modułu. Trudno w tym wypadku zakładać kompleksową wiedzę w zakresie modułów M1, M2 i M3 (egzaminy ECDL można bowiem zdawać w dowolnej kolejności, w okresie 3 lat). Można jednakże założyć elementarna wiedzę uczestników w zakresie w/w modułów, oraz posiadanie już pewnej znajomości arkusza MS-Excel. Liczba godzin szkoleniowych przeznaczonych na ten moduł w tej wersji wynosiła godziny szkoleniowe. Oferta na zamówienie klienta obejmowała w większości przypadków szkolenie kompleksowe ze wszystkich modułów. Pierwszy wariant stanowią tu szkolenia dla uczestników korzystających już z komputera (np. urzędy, firmy). W zależności od poziomu zaawansowania proponowany wymiar szkoleniowy modułu M4 wynosił w tym wypadku godzin szkoleniowych. Drugi wariant obejmuje szkolenia dla osób, które kontaktu z komputerem nie miały, lub do tego się nie przyznają (zadeklarowały brak biegłości w tej dziedzinie). Dotyczy to np. szkolenia dla biur czy urzędów pracy, oraz różnego rodzaju fundacji zajmujących się aktywizacja zawodową. W tym wypadku wymiar szkoleniowy modułu M4 wynosił godzin szkoleniowych. Oddzielną grupę stanowią tu szkolenia na zamówienie klienta, obejmujące tylko wybrane moduły ECDL. Dotyczy to osób, które w firmie posługują się już dana aplikacją, a ich pracodawca chce mieć pewność uzyskania przez te osoby wiedzy na określonym poziomie (wyznaczanym przez kryteria egzaminu ECDL). W zależności od zamówienia szkolenie kończyło się bądź obowiązkowym egzaminem ECDL, lub też opcjonalną możliwością potwierdzenia zdobytych umiejętności poprzez zdawanie tego egzaminu. Kolejnym etapem było wzbogacenie oferty szkoleniowej o poziom zaawansowany ECDL [5]. Poziom ten przeznaczony jest dla osób, które posiadają już ugruntowaną wiedzę na poziomie certyfikatu ECDL (certyfikat ten obejmuję wiedzę podstawową z wszystkich 7 modułów) i chcą rozszerzyć swoje umiejętności w dziedzinie konkretnej aplikacji. W przypadku ECDL Advanced certyfikaty wydawane są oddzielnie dla każdego z 4 modułów: Przetwarzanie tekstu, poziom zaawansowany (AM3) Arkusze kalkulacyjne, poziom zaawansowany (AM4) Bazy danych, poziom zaawansowany (AM5) Grafika menedżerska i prezentacyjna, poziom zaawansowany (AM6) Egzaminy ECDL Advanced zdawane są niezależnie od siebie, a przystąpienie do egzaminu nie wymaga posiadania Certyfikatu ECDL. Po zdaniu każdego egzaminu wydawany jest oddzielny Certyfikat ECDL-A z określonego modułu zakresu. Osoba, która skompletuje 4 Certyfikaty ECDL-A w okresie nie dłuższym niż 3 lata może otrzymać Certyfikat ECDL Ekspert (certyfikat w formie karty plastikowej ze zdjęciem). Określenie wymiaru godzin szkoleniowych dla tego typu kursu okazało się przedsięwzięciem dość trudnym i obarczonym dużym ryzykiem. Wprawdzie do zdawania egzaminu nie jest wymagane posiadanie certyfikatu ECDL, ale 26

27 poczyniono takie założenie. Było ono tym bardziej uprawnione, że słuchacze pilotowego szkolenia z modułu AM4 taki certyfikat posiadali. W związku z tym wymiar godzinowy szkolenia dotyczącego modułu AM4 określono na 30 godzin lekcyjnych. Niestety, pomimo posiadania przez słuchaczy certyfikatu ECDL okazało się, że wiedza większości z nich w zakresie pakietu MS-Excel jest niewystarczająca do efektywnego szkolenia zaawansowanego. Konieczne okazało się powtarzanie (i uzupełnianie) materiału z zakresu modułu M4, co znacznie ograniczyło czas nauczania materiału wchodzącego w skład modułu AM4. Wydaje się, że w takim wypadku należy przeznaczyć na realizacje pełnego programu nawet do 40 godzin lekcyjnych. Z powyższego przypadku jasno wynika, że zakładanie a priori, że słuchacze (nawet posiadający certyfikat ECDL) będą odpowiednio przygotowani do intensywnego szkolenia w zakresie modułu AM4, jest ryzykowne. O ile w przypadku innych kursów zaawansowanych (które nie kończą się certyfikatem zewnętrznym) istnieje, dla prowadzącego zajęcia, pewne pole manewru (np. modyfikacja programu szkolenia i dostosowanie go do potrzeb i możliwości słuchaczy w trakcie zajęć) to w przypadku kursu o ściśle określonych kryteriach egzaminacyjnych (jakim jest ECDL Advanced) taka możliwość nie istnieje. W związku z tym założenie, że słuchacze prezentują rzeczywiście poziom certyfikatu ECDL można ew. poczynić w odniesieniu do słuchaczy szkolonych (i egzaminowanych) niedawno w Ośrodku Szkoleniowym IMM, lub do osób które poddano egzaminowi wstępnemu. W pozostałych przypadkach należy liczyć się z koniecznością uzupełniania wiedzy słuchaczy także w zakresie podstawowym i uwzględnić to w planowanym wymiarze godzinnym modułu AM4. 4. Teraźniejszość i dalsze perspektywy W ciągu blisko 20-letniej historii szkoleń, prowadzonych przez Ośrodek, widać nieustanną ewolucję potrzeb słuchaczy. Wynika to nie tylko z ewolucji produktów informatycznych, ale i ciągłego podnoszenia wiedzy informatycznej społeczeństwa. Czasy, kiedy większość słuchaczy nie miała kontaktu z komputerem i trzeba uczyć ich pracy od podstaw minęły bezpowrotnie. Informatyka w szkołach i codzienne obcowanie z komputerem w wielu domach sprawiły, że program kursów także ulegał ewolucji. Przejawia się to w coraz mniejszym zainteresowaniu kursami podstawowymi, w tym także podstawami MS-Excel. Coraz większego znaczenia nabierają kursy ECDL (w tym moduł M4 Arkusze kalkulacyjne). Pojawia się też zainteresowanie certyfikatem zaawansowanym (moduł AM4), którego rola zapewne wzrośnie w przyszłości. Poza tym warto zwrócić uwagę na coraz większe znaczenie niekomercyjnego konkurenta MS-Office, czyli pakietu OpenOffice [6], gdzie funkcjonalnym odpowiednikiem arkusza kalkulacyjnego MS-Excel jest arkusz Calc. Wprawdzie obecnie standardowe materiały książkowe i procedury egzaminacyjne ECDL zakładają korzystanie z MS-Office, ale w miarę zdobywania popularności przez OpenOffice należy spodziewać się materiałów ECDL korzystających także z OpenOffice (w tym też arkusza Calc). Warto też zwrócić uwagę na ciągłą ewolucję wymagań dotyczących samego programu i wymagań egzaminacyjnych ECDL (obecnie Sylabus ECDL wersja 5.0). 27

