Разработка электронного модуля дистанционного обучения

112

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. Д.И. Менделеева

Новомосковский институт(филиал)

Кафедра

Вычислительная техника и информационные технологии

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ

НА ТЕМУ:

«Разработка электронного модуля дистанционного обучения»

Зав. кафедрой Воробьев В.И.

Руководитель Прохоров В.С.

Н/контролер Прохоров В.С.

Студент Кузьмичева Н.Г.

Консультанты:

1. По экономической части Лобковская О.З.

2. По безопасности жизнедеятельности Фандеев Н.П.

г. Новомосковск

2005г.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

НОВОМОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

Факультет «Кибернетика» Кафедра «ВТИТ»

Специальность 220200 «АСОИУ»

УТВЕРЖДАЮ

ЗАДАНИЕ

ПО ДИПЛОМНОМУ ПРОЕКТУ СТУДЕНТА

Кузьмичева Наталья Геннадьевна

1. Тема проекта «Разработка электронного модуля дистанционного обучения

утверждена приказом по институту от « » 20 г. №

2. Срок сдачи студентом законченного проекта

3. Исходные данные к проекту методическое пособие для лабораторных работ по предмету «Схемотехника», пакет программ SunRav

4. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов) 1.Теоретическая часть:сущность и особенности дистанционного обучения, описание предметной области, обзор средств разработки проекта 2.Проектная часть: цели и задачи разработки проекта, инфологическая и даталогическая модели предметной области, выбор средств реализации проекта, основная структура модуля, описание установки и работы с программой. 3.Экономическая часть: расчет затрат на разработку АИС

4. Безопасность жизнедеятельности: расчет уровня шума, определение пожарной нагрузки помещения

5.Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

1. Инфологическая модель предметной области

2. Даталогическая модель предметной области

3. Структура и схема организации работы электронного модуля ДО

4. Стуктурная, модель содержания и форма электронного учебника «Схемотехника»

5. Основные формы модуля ДО «Схемотехника»

6. Консультанты по проекту

Раздел	Консультант	Подпись, дата
		Задание выдал	Задание принял
Экономическая часть	Лобковская О.З.
Безопасность жизнедеятельности	Фандеев Н.П.

7. Дата выдачи задания 22.02.2005

Руководитель ПрохоровВ.

Задание принял к исполнению Кузьмичева Н.Г.

КАЛЕНДАРНЫЙ ПЛАН

№№ п/п	Наименование этапов дипломного проекта	Срок выполнения этапов проекта	Примечание
1	Получение задания	22.02.05
2	Сбор необходимого материала	23.02.05 -20.03.05
3	Изучение материала	23.02.05-28.03.05
4	Разработка алгоритма	25.03.05-16.04.05
5	Написание программы	25.03.05-18.04.05
6	Тестирование и отладка	18.04.05-18.05.05
7	Работа над разделом БЖД	19.05.05-28.05.05
8	Оформление пояснительной записки	13.05.05-04.06.05
9	Подготовка графического материала	01.06.05-06.06.05

Студент дипломник / Кузьмичева Н.Г. /

Руководитель проекта / Прохоров В.С. /

РЕФЕРАТ

Пояснительная записка 140 с., 25 рис., 17 табл., 27 источников, 4 прил.

ДИСТАНЦИОННОЕ ОБУЧЕНИЕ, ЭЛЕКТРОННЫЙ КУРС, ЭЛЕКТРОННЫЙ УЧЕБНИК, ТЕСТЫ, ТЕСТИРУЮЩАЯ ПРОГРАММА, ЭЛЕКТРОННЫЙ СЛОВАРЬ, РЕЗУЛЬТАТЫ ТЕСТИРОВАНИЯ, СИСТЕМЫ ПРОВЕРКИ ЗНАНИЙ, ОБУЧАЮЩАЯ ПРОГРАММА.

Цель работы - создание электронного модуля дистанционного обучения для размещения и использования его в сети Internet.

