Содержание спецкурса "Мультимедиа" для студентов математиков

Малкина Елена Владиславовна,
к.п.н., заведующая лабораторией мультимедиа разработок (malkina@unn.ru)
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского

Студент, изучающий курс "мультимедиа" с ориентацией на подготовку "разработчика новых систем и технологий", должен получить такие базовые знания, которые дадут ему возможность подняться над плоскостью знаний пользователя и позволят создавать новые технологии, новые методы и новое качество в таких областях, как цифровое телевидение, сотовая связь, Интернет и др.

Указания о том, что в учебном процессе необходимо уделять внимание дисциплине "мультимедиа" (мультимедиа системы, мультимедиа технологии) присутствует во всех стандартах и рекомендациях по преподаванию информатики. В школьных курсах информатики "мультимедиа", в основном, понимается как интегрированное использование в интерактивной компьютерной системе оцифрованного текста, аудио, графики, анимации и видео, а о том, что понятие мультимедиа закрепилось за аппаратными средствами, говорится как об "узком" смысле слова "мультимедиа". Приблизительно так же трактуется мультимедиа и в вузовских курсах, ориентированных на пользователя мультимедиа систем. Но подобная концепция мультимедиа не рассчитана на математиков и программистов, разработчиков программ и технологий: для них изучение мультимедиа требует совершенно иного подхода к разработке учебной программы. Студент, изучающий курс "мультимедиа" с ориентацией на подготовку "разработчика новых систем и технологий" должен получить такие базовые знания, которые дадут ему возможность подняться над плоскостью знаний разработчика-пользователя и позволят создавать новые технологии, новые методы и новое качество в таких областях, как цифровое телевидение, сотовая связь, Интернет и др.

Технические достижения последних десятилетий сделали некоторые учебные темы курса информатики особенно важными; к таким темам относятся, в частности: WWW и приложения; сетевые технологии, в частности, базирующиеся на TCP/IP; графика и мультимедиа. С увеличением значимости этих тем было бы естественным появление их в качестве обязательных в университетских курсах. Однако эти темы не только не являются обязательными в действующих госстандартах, но иногда вообще в них отсутствуют!

Например, на факультете вычислительной математики и кибернетики Нижегородского университета готовят специалистов по следующим специальностям:

Таблица 1

Рассмотрим подробнее государственные стандарты этих специальностей по отношению к разделу мультимедиа:

• специальность 010200 - самая старая из специальностей, связанная с информатикой и, наверное, поэтому понятие "мультимедиа" в ее госстандарте отсутствует. Здесь также не употребляются термины, связанные с WWW-технологиями. Однако это не означает, что в программе обучения по этой специальности таких курсов нет. Они реализуются за счет часов, выделенных для региональных компонент, специальных и дополнительных курсов;
• специальность 510200 (бакалавр и магистр). Здесь в разделе "современные компьютерные технологии" есть подразделы "современные компьютерные сети и мультимедийные системы";
• специальность 351400 . Здесь явно указано, что выпускник по циклу общепрофессиональных дисциплин должен знать, в частности:
  • принципы организации, структуры средств систем мультимедиа и компьютерной графики;
  • инструментальные средства мультимедиа и графического диалога в информационных системах;
  и иметь представление:
  • о тенденциях развития компьютерной техники и программных средств, технических средств информатизации; о способах представления текстовой и нетекстовой информации в информационных системах, использовании средств мультимедиа и тенденциях их развития;

Мультимедиа присутствует явно в разделе "базы данных" (БД) (подраздел "гипертекстовые и мультимедийные БД"), в разделе "операционные системы, среды и оболочки" (подраздел "программные средства человеко-машинного интерфейса: мультимедиа и гипермедиа; аудио и сенсорное сопровождение".

• специальность 511900. Мультимедиа явно присутствует в разделах "интерфейсы и связь" (поддержка мультимедиа), "операционные системы" (требования к ОC для поддержки мультимедиа), "компьютерные сети" (распределенные системы мультимедиа).