28 W związku z ciągłym podnoszeniem kwalifikacji słuchaczy należy spodziewać się wzrostu zapotrzebowania na kursy o profilu bardziej zaawansowanym, bądź ukierunkowanych na rozwiązywanie konkretnych problemów, kosztem kursów podstawowych. Jednakże warto jednocześnie zauważyć, że wśród osób pracujących biegle z Excelem, wiele z nich ma jednak problemy z pewnymi czynnościami podstawowymi (lub wykonuje je w sposób mało efektywny). Wynika to na ogół z faktu, że nabywały one umiejętności samodzielnie, lub przy pomocy osób przypadkowych, co skutkuje chaotycznością ich wiedzy. Być może wskazane byłoby zaproponowanie takim osobom kursu porządkującego ich wiedzę. Jednakże problem polega na tym, że na ogół nie zdają one sobie sprawy ze swoich braków (a więc nie widzą potrzeby takiego szkolenia) braki te ujawniają się dopiero np. przy okazji szkolenia na wyższym poziomie. Kolejne możliwości szkoleń wynikają z coraz powszechniejszego dostępu do Internetu i umiejętności posługiwania się nim. Otwiera to możliwości szkoleń zdalnych (tzw. e-learning). Jednakże całkowite odcięcie słuchacza od bezpośredniego kontaktu ze szkolącym (trenerem) może niejednokrotnie stanowić pewną barierę i niedogodność (zwłaszcza w przypadku szkoleń bardziej zaawansowanych). Sensownym wydaje się tu więc podejście mieszane, co pozwoli zaoszczędzić słuchaczom czasu spędzanego w laboratorium (kosztem samodzielnych ćwiczeń w wygodnym dla siebie terminie), a jednocześnie nie pozbawi ich bezpośredniego kontaktu z trenerem. 5. Podsumowanie Biorąc pod uwagę blisko 20-letnie doświadczenie Ośrodka w dziedzinie organizowania szkoleń komputerowych, można pokusić się o stwierdzenie, że pomimo ciągłego rozwoju wiedzy informatycznej społeczeństwa (m.in. informatyka w szkołach), pozaszkolna edukacja informatyczna nadal ma pewną rolę do odegrania, aczkolwiek niewątpliwie zmieniają się jej akcenty. Z jednej strony potrzeby słuchaczy ewoluują w kierunku zagadnień bardziej wyrafinowanych i zaawansowanych, z drugiej zaś mamy do czynienia z wiedzą często wyrywkową i chaotyczną (co stwarza niejednokrotnie problemy edukacyjne w trakcie szkolenia). W związku z tym konieczne jest stworzenie pewnego minimum edukacyjnego, które z jednej strony zapewnia słuchaczowi podstawową wiedzę w zakresie arkuszy kalkulacyjnych, z drugiej zaś stwarza podstawę, do której możemy odwołać się na kursach bardziej zaawansowanych taką podstawę programową stanowi kurs podstawowy (w standardowym wymiarze 12 godzin szkoleniowych). Można się oczywiście spierać, co w skład takiego minimum programowego wchodzi ( jest to poniekąd kryterium subiektywne), ale pewne elementy takiego programu są niepodważalne. Drugim stopniem edukacji w dziedzinie kursów z arkuszy kalkulacyjnych powinno być rozwinięcie umiejętności podstawowych i wzbogacenie ich o elementy, które każdemu użytkownikowi mogą być przydatne w naszym przypadku rolę taką spełnia kurs MS-Excel zadania zaawansowane. Na tym etapie szkolenia powstaje pytanie, czy pozostałe zagadnienia są potrzebne większości użytkowników arkuszy kalkulacyjnych? Otóż okazuje się, że po dojściu do pewnego etapu szkolenia oczekiwania mogą być mocno zróżnicowane, w zależności od specyfiki wykonywanej pracy. Z jednej strony odpowiedzią na takie zapotrzebowanie jest kurs MS Excel makropolecenia, z drugiej zaś kursy o profilu uzgadnianym 28

29 z klientem (w tym drugim przypadku dotyczy to szkoleń na zamówienie, a więc większych grup słuchaczy). Oddzielną grupę szkoleń stanowią szkolenia ECDL (moduł M4), przy czym zakres szkolenia podstawowego ECDL nie odbiega znacząco od zakresu kursu MS-Excel zadania zaawansowane (poprzedzonego oczywiście kursem podstawowym). Szkolenie w zakresie ECDL Advanced (moduł AM4) dotyczy zagadnień, które w znacznej mierze nie będą przydatne przeciętnemu użytkownikowi, może stanowić natomiast kolejny element szkolenia dla osób, które pragną opanować w miarę kompleksowo umiejętności posługiwania się arkuszem kalkulacyjnym (a więc dla osób posiadających wiedze z zakresu modułu M4 lub kursu MS-Excel zadania zaawansowane ). Niezależnie jednak od poziomu zaawansowania szkolenia należy mieć świadomość, że kursy nie nauczą słuchacza wszystkiego. Ważne jest natomiast, aby po ukończeniu szkolenia posiadał on umiejętności, które pozwolą mu, w razie potrzeby, sięgnąć do literatury i samodzielnie poszerzyć swoją wiedzę. Literatura [1] Kuroczycki T., Nauczanie baz danych doświadczenia szkoleniowe Instytutu Maszyn Matematycznych. Techniki komputerowe. Biuletyn informacyjny, 1, [2] Chester T., Alden R. H., Excel 97 od podstaw do mistrzostwa. Wyd. Help, [3] Walkenbach J., Excel 97 Biblia. Wyd. ReadMe, 1997 [4] Kopertowska M., Europejski Certyfikat Umiejętności Komputerowych Arkusze kalkulacyjne. Wyd. Mikom, [5] Kopertowska M., Sikorski W., ECDL Advanced Arkusze kalkulacyjne. Wyd. Naukowe PWN SA, [6] Dziewoński M., OpenOffice 2.0 PL. Oficjalny podręcznik. Wyd. Helion,

30 Andrzej Kaczmarczyk, Marek Kacprzak, Andrzej Masłowski Instytut Maszyn Matematycznych Metodyka treningu wielopoziomowego operatorów robotów 1 Methodic of multi-level training of robot operators Streszczenie Trening wielopoziomowy ma umożliwiać efektywne co do kosztów i czasu przygotowanie wysoko kwalifikowanych operatorów robotów dzięki użyciu tańszych urządzeń i metod treningu do nabycia podstawowych umiejętności i bardziej złożonych do ich doskonalenia. Przedstawiono koncepcję treningu wielopoziomowego operatorów robotów mobilnych naziemnych, wyposażonych w kamerę TV i inne sensory oraz manipulator. Ponadto artykuł zawiera ocenę tej koncepcji dokonaną przez polskiego producenta i użytkowników takich robotów oraz wnioski dotyczące rozwoju metod treningu. Abstract Multi-level training is to enable cost and time efficient preparation of a great number of robot operators with advanced skills thanks to use of no costly equipment and methods to get basic expertise, and more sophisticated ones to perfect it. A concept of multi-level training of operators of the on-earth-mobile robots equipped with TV-cameras, other sensors, and manipulator arm is presented. Moreover, results of this concept evaluation by a Polish manufacturer and users of such robots, and conclusions related to the development of training methods are included in the paper. 1. Wstęp Roboty znajdują coraz szersze zastosowanie we wszystkich dziedzinach ludzkiej działalności i w niedalekiej przyszłości ich rozpowszechnienie oraz wieloraka przydatność mogą osiągnąć rozmiary porównywalne do dzisiejszego rozpowszechnienia i przydatności komputerów. Dziś jednym z obszarów intensywnego rozwoju jest technologia i zastosowania robotów do zadań inspekcyjno-interwencyjnych. Roboty o tym przeznaczeniu, mobilne na ziemi, w wodzie i w powietrzu, znajdują zastosowanie do wspomagania działań antyterrorystycznych, militarnych i ratownictwa, w systemach ochrony nadzorowanych obszarów i granic lądowych i morskich, a także do ochrony infrastruktury krytycznej. Rozwój technologii potrzebnych do realizacji tych zastosowań jest istotnym składnikiem technologii dla bezpieczeństwa jednego z priorytetowych kierunków badań Krajowego Programu Badań Naukowych i Prac Rozwojowych. Spożytkowanie wyników prac badawczych i rozwojowych, t.zn. zastosowania robotów na szerokim polu zapewniania bezpieczeństwa przy ich użyciu, powoduje że potrzebne będzie szkolenie, a także bieżące doszkalanie wynikające z szybko postępujących zmian technologii dużej liczby operatorów 1 Praca naukowa finansowana za środków na naukę w latach jako projekt rozwojowy nr OR