С другой стороны, в руководстве Computing Curricula мультимедиа встречается в следующих разделах, определенных в "Совокупности знаний по информатике":

• NC. Распределенные вычисления: NC8. Технологии мультимедиа.
• HC. Взаимодействие человека и машины: HC7. Человеко-машинные аспекты мультимедиа-систем.
• IM. Управление информацией: IM13. Мультимедийная информация и системы мультимедиа.
• GV. Компьютерная графика и визуализация (выступает как часть мультимедиа).

Мультимедиа также встречается в примерах различных курсов, описанных в Computing Curricula и основанных на разных подходах к преподаванию информатики: тематическом (Т), сокращенном (С), системно-ориентированном (S) и WWW-ориентированном (W):

• CS220{C,S,T}. Архитектура ЭВМ;
• CS226{C,S}. Операционные системы и сети;
• CS230{T,W}. Распределенные вычисления;
• CS250W. Взаимодействие человека и машины;
• CS250{S,W}. Компьютерная графика;
• CS262C. Управление информацией и знаниями;
• CS291S. Разработка программного обеспечения и системное программирование;
• CS130. Введение в WWW;
• CS250W. Взаимодействие человека и машины;

  и в углубленных курсах по дисциплинам: "Взаимодействие человека и машины (HC)" и "Управление информацией (IM)" студенты, изучившие эти курсы, должны:

• излагать принципы, лежащие в основе устройства типичной операционной системы, демонстрируя также понимание более широкой применимости идей и влияния таких вещей как высокоуровневые языки, телекоммуникации, мультимедиа и вопросы безопасности;
• отслеживать влияние важных достижений в области программирования (таких как компиляторы, телекоммуникации, всемирная сеть, мультимедиа, безопасность) на архитектуру компьютерных систем;
• анализировать графические и мультимедийные интерфейсы с точки зрения взаимодействия человека и компьютера;
• применять основополагающие принципы разработки графических и мультимедийных систем;
• описывать набор программных средств, которые могут быть использованы в процессе разработки графических и мультимедийных систем;
• использовать существующие графические и мультимедийные пакеты для разработки удобных графических приложений.

По дисциплине "мультимедиа" госстандарт существует только для следующих специальностей, связанных с подготовкой разного уровня пользователей мультимедиа систем: от простого пользователя до пользователя-разработчика:

• 071900 Информационные системы и технологии (Информационные системы СД.05);
• 030500.06 Профессиональное обучение (информатика, вычислительная техника и компьютерные технологии) (Профессиональное обучение (Педагогические специальности)ОД.Ф.04);
• 053600 режиссура мультимедиа-программ. Стандарт высшего профессионального образования в области культуры и искусства.

Сравнивая содержание, которое вкладывается в понятие "мультимедиа" для математиков и программистов с одной стороны и пользователей мультимедиа систем с другой стороны, можно прийти к выводу, что общеупотребляемое определение "мультимедиа - это интерактивные системы, обеспечивающие работу с неподвижными изображениями, анимированной компьютерной графикой, видеоизображением, текстом, речью и музыкой" для разработчиков (математиков и программистов) можно уточнить.

Мультимедиа для разработчиков (математиков и программистов) - это системы и технологии, основанные на обработке различных комбинаций текстовых данных, оцифрованных изображений, цифрового звука, цифрового видеоизображения, системах передачи цвета, разрешении, дискретизации и квантовании, кодировании обнаруживающем и исправляющем ошибки, методах и алгоритмах сжатия цифровых потоков, системах хранения и передачи информации, методах синхронизации аудио и видео потоков, телекоммуникации, аналого-цифровом и цифро-аналоговом преобразовании, графической и звуковой фильтрации.

Анализируя приведенные выше фрагменты госстандартов и руководства Computing Curricula, можно сделать следующие выводы:

1. Под напором бурно развивающегося рынка мультимедиа становится очевидной необходимость включения в учебный процесс тем, связанных с мультимедиа.
2. Отдельные разделы мультимедиа слишком часто встречаются (дублируются) в различных курсах учебной программы (хотя это признано допустимым в Computing Curricula), и представляется целесообразным выделение предмета "Мультимедиа" в отдельный обязательный курс.