31 umiejących posługiwać się robotami, zarówno w wojsku i służbach mundurowych jak i wśród pracowników cywilnych. Można oczekiwać, że wobec szybkiego rozwoju robotyki i zastosowań robotów w wielu dziedzinach, problem szkolenia osiągnie rozmiary porównywalne do szkolenia w posługiwaniu się PC-tami po ich szerokim wprowadzeniu do użytku w latach 1980-tych. Program strategiczny dotyczący technologii dla bezpieczeństwa powinien więc objąć rozwój metod i urządzeń do szkolenia operatorów robotów, metod opartych na e-learningu i e- treningu z wykorzystaniem komputerowego modelowania i symulacji robotów i ich otoczenia. System szkolenia powinien umożliwiać certyfikację umiejętności operatorskich, zapewniającą kompetencję obsługi robotów, od której zależeć będzie w szczególności w przypadku działań antyterrorystycznych, ratownictwa oraz inspekcji, ochrony i remontu infrastruktury krytycznej życie ludzi i stan środowiska. Artykuł niniejszy ma za przedmiot metodykę szkolenia operatorów najbardziej dziś rozpowszechnionego typu robotów inspekcyjno-interwencyjnych, robotów mobilnych naziemnych, wyposażonych w manipulator i zestaw sensorów, w tym w kamerę wizyjną. Ze względu na konieczność przeszkolenia wielu operatorów, spośród których wielu musi osiągnąć znaczną biegłość w operowaniu robotem z racji kontaktu z materiałami toksycznymi i wybuchowymi, potrzeba wielu godzin treningu dla wielu szkolonych. Dlatego przyjęto koncepcję treningu wielopoziomowego, polegającego na nabywaniu podstawowych umiejętności na tańszych urządzeniach treningowych, w dużych grupach lub bez udziału instruktora i na używaniu kosztownych urządzeń w końcowym, doskonalącym etapie szkolenia. Zaproponowana metodyka treningu wielopoziomowego, uwzględniająca również certyfikację szkolonych operatorów, została poddana ocenie ankietowej krajowych użytkowników i producenta robotów. Wyniki tej oceny posłużyły do korekty metodyki treningu mającej na celu przystosowanie jej do potrzeb krajowych. 2. Koncepcja metodyki treningu Koncepcję metodyki treningu wielopoziomowego opracowano dla potrzeb projektu badawczego rozwojowego Platforma do projektowania i tworzenia oprogramowania komputerowych trenażerów do robotów mobilnych inspekcyjnointerwencyjnych (nr OR ) Cele szkolenia Finalnym celem szkolenia jest nabycie przez operatora biegłości w operowaniu robotem we wszystkich przewidzianych przez producenta trybach pracy, przy wykonywaniu zadań określonych przez użytkownika. Wyróżnić można poniższe szczegółowe cele, które będą osiągane na poszczególnych etapach szkolenia operatora: 1) Zapoznanie się z robotem, jego interfejsem z operatorem, funkcjami i trybami pracy; 2) Obserwacja operowanie kamerą (i ewentualnie innymi sensorami) w celu wykonywania zadań obserwacyjnych, interpretacja wyników; obserwacja w warunkach zakłóceń (w tym widoczności ograniczonej np. przez zadymienie); 3) Przemieszczanie robota jazda robotem - w różnych warunkach terenowych (w tym sypki piasek, żwir, kałuże), 31

32 - przy obserwacji bezpośredniej robota i jazda gdy operator widzi tylko obraz z kamery wizyjnej robota, - przy pełnym sterowaniu ręcznym i przy użyciu procedur sterowania automatycznego (autopilota) 4) Operowanie manipulatorem robota - wykonywanie ręczne wszystkich podstawowych ruchów/przemieszczeń manipulatora robota nieruchomego, przy obserwacji bezpośredniej oraz za pomocą kamery wizyjnej i innych sensorów robota - programowanie ruchów manipulatora i praca przy sterowaniu automatycznym - operowanie manipulatorem w połączeniu z jazdą 5).Wykonywanie misji robota, typowych dla poszczególnych użytkowników/zastosowań, wg. scenariuszy o coraz większym stopniu komplikacji, uwzględniających występowanie zakłóceń i niesprawności robota oraz limity czasu Środki nauczania Przedstawiono środki nauczania wykorzystywane na 3 poziomach treningu realizowanego przy użyciu trenażerów. Po zakończeniu szkolenia prowadzonego przy użyciu tych środków, może być przeprowadzony trening uzupełniający/sprawdzający w warunkach rzeczywistych (rzeczywisty robot, rzeczywiste otoczenie). Poziom 1 trenażer zrealizowany za pomocą PC. Symulowane jest otoczenie robota, robot oraz interfejs robota (pulpit sterowniczy). Trenażer taki może być użyty na dwa sposoby: 1) Klasa elektroniczna ze stanowiskami szkolonych i stanowiskiem instruktora, wyposażonymi w PC. Należy rozważyć zastosowanie PC z dwoma monitorami ekranowymi (rozwiązanie stosowane w wojskowych trenażerach Marine Corps w USA) 2, jednym symulującym interfejs robota (pulpit sterowniczy i wskazania sensorów, w tym obraz z kamery wizyjnej robota), drugim ukazującym symulację robota w jego otoczeniu; 2) E-learning w sieci prywatnej lub publicznej (intranet lub Internet). Standardowy PC z jednym monitorem ekranowym (w szczególności w sieci publicznej), trening prowadzony na zasadzie podobnej do uczestnictwa w grze komputerowej, wraz z punktacją. Bez udziału instruktora-człowieka. Poziom 2 rzeczywiste urządzenia interfejsu robota, symulowany robot i jego otoczenie. Poziom symulacji, w sensie przybliżenia rzeczywistości, wyższy niż na poziomie 1 treningu. Poziom 3 zastosowanie rzeczywistości rozszerzonej AR (Augmented Reality) rzeczywisty robot w otoczeniu rzeczywistym z elementami symulowanymi/wirtualnymi; hełm używany przez szkolonego, zajęcia z instruktorem Wykorzystanie środków nauczania do realizacji celów szkolenia 2 Marine Corps Systems Command. U.S. Marine Corps Program Manager for Training Systems. Products & Services Information Handbook. November

33 Koncepcję wykorzystania środków do realizacji celów nauczania ujmuje indywidualne curriculum szkolonego operatora, które zawiera następujące etapy szkolenia. 1) Zapoznanie się z robotem. Demonstracja rzeczywistego robota oraz wstępne zajęcia z instruktorem w klasie elektronicznej. 2) Indywidualna nauka e-learningowa: obserwacji, jazdy, operowania manipulatorem i wykonywania podstawowych misji. Po upływie określonego czasu przeznaczonego na to szkolenie, szkolony powinien uzyskać określone wyniki punktowe w rozegranych grach i przejść do następnego etapu treningu. 3) Zajęcia sprawdzające i w razie potrzeby uzupełniające w klasie elektronicznej przy udziale instruktora. Po uzyskaniu zaliczającej oceny (liczby punktów) ze sprawdzianu szkolony przechodzi do następnego etapu treningu. Etap ten może być pominięty i całe szkolenie z symulacją w zakresie obserwacji, jazdy, operowania manipulatorem i wykonywania podstawowych misji może być przeprowadzone w klasie elektronicznej. 4) Zajęcia na trenażerze poziomu 2, obejmujące krótkie sprawdzające ćwiczenia z zakresu obserwacji, jazdy i operowania manipulatorem, a następnie wykonywanie misji z większą precyzją niż na poziomie 1. Po uzyskaniu zaliczającej oceny szkolony przechodzi do następnego etapu treningu. 5) Zajęcia na trenażerze poziomu 3. Wykonywanie misji w rozszerzonej rzeczywistości, przede wszystkim przy użyciu rzeczywistego robota w otoczeniu z elementami rzeczywistymi (np. różne rodzaje nawierzchni piasek, żwir, kałuże) i wirtualnymi Funkcje i właściwości trenażerów Przed rozpoczęciem pracy trenażer powinien przeprowadzać automatyczny test sprawności systemu i nie dać się uruchomić w trybie pracy w przypadku wykrycia niesprawności. Trenażery poszczególnych poziomów winny umożliwiać: na poziomie 1 - widoczną na ekranie monitora symulację w czasie rzeczywistym następstw użycia przez szkolonego zasymulowanych organów sterowania robotem w zakresie obserwacji, jazdy i manipulacji, - wprowadzanie do trenażera zaprogramowanych scenariuszy i widoczną na ekranie monitora symulację otoczenia robota wynikającą z danego scenariusza, - widoczną na ekranie monitora, lub tylko wykrytą i zasygnalizowaną koincydencję symulacji robota i symulacji otoczenia, - rejestrację i odtwarzanie sesji szkoleniowej każdego uczestnika, - wykrywanie i pomiar czasu określonych zdarzeń ekranowych, - prowadzenie, wg. zaprogramowanego wzorca, w sesji szkoleniowej każdego uczestnika, punktacji wynikającej z wykrytych zdarzeń ekranowych i czasu ich wystąpienia, - sporządzanie raportów o przebiegu i wynikach szkolenia (punktacja) każdego uczestnika. Ponadto: (I) w klasie elektronicznej - wysyłanie ze stanowiska instruktora komunikatów do stanowisk osób szkolonych oraz podgląd tych stanowisk, 33

34 - przerywanie i wznawianie ze stanowiska instruktora pracy na stanowiskach szkolonych, zmiana scenariusza, - dostęp na stanowisku instruktora do raportów o przebiegu i wynikach szkolenia każdego uczestnika; (II) w e-learningu - otwieranie, zamykanie, przerywanie i wznawianie własnej sesji szkoleniowej przez każdego uczestnika, - odtwarzanie przebiegu własnej sesji szkoleniowej przez każdego uczestnika, - odczytywanie raportów o przebiegu i wynikach własnego szkolenia przez każdego uczestnika; na poziomie 2 jak na poziomie 1 w klasie elektronicznej, z tym, że nie jest potrzebna symulacja organów sterowania robotem i jej uwidocznianie na ekranie monitora; na poziomie 3 - widoczną stereoskopowo na ekranie hełmu symulację elementów (wirtualnych) nieruchomych w rzeczywistym otoczeniu robota, - widoczną na ekranie hełmu koincydencję robota i symulacji elementów otoczenia, - podgląd ze stanowiska instruktora (na ekranie monitora) stanowiska szkolonego, - przerywanie i wznawianie ze stanowiska instruktora pracy na stanowisku szkolonego, zmiana scenariusza, - rejestrację i odtwarzanie (na ekranie monitora) sesji szkoleniowej, - wykrywanie i pomiar czasu określonych zdarzeń sesji, - prowadzenie, wg. zaprogramowanego wzorca, w sesji szkoleniowej uczestnika, punktacji wynikającej z wykrytych zdarzeń i czasu ich wystąpienia, - sporządzanie raportów o przebiegu i wynikach szkolenia i dostęp do nich ze stanowiska instruktora Ocena wyników szkolenia efektywności pracy operatora Ocena będzie dokonywana liczbowo, przez przyznawanie szkolonemu pewnej liczby punktów za wykonanie zadania. Ocena będzie przeprowadzana automatycznie przez trenażer (w szczególności w e-learningu) lub przez instruktora. W obliczaniu oceny za większy fragment oraz za całość szkolenia stosowane będą współczynniki wagowe. System punktacji winien być zaprojektowany z uwzględnieniem następujących atrybutów efektywności działań operatora, która winny być uzyskiwana w wyniku szkolenia: - elastyczność zdolność do opanowywania sytuacji w otoczeniu złożonym, niepewnym, zaskakującym zmianami, - szybkość zdolność do podejmowania szybkich decyzji, często pod presją możliwych niekorzystnych (a nawet groźnych) skutków decyzji, - odporność zdolność do pracy pod działaniem zagrożeń, niepewności, w warunkach stresujących, - adaptowalność zdolność do zmiany sposobu działania i strategii gdy zmieniają się warunki lub samo zadanie, 34

35 - zdolność do podejmowania ryzyka i umiejętność oceny czy się ono opłaca, - dokładność precyzja działania, dobre rozumienie zadań, efektywna komunikacja Certyfikacja przeszkolonych operatorów Wydaje się uzasadnionym wprowadzenie certyfikacji dla operatorów którzy przeszli pomyślnie trening. Należy rozważyć udzielanie operatorom certyfikatów na 3 poziomach/stopniach: - certyfikat 1go stopnia operator uprawniony do pracy z jednym, określonym typem robota, - certyfikat 2go stopnia operator uprawniony do pracy z wieloma (określonymi) typami robotów, - certyfikat 3go stopnia instruktor upoważniony do szkolenia operatorów. Utrzymywanie ważności certyfikatów wymagałoby uczestnictwa w okresowych szkoleniach i/lub bieżącej pracy operatorskiej. W związku z tym, wraz z certyfikacją należy wprowadzić książki pracy operatorów, do których wpisywano by przebyte szkolenia oraz informacje o pacy z robotami (misje, przepracowane godziny podobnie jak w żeglarstwie i lotnictwie). 3. Ocena ankietowa zaproponowanej metodyki treningu Ocenę przeprowadzono w czerwcu Uzyskano odpowiedzi od 5 respondentów: 2 aktualnych użytkowników robotów, 2 potencjalnych użytkowników robotów (którzy są zainteresowani zakupem robotów i treningiem operatorów) oraz 1 producenta Rozmiary potrzeb szkoleniowych i intensywność szkolenia Z odpowiedzi respondentów-użytkowników wynika, że w poszczególnych instytucjach potrzeba zatrudniać po ok. 20 przeszkolonych operatorów; tyluż operatorów przeszkolono dotychczas w każdej instytucji użytkującej roboty. Producent robotów, oferujący podstawowe szkolenie operatorów w ramach umowy o dostawę robota, przeszkolił dotychczas 135 operatorów. Całkowity czas szkolenia operatora, zarówno przez producenta jak i użytkownika, wynosi ok. 30h, w tym po kilka godzin (od 1 do 8) przeznacza się na zapoznanie się z robotem oraz czynnościami serwisowymi, a resztę na naukę operowania robotem. Szkolenie, na pojedynczym urządzeniu, odbywa się na ogół w grupach 3 do 10 osobowych, są przypadki szkolenia indywidualnego. Zgłaszana jest przez użytkowników potrzeba prowadzenia szkoleń doskonalących w grupach 3 5 osobowych z intensywnością kilkanaście godz/mc Stosowane obecnie metody szkolenia Do szkolenia używa się wyłącznie rzeczywistych robotów, trenażery nie są dotychczas stosowane. Wykorzystuje się także materiał szkoleniowy na CD dostarczany przez producenta robota. Procedury treningu nie są określone instrukcjami w postaci obowiązujących dokumentów. Poziom wykształcenia 35