На кафедре математического обеспечения ЭВМ факультета ВМК Нижегородского Государственного университета в учебном плане специальный курс "Мультимедиа" занимает два семестра и рассчитан на 72 часа лекций и 72 часа практических занятий в компьютерном классе. Основными принципами, положенными в основу при отборе материала и разработке программы курса, являются следующие: 1) изучение тех фундаментальных разделов, которые входят в понятие "мультимедиа для разработчика" (см. определение выше) и 2) практическое рассмотрение больших программных комплексов с точки зрения разработчика.

Курс "Мультимедиа" состоит из двух разделов:

Раздел "Системы компьютерной графики" (36 часов лекций и 36 часов практики). Компьютерная графика - основная составляющая мультимедиа технологий. В классическом университете под компьютерной графикой понимаются математические методы построения графических изображений на плоскости и в пространстве, вывода этих изображений на экран монитора, программирования этих методов, использование сложных графических библиотек (OpenGL, DirectX), реалистическая визуализация и т.п. В отличие от традиционной компьютерной графики, в разделе "Системы компьютерной графики" рассматриваются математические алгоритмы, использующиеся при обработке готовых изображений, для улучшения качества изображений, фильтрации, эффективного хранения на различных носителях, для вывода изображений их на экран монитора, для передачи изображений на печатающие устройства. В целом этот раздел описывает компьютерную графику для полиграфии и презентаций. На практических занятиях студенты выполняют лабораторные работы, которые помогают изучить как с точки зрения пользователя, так и с точки зрения разработчика, следующие программные системы: Corel Draw, Adobe Photoshop, Adobe ImageReady, 3DMax.

Раздел "Мультимедиа технологии" (36 часов лекций и 36 часов практики). Рассматриваются математические алгоритмы и технические устройства обслуживающие мультимедиа технологию: мультимедиа возможности Windows, структура различных записей информации на СD и DVD, звук в мультимедиа, карты волновых таблиц, файлы и устройства MIDI, трехмерный звук, преобразование аналогового звука в цифровую форму, редактирование цифрового звука, фильтры, эффекты, вопросы оцифровки видеоизображений, алгоритмы сжатия видеоинформации, наложения компьютерной графики на видео, цифровая видеозапись, цифровое телевидение, мультимедиа в сети Интернет. На практических занятиях студенты выполняют лабораторные работы, которые помогают изучить как с точки зрения пользователя, так и с точки зрения разработчика, следующие программные системы: Sound Forge, Adobe Premiere, Macromedia Flash, Formula Graphics.

Литература:

1. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Специальность 010200 - Прикладная математика и информатика. Квалификация - математик, системный программист. - М.: Министерство образования Российской Федерации. 2000.
2. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Специальность 351400 - прикладная информатика (по областям)". Квалификация - информатик - (квалификация в области). - М.: Министерство образования Российской Федерации. 2000.
3. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Специальность 510200 - Прикладная математика и информатика. Квалификация - бакалавр прикладной математики и информатики - М.: Министерство образования Российской Федерации. 2000.
4. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Специальность 510200 - Прикладная математика и информатика. Квалификация - магистр прикладной математики и информатики - М.: Министерство образования Российской Федерации. 2000.
5. Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования. Специальность 511900 - Информационные технологии. Квалификация - бакалавр информационных технологий. - М.: Министерство образования Российской Федерации Проект для проведения эксперимента http://www.apmath.spbu.ru/ru/education/speciality/511900b.html.
6. Computing Curricula 2001: Computer Science // Association for Computing Machinery and Computer Society IEEE.
7. Малкина Е.В. Дидактическая система обучения спецкурсу "Мультимедиа" студентов-математиков// Высокие технологии в педагогическом процессе: Труды VI Международной научно-методической конференции преподавателей вузов, ученых и специалистов, том 3, 2005. - Н. Новгород: ВГИПА, 2005. - С.115-120.