36 szkolonych osób nie jest znany, jeden z respondentów-użytkowników podaje, że przystępujący do szkolenia znają podstawy posługiwania się komputerem Ocena sugerowanych w ankiecie metod szkolenia i postulaty własne respondentów Respondenci odrzucają szkolenie zdalne jako nieefektywne, a grę komputerową uważają za nieprzydatną w szkoleniu. Tylko jeden z respondentów widzi potrzebę szkolenia w klasie elektronicznej w grupach kilkuosobowych. Szkolenie na stanowisku z rzeczywistym pulpitem sterowania i symulatorem uważają respondenci za pożądane, przy czym zgłaszają zapotrzebowanie na pojedyncze stanowisko, gdyby jego koszt nie przekraczał 10% kosztu robota. Dwu respondentów uważa za pożądany trening oparty na zestawie Augmented Reality. W dodatkowych uwagach i postulatach zgłoszonych przez respondentów podkreśla się raz jeszcze, że praktycznie przydatny trenażer musi posiadać rzeczywisty pulpit sterowania robota, natomiast robot i jego otoczenie mogą być symulowane. Szkolenie operatora powinno być przeprowadzone przy zakupie robota, a potem powinno być prowadzone doszkalanie co pół roku. Powinna być prowadzona dokumentacja szkolenia poszczególnych operatorów informacja o przebytych szkoleniach wraz z uzyskaną punktacją. W szkoleniu należy położyć nacisk na taktykę użytkowania robota. Nie należy wprowadzać limitów czasowych na wykonanie zadań, a jedynie uwzględniać ten czas w punktacji uzyskiwanej przez szkolonego; należy też stosować narastająco stopnie trudności zadań. Trenażer powinien charakteryzować się dobrą grafiką i umożliwiać symulację przesuwania obiektów, kolizji, interakcji ze środowiskiem (niszczenie środowiska). Powinien zapewniać podczas symulacji osiąganie wysokiej realności i precyzji sterowania, przy uwzględnieniu położenia środka ciężkości. Respondenci zwracają uwagę na potrzebę symulacji w trenażerze: różnych podłoży i przeszkód, w tym jazdy po schodach, różnych warunków terenowych (ślisko, grząsko i t.p.), ciasnych pomieszczeń, różnych warunków atmosferycznych, zakłóceń i przekłamań w systemach optycznych, zakłóceń w komunikacji. Trenażer winien umożliwiać symulację akcesoriów robota, a w szczególności: wyrzutnika pirotechnicznego, zestawu rentgenowskiego, oraz symulację zaawansowanych misji, w tym: otwieranie samochodu, neutralizacja terenu, wyciąganie bomb, w tym bomb losowo umiejscowionych. 4. Wnioski z oceny ankietowej i postulaty rozwoju metod treningu 36

37 Obciążenia urządzeń treningowych wynikające z odpowiedzi respondentów mogą być w sposób ekonomicznie uzasadniony zrealizowane przy użyciu do szkolenia rzeczywistych robotów. Potrzeba zastosowania trenażerów wynika jedynie z postulowanych zadań szkoleniowych trudnych lub niemożliwych do realizacji przy użyciu rzeczywistego robota na rzeczywistej scenie. Obecne i przewidywane przez krajowych użytkowników zapotrzebowanie na trening jest niewielkie i ten rozmiar potrzeb nie uzasadnia ekonomicznie stosowania treningu wielopoziomowego. Jednak przeprowadzona ankieta nie daje wiarygodnego obrazu przyszłego rozwoju rynku usług treningowych, krajowego jak i zagranicznego dostępnego dla polskich producentów i usługodawców. Również odrzucany przez respondentów wariant szkolenia zdalnego przy użyciu PC jako terminala oraz technik gier komputerowych zapewne okaże się przydatny gdy zapotrzebowanie na trening będzie rosło. Zastosowanie szkolenia zdalnego, w którym do szkolenia szeroko pojętych operatorów z natury rzeczy wykorzystuje się techniki gier komputerowych, jest przydatne i bardzo rozpowszechnione w dziedzinach pokrewnych. Tak więc tego typu szkolenie zdalne jest stosowane w szkoleniu pilotów w lotnictwie. Oprócz licznej rzeszy amatorów uprawiających hobby wirtualnego latania w Internecie (po zdalnej nauce pilotażu), którzy nierzadko łączą to z hobby rzeczywistego latania, profesjonalne szkoły pilotów wykorzystują szkolenie zdalne na pierwszym etapie nauki pilotażu. Stosuje tę metodę np. szkoła pilotażu Forder learn to fly 3 w Toronto, Kanada używając symulatora MS Flight Simulator 2002/2004. (Wśród amatorów bardzo popularny jest inny, bezpłatny symulator Microsoft a MS Flight Simulator X 4 ). Zastosowanie techniki gier komputerowych w wirtualnych światach jest szeroko stosowane w treningu personelu w różnych dziedzinach. Ostatnio wielu użytkowników stosuje do treningu wojskowego policyjnego, a także medycznego (trening personelu szpitala w przypadku nagłego napływu poszkodowanych w wypadku), handlowego (trening w obsłudze klientów personelu centrów handlowych) i innych oprogramowanie OLIVE (On-Line Interactive Virtual Environment) 5 firmy Forterra Systems. Zatem w dalszym rozwoju metod treningu operatorów robotów mobilnych należy uwzględnić możliwość wykorzystania szkolenia zdalnego, a także zastosowania technik światów wirtualnych z gier komputerowych. Ze względu na różnicę pomiędzy obecnymi, realnymi potrzebami szkoleniowymi i potrzebami perspektywicznymi, należy w dalszych pracach uwzględnić dwa warianty metodyki: metodykę A odpowiadającą potrzebom obecnym oraz metodykę B odpowiadającą przewidywanym potrzebom przyszłym. W metodyce A tylko rzeczywisty robot oraz trenażer złożony z rzeczywistego pulpitu sterowniczego robota oraz komputera z symulacją robota i jego otoczenia są środkami nauczania. W metodyce B zachowane są wszystkie środki nauczania treningu 3-poziomowego: Por. też Kushner D.: Winner: Make Your Very Own Virtual World with OLIVE. IEEE Spectrum. Jan

38 trenażer zrealizowany za pomocą PC, w którym symulowane jest otoczenie robota, robot oraz interfejs robota z operatorem (klasa elektroniczna i/lub e-learning); trenażer złożony z rzeczywistego pulpitu sterowniczego robota oraz komputera z symulacją robota i jego otoczenia; stanowisko treningowe AR (Augmented Reality) z rzeczywistym robotem działającym w rzeczywistym w środowisku z zasymulowanymi obiektami. 5. Zagadnienia badawcze związane z metodyką treningu Problematyka treningu operatorów wykonujących misje jest aktualnym polem prac badawczych, przy czym wymieniane są następujące research questions 6 : - na jakiej podstawie szkoleni postrzegają podobieństwo sytuacji? Co uruchamia odpowiednie wzorce w ludzkiej pamięci? Jak szkoleni pozyskują dodatkowe informacje, jak współdziałają między sobą w misjach zbiorowych (wymiana danych i uczenie się od drugich)? - jak wirtualne elementy treningu mogą być zintegrowane z rzeczywistymi aby zapewnić pełną efektywność? - jak wiedza przekazywana w treningu ma być zorganizowana w wirtualne moduły aby zapewnić do niej dobry dostęp gdy jest potrzebna? - jak ma być ewaluowana jakość treningu np. jak można stwierdzić, że ktoś jest ekspertem? Wydaje się, że dwa problemy o charakterze badawczym trzeba będzie zaatakować w dalszych pracach nad metodami treningu wielopoziomowego operatorów robotów: - jak określić pożądane osiągi (performance) zespołu robot-operator? - jak je mierzyć podczas treningu? 6 Bell H.H.: The Effectiveness of Distributed Mission Training. Communications of the ACM, September 1999/Vol. 42, No. 9 38

39 Marek Kacprzak, Andrzej Kaczmarczyk, Andrzej Masłowski Instytut Maszyn Matematycznych, Warszawa Tworzenie oprogramowania trenażerów operatorów robotów mobilnych 7 Generation of software for computer simulators for mobile robot operators Streszczenie Omówiono koncepcję przygotowania szkoleń operatorów robotów mobilnych przy użyciu komputerowych trenażerów. Opisano niezbędne narzędzia programistyczne do tworzenia oprogramowania trenażerów. Abstract A concept of an organisation of a training of mobile robots operators with use of computer simulators is presented. Programming tools necessary for the generation of simulators software are described. 1. Wstęp Roboty mobilne sterowane przez operatorów są coraz częściej stosowane do realizacji różnorodnych zadań inspekcyjnych i interwencyjnych, w działaniach zarówno cywilnych, jak i wojskowych. W związku z tym, problemem o zasadniczym znaczeniu staje się szkolenie operatorów robotów. W pracy [1] uzasadniono potrzebę prowadzenia szkoleń operatorów na specjalizowanych urządzeniach komputerowych trenażerach. Przedstawiono także koncepcję treningu wielopoziomowego, wykonywanego na trenażerach 3 poziomów: poziom 1 trenażer zrealizowany wyłącznie za pomocą komputera klasy PC, poziom 2 trenażer zrealizowany za pomocą komputera klasy PC z dołączonym rzeczywistym urządzeniem interfejsu robota pulpitem sterowania, poziom 3 trenażer z zastosowaniem rzeczywistości rozszerzonej AR (Augmented Reality) rzeczywisty robot w otoczeniu rzeczywistym z elementami symulowanymi/wirtualnymi; stosowany komputer klasy PC i specjalny hełm używany przez szkolonego. Realizacja koncepcji wielopoziomowej metodyki treningu operatorów robotów mobilnych przy użyciu trenażerów wymaga specyficznej organizacji przygotowywania i prowadzenia szkoleń, w której powinny brać udział 3 wyspecjalizowane komórki funkcyjne, nazywane dalej ośrodkami: Ośrodek Projektowania Robotów (OPR), Ośrodek Tworzenia Oprogramowania dla 7 Praca naukowa finansowana za środków na naukę w latach jako projekt rozwojowy nr OR

40 Trenażerów Robotów Mobilnych (OTO) i Ośrodek Szkolenia Operatorów (OSO) patrz rys. 1. Ośrodek Projektowania Robotów (OPR) zlecenie wykonania oprogramowania trenażera bazowe oprogramowanie trenażera w postaci e-zadań Ośrodek Tworzenia Oprogramowania dla Trenażerów Robotów Mobilnych (OTO) docelowe oprogramowanie trenażera w postaci programów szkoleniowych i testowych Ośrodek Szkolenia Operatorów (OSO) Rys. 1 Organizacja przygotowania i prowadzenia szkoleń Wzajemne powiązania tych ośrodków i skrótowy opis wykonywanych w nich działań są następujące: a. OPR zleca do OTO wykonanie oprogramowania trenażera określonego poziomu (1, 2 lub 3) dla ustalonego typu robota, b. OTO wykonuje bazowe oprogramowanie trenażera w postaci tzw. e-zadań i przekazuje je z powrotem do OPR, c. OPR tworzy z e-zadań docelowe oprogramowanie trenażera w postaci programów szkoleniowych i testowych (egzaminacyjnych), d. programy szkoleniowe i testowe zostają przekazane do OSO, a po ich zainstalowaniu na trenażerze (lub trenażerach), służą do edukacji zarówno instruktorów, jak i operatorów robota. Wymienione działania są szczegółowo opisane w dalszej części artykułu. 2. Zlecenie wykonania oprogramowania trenażera Zlecenie przygotowuje OPR, w którym pracuje zespół projektantów robota, dla którego ma być wykonane oprogramowanie trenażera. Zespół ten posiada pełną wiedzę na temat robota, w tym także dotyczącą szczegółowych umiejętności, jakie operator robota powinien opanować w wyniku szkolenia. Dlatego należy przyjąć dwa zasadnicze założenia: model robota, w postaci wymaganej dla utworzenia oprogramowania trenażerów, powinien być wykonany w OPR, program szkolenia operatorów robota musi także określić OPR. 40

41 2.1 Model trenażera W procesie tworzenia oprogramowania trenażera podstawowe znaczenie ma model trenażera. Przyjmuje się jako roboczą hipotezę, wymagającą uzasadnienia w planowanych dalszych pracach, o możliwości utworzenia modelu trenażera jako zintegrowanego modelu, złożonego z modeli elementów składowych. W przypadku trenażerów poziomu 1 (bez pulpitów sterowania robota) model zintegrowany składa się z 3 modeli: robota, środowiska w którym robot działa oraz z modelu programu imitującego działanie pulpitu sterowania robota (rys. 2). Model zintegrowany trenażera Użytkownik trenażera Model programu imitującego działanie pulpitu Interfejs pulpit-robot Model robota Interfejs modeli robota i środowiska Model środowiska Rys. 2. Model zintegrowany dla trenażerów bez pulpitu robota W przypadku trenażerów z pulpitem sterowania robota, model zintegrowany składa się z modeli robota i środowiska w którym robot działa (rys. 3). Model zintegrowany trenażera Pulpit sterowania robota Model robota Model środowiska Użytkownik trenażera Interfejs pulpit-robot Interfejs modeli robota i środowiska Rys. 3. Model zintegrowany dla trenażerów bez pulpitu robota Interfejs pulpit-robot, identyczny w obu przypadkach, jednoznacznie określa sposób wymiany informacji między robotem a pulpitem sterowania robota lub jego imitacją programową. Głównym problemem wymagającym dalszych badań jest sposób budowy modeli robota i środowiska oraz ustalenie zasad współdziałania (interfejsu) obu modeli. Istnieje wiele programów klasy CAE (ang. Computer-Aided Engineering) do projektowania robotów mobilnych, w tym także z napędem gąsienicowym to jest takich, które są przedmiotem zainteresowania w niniejszym projekcie. Są to zarówno programy darmowe, np. powstałe w wyniku projektów badawczych, takie jak np. [2], a także programy udostępniane na zasadach komercyjnych, np. Adams [3] (korzystanie z tego programu jest oferowane także na zasadzie outsourcingu, 41

42 np. przez firmę [4]), czy RecurDyn [5]. Ważnym celem dalszych prac byłoby dokonanie wyboru takiego programu CAE, który umożliwiałby użycie stosowanego w programie modelu robota dla celów tworzenia oprogramowania trenażerów. Do tworzenia modelu środowiska możliwe jest użycie ogólnie dostępnych tzw. silników gier (ang. game engine), czyli oprogramowania powszechnie stosowanego w grach komputerowych. Przedstawiona idea integracji modeli składowych jest zgodna z zasadami przyjętymi w najbardziej znanym obecnie projekcie z zakresu robotyki Robotics Studio firmy Microsoft [6]. Określenie wymagań na model robota musi być przedmiotem dalszych badań. 2.2 Menedżer treści szkolenia Osobą odpowiedzialną za szkolenie instruktorów operatorów robotów mobilnych, a także uczniów przyszłych operatorów robotów, oraz za sprawdzenie ich umiejętności metodą testów, jest menedżer treści szkolenia (nazywany dalej krótko menedżerem). Podstawowym zadaniem menedżera jest opracowanie programu szkolenia instruktorów i operatorów robotów oraz przygotowanie testów egzaminacyjnych 8. Programy szkolenia, a także testy egzaminacyjne, składają się ze skończonej liczby zadań do wykonania przez szkolonych. Każde zadanie jest opisem zdarzeń, jakie powinny powstać w wyniku działań użytkownika trenażera (ucznia lub instruktora), wraz z podaniem opisu tych zdarzeń, które są uważane za błędy. Menedżer opracowuje zestaw zadań dla konkretnego typu robota i określonego poziomu trenażera (poziom 1, 2 lub 3) patrz rys. 4. Zakłada się, że menedżer nie musi mieć umiejętności informatycznych. Specjalne oprogramowanie graficzne Generator zadań szkoleniowych i testowych umożliwia menedżerowi jednoznaczne definiowanie zadań. Oprogramowanie to, działając w trybie interaktywnym i wykorzystując grafikę 3D, umożliwia utworzenie graficznego opisu środowiska, w którym ma działać robot i zadań, jakie ma wykonać szkolony. Przykładowe informacje, które mogą być zawarte w opisie środowiska to: rozmiar, konfiguracja i rodzaj terenu, początkowe położenie i orientacja robota, obiekty w środowisku, zarówno nieruchome, jak i ruchome, wymagane efekty specjalne (np. dym, mgła, ogień). Przykład. Opis werbalny środowiska: obszar o wymiarach 20x30 m, wznoszący się w kierunku północnym, z rowem w kierunku wschód-zachód o zmiennej głębokości i szerokości, określone fragmenty terenu mają podłoże gliniaste, pozostałe skaliste. 4 obiekty nieruchome (nr 1, 2, 3 i 4) o podanych rozmiarach, brak obiektów ruchomych. Początkowe położenie robota jak na rysunku, robot zwrócony przodem na wschód. Koniec przykładu. 8 Warto podkreślić pełną analogię szkoleń operatorów z typowymi grami komputerowymi w obu przypadkach występują programy interaktywne, działające w czasie rzeczywistym, z wizualizacją 3D wysokiej jakości, z określoną strategią do zrealizowania, z jasnym zdefiniowaniem sukcesu lub porażki ucznia, bądź użytkownika gry. 42

43 Menedżer określa też jakie działania ma wykonać szkolony i opisuje zdarzenia, które będą uznane za błędy szkolonego. Przykład. Zadanie do wykonania: przeprowadzenie robota do zaznaczonego obszaru i podniesienie oznaczonego obiektu nr 4. Za błędy ucznia będą uznane jego działania, które doprowadzą do następujących zdarzeń: a. przewrócenia robota, b. unieruchomienia robota na podłożu gliniastym, c. uderzenia przez robot w obiekty nr 1, 2 lub 3, d. nie podniesienie albo zniszczenie obiektu nr 4. Koniec przykładu. Menedżer określa również, jaka jest wymagana reakcja trenażera na błędy ucznia. Menedżer treści Administrator i operatorzy zlecenie wykonania e-zadań (zbiór EZ) według dostarczonych opisów zadań (zbiór Z) OPR Wykonanie zadań szkoleniowych i testowych (zbiór Z) przy użyciu Generatora zadań Wykonanie programów szkoleniowych i testowych (zbiory PST), tworzonych na podstawie zbioru EZ, przy użyciu Generatora programów szkoleniowych i testowych utworzony zbiór e-zadań (EZ) OTO Utworzenie modelu zintegrowanego dla trenażera określonego poziomu przy użyciu Generatora modeli zintegrowanych Utworzenie e-zadań (zbiór EZ) przy użyciu Generatora oprogramowania trenażerów Uczeń Instruktor zbiory programów szkoleniowych i testowych (PST) OSO Trenażer Proces edukacyjny prowadzony przy zastosowaniu programów PST Rys. 4. Działania dotyczące przygotowania i prowadzenia szkoleń 43

44 Przykład. W przypadkach a, b i c należy zakończyć realizację zadania; w przypadku d należy zadanie kontynuować. Koniec przykładu. Za pomocą Generatora zadań szkoleniowych i testowych menedżer tworzy zbiór zadań Z, złożony z N zadań z i : Z = { z i }, i = 1,...,N. Menedżer zleca do OTO wykonanie oprogramowania trenażera określając typ robota i poziom trenażera oraz przekazując: model robota, sformalizowany opis zadań szkoleniowych i testowych (egzaminacyjnych) w postaci zbioru zadań Z. Ponadto, dla trenażerów poziomu 1 przekazywany jest do OTO model pulpitu sterowania robotem, a dla trenażerów poziomu 2 przekazywany jest sam pulpit. 3. Wykonanie bazowego oprogramowanie trenażera Na podstawie zlecenia przygotowanego przez OPR, ośrodek OTO tworzy bazowe oprogramowanie trenażera określonego poziomu dla robota ustalonego rodzaju. Praca, realizowana w dwóch etapach (rys. 4), obejmuje: utworzenie modelu zintegrowanego trenażera i utworzenie e-zadań. Modele trenażera, przedstawione na rys. 2 i 3, są tworzone przy użyciu specjalizowanego programu Generatora modeli zintegrowanych. Zbadanie możliwości tworzenia modeli zintegrowanych jest ważnym zagadnieniem badawczym, które powinno być podjęte w dalszych etapach pracy. Za szczególnie interesujące należy uznać określenie warunków integracji modeli w przypadku, gdy model trenażera jest dostosowany do implementacji w języku C++, a model środowiska w języku C#. Dla każdego zadania z i, i=1,..., N zdefiniowanego przez menedżera tworzone jest, przy użyciu specjalizowanego oprogramowania Generatora oprogramowania trenażerów, odpowiadające mu e-zadanie ez i. Powstaje w ten sposób zbiór e-zadań, oznaczany jako EZ: EZ = {ez i }, i = 1,...,N. Model zintegrowany trenażera jest zasadniczym elementem każdego e-zadania. Pętla sterowania dla e-zadania jest przedstawiona na rys. 5. Każde utworzone e-zadanie: jest oprogramowaniem, które może działać samodzielnie (pod kontrolą systemu operacyjnego) na trenażerze określonego poziomu, umożliwia wykonanie przez szkolonego na trenażerze zadania zdefiniowanego przez menedżera, jest wykonywane w trybie interakcyjnym, w czasie rzeczywistym, z wizualizacją 3D (należy przyjąć, że wizualizacja działań użytkownika trenażera powinna nastąpić w czasie nie dłuższym niż 100 ms). W wyniku działań OTO na podstawie zbioru zadań Z zostaje utworzony odpowiadający mu zbiór e-zadań EZ. 44

45 działanie operatora powstanie nowego uwzględnienie zdarzenia w modelu zintegrowanym wizualizacja 3D nowego zdarzenia nie spełniony warunek końca działań operatora? tak Rys. 5. Sieć działań e-zadania 4. Tworzenie programów szkoleniowych i testowych Wygenerowany zbiór EZ jest przekazywany z OTO menedżerowi (rys. 4), który dokonuje oceny poprawności działania e-zadań. W przypadku stwierdzenia błędów zwraca e-zadanie ponownie do OTO w celu usunięcia błędów. Ze zbioru e-zadań uznanych za poprawne, menedżer treści szkoleniowych tworzy programy szkoleniowe i testowe oznaczane dalej jako PST. W celu utworzenia programów PST, elementy zbioru EZ samodzielne e-zadania muszą zostać powiązane między sobą. Powiązania dokonuje menedżer tworząc ze zbioru EZ sekwencje e-zadań, które, zależnie od przeznaczenia, nazywane są e-szkoleniami lub e-testami. e-szkolenie jest sekwencją e-zadań, odpowiadającą tzw. grafowi zadań, zgodnie z terminologią stosowaną w systemach e-learningu. Węzłami grafu są e-zadania elementy zbioru EZ, a łukami grafu przejścia między e-zadaniami. W grafie zadań zawarte są następujące informacje: które zadanie ma być wykonane jako pierwsze (dla różnych uczniów mogą to być zadania różne), które zadanie ma być wykonane jako następne, które zadanie ma być wykonane jako ostatnie. Wykonanie zadania może być powiązane z przyznawaną oceną punktową (w tym także za precyzje wykonania i czas realizacji) oraz z systemem wag. Wybór zadania następnego lub ostatniego może zależeć od różnych warunków (np. 45

46 uzyskane przez ucznia punkty, liczba prób wykonania określonych zadań, łączny czas pracy ucznia z trenażerem, łączna liczba wykonanych zadań itp.). Przykład. Na rys. 6 pokazano graf zadań złożony z 3 e-zadań: ez1, ez2 i ez3. Pierwszym zadaniem do wykonania jest ez1. Po wykonaniu ez1, zależnie od pewnych warunków (nie opisanych na rysunku), oznaczonych na łukach jako czarny kwadrat, następnym zadaniem może być ez2 lub ez3, albo powtórzone zadanie ez1 lub też zakończenie e-szkolenia. Koniec przykładu. ez1 ez2 ez3 Rys. 6. Przykład grafu zadań Na podobnych zasadach tworzony jest e-test, z tą różnicą, że zazwyczaj liczba zadań jest ograniczona i nie są powtarzane e-zadania źle wykonane. e-test służy do końcowego sprawdzania umiejętności uczniów przeprowadzania egzaminów. Menedżer tworzy e-szkolenia i e-testy przy użyciu specjalizowanego oprogramowania Generatora programów szkoleniowych i testowych. 5. Proces edukacyjny wykonywany przy użyciu trenażerów Menedżer przekazuje programy PST do OSO (rys. 4). Po zainstalowaniu na trenażerze (lub trenażerach) określonego poziomu, PST służą do edukacji zarówno instruktorów, jak i operatorów robota. W OSO programy PST są instalowane na określonym typie trenażera, zależnie od wymaganego poziomu trenażera. Szkolenia i testy mogą się odbywać pod nadzorem instruktora lub też bez jego udziału. Wyniki działań użytkowników są rejestrowane. Przebieg zadań szkoleniowych, za zgodą instruktora, może być powtarzany przez ucznia od dowolnego zdarzenia. Instruktor, na podstawie analizy wyników szkolenia, decyduje o kontynuowaniu szkolenia lub o jego zakończeniu i przystąpieniu ucznia do egzaminu. Egzamin, wykonywany przy użyciu oprogramowania e-test, może się odbywać również bez udziału instruktora. Wyniki egzaminu są rejestrowane i niedostępne dla ucznia. 46

47 Szkolenia operatorów robotów na trenażerach mogą być prowadzone także poza OSO u użytkowników końcowych. 6. Wnioski Tworzenie oprogramowania trenażerów operatorów robotów mobilnych jest związane z zagadnieniami z obszarów modelowania, symulacji i e-learningu. Ze względu na specyficzny cel nauczania operatorów zorientowany na rozwój i utrwalanie umiejętności sterowania robotem, a nie na przekazywanie wiedzy proces edukacyjny należy określić jako e-trening. Tworząc oprogramowanie dla trenażerów należy dążyć do wykorzystania w jak największym zakresie już istniejących narzędzi, służących do budowy modeli robotów i środowisk działania robotów. Jednakże część specjalizowanego oprogramowania musi być wykonana samodzielnie chodzi tu o opisane w niniejszym artykule generatory: zadań, modeli zintegrowanych, e-zadań oraz programów szkoleniowych i testowych. Literatura [1] Kaczmarczyk A., Kacprzak M.: Metodyka treningu wielopoziomowego operatorów robotów. Techniki Komputerowe. Biuletyn Informacyjny. Nr 1/2008. [2] [3] [4] [5] [6] msdn.microsoft.com/robotics/ 47

48 Piotr Zduńczyk Instytut Maszyn Matematycznych Przetwarzanie kodu - czyli jak działa kompilator Processing code how the compiler works Streszczenie W artykule zaprezentowano budowę oraz sposób działania typowego kompilatora języka programowania wysokiego poziomu. Został przedstawiony proces przetwarzania kodu źródłowego przez kompilator od wyodrębniania pojedynczych jednostek leksykalnych, kontroli gramatycznej przez budowę reprezentacji pośredniej do generowania kodu wynikowego Abstract The article presents the construction and the operation of a typical high level programming language compiler. It is the process of the source code compilation from extracting individual lexical symbols, grammatical control by the construction of indirect representation to generate code. 1. Wstęp 1.1. Rozwój języków programowania, pierwsze kompilatory Pierwsze komputery, które powstały w latach 40-tych XX wieku, były programowane za pomocą języka maszynowego ciągów binarnych. Ten sposób programowania był bardzo żmudny oraz powodował wiele błędów. We wczesnych latach 50-tych ubiegłego stulecia wprowadzono języki asemblerowe. Był to pierwszy krok w konstrukcji języków programowania, które byłyby przyjazne człowiekowi. Instrukcje w assemblerze były zapisane jako mnemoniki czytelne dla człowieka nazwy rozkazów procesora. Dużym krokiem w rozwoju języków programowania było opracowanie, w drugiej połowie lat 50-tych XX wieku, języka Fortran dla obliczeń numerycznych oraz inżynierskich. Opracowany dla niego kompilator był pierwszym w historii kompilatorem języka wysokiego poziomu. Kompilator to program, który czyta kod napisany w jednym języku (języku źródłowym) i tłumaczy go na równoważny program w drugim języku (języku wynikowym) [1]. Za języki wysokiego poziomu uznaje się takie, których składnia i słowa kluczowe są niezależne od maszyny docelowej oraz mają umożliwić człowiekowi łatwiejsze zrozumienie kodu, jednocześnie zwiększając poziom abstrakcji. Na przestrzeni lat, od czasu powstania języka Fortran, powstało wiele języków programowania wysokiego poziomu wprowadzających nowe możliwości, ułatwiających programowanie oraz bardziej wydajnych. Są to m.in.: C/C++, Pascal, C#, Java, SQL, Lisp, Prolog. Z opracowaniem języka programowania wysokiego poziomu nieodłącznie wiąże się opracowanie kompilatora lub interpretera, który spełni wymagania 48

49 nowego języka. Ze względu na typ generowanego języka wynikowego kompilatory można podzielić na następujące grupy: tłumaczące do przenośnego kodu pośredniego maszyn wirtualnych, np.: Java,.NET, tłumaczące do kodu maszynowego komputera Kompilator a interpreter Dla niektórych języków programowania zamiast kompilatorów zostały opracowane interpretery programy, które tłumaczą fragmenty kodu źródłowego, a następnie je wykonują. Zatem wynikiem pracy interpretera nie będzie bezpośrednio język docelowy, a rezultat działania uruchomionego kodu źródłowego. Niestety uruchomienie programu przy pomocy interpretera jest wolniejsze niż programu otrzymanego podczas kompilacji. 2. Działanie kompilatora Proces kompilacji jest zadaniem wieloetapowym kod źródłowy jest analizowany, zamieniany na reprezentacje pośrednią, optymalizowany, a następnie generowany jest kod wynikowy ( Błąd! Nie można odnaleźć źródła odsyłacza.). Wyróżnia się jednak dwie główne fazy procesu kompilacji: analizę i generowanie kodu (często też nazywane wstępną i końcową). Rys. 1. Etapy kompilacji 49