В дипломном проекте определяются основные положения и требования к дистанционному обучению, проводится обзор программных средств разработки электронных обучающих курсов. Модуль дистанционного обучения создан на основе методического пособия для лабораторных работ по предмету «Схемотехника» с использованием средств разработки Web-приложений и пакета программ SunRav и предназначен для размещения на сайте преподавателя или ВУЗа.

Модуль дистанционного обучения позволяет изучать материал схемотехники по Интернету и непосредственно проверять свои знания при помощи тестов. Результаты тестирования сохраняются в базе данных MySQL. Преподаватель имеет возможность управлять пользователями и тестами, просматривать результаты прохождения тестов.

The ABSTRACT

Explanatory note 140 p., 25 pic., 17 tabl., 27 sources, 4 enc.

REMOTE LEARNING, ELECTRONIC COURSE, ELECTRONIC TEXTBOOK, TESTS, TESTING PROGRAM, ELECTRONIC DICTIONARY, RESULTS of TESTING, SYSTEM of the EXAMINATION, the LEARNING PROGRAM.

The purpose of work - creation of the electronic module of remote learning for accommodation and its uses in network Internet. In the degree project substantive provisions and requirements to remote learning are defined, the review is spent software of development of electronic learning course.

The module of remote learning is created on the basis of the methodical grant for laboratory works in a subject "Circuitry" with use of means of development of Web- applications and intended for accommodation on a site of the teacher or our institute. The module of remote learning allows to study a material of circuitry on the Internet and directly to check the knowledge by means of tests. Results of testing are kept in database MySQL.

The teacher has an opportunity to operate users and tests, to look through results of passage of tests.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1 Теоретическая часть

1.1 Сущность и особенности дистанционного обучения

1.1.1 Применение компьютерных технологий в обучении

1.1.2 Понятие дистанционного обучения

1.1.3 Концепция создания и развития единой системы дистанционного образования в России.

1.1.4 Характерные черты дистанционного обучения

1.1.3 Основные компоненты дистанционного образования

1.2 Описание предметной области

1.2.1 Основания для разработки электронного модуля дистанционного обучения

1.3 Требования к электронному учебнику

1.4 Основы создания компьютерных тестов

1.5 Обзор средств разработки обучающих программ и программ проверки знаний

1.5.1 WebCourse in a Box

1.5.2 Virtual-U

1.5.3 Lotus LearningSpace

1.5.4 ОРОКС

1.5.5 SunRav TestOfficePro

2. Проектная часть

2.1 Цели и задачи разработки модуля ДО

2.2 Инфологическая модель предметной области

2.3 Даталогическая модель предметной области

2.4 Выбор средств реализации модуля ДО

2.4.1 Пакет программ SunRav

2.4.2.1 Использование гипертекстовых структур в обучающих программах

2.4.2 Язык гипертекстовой разметки HTML

2.4.3 Web-сервер Apache

2.4.4 Язык разработки Web-приложений - PHP

2.4.5 База данных MySQL

2.5 Структура электронного учебника

2.6 Описание электронного учебника «Схемотехника»

2.7 Подготовка тестов

2.7.1 Создание тестов в программе tMaker

2.8 Структура электронного учебного модуля

2.9 Установка модуля дистанционного обучения

2.10 Описание работы с электронным модулем ДО по курсу «Схемотехника»

3. Экономическая часть

3.1. Определение трудоемкости разработки приложения

3.2. Расчет затрат на разработку приложения

3.3. Экономическое обоснование выбора комплекса технических и программных средств

3.4. Описание экономического и социального эффекта от разработки подсистемы

4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Пожароопасные свойства веществ и токсичные свойства веществ и материалов, применяемых при выполнении работы

4.2 Характеристика потенциальных опасностей и вредностей, которые могут возникнуть в процессе выполнения экспериментальной части работы

4.3 Категорирование помещения

4.4 Санитарно-гигиеническая характеристика помещения

4.5 Условия безопасности при проведении экспериментальной части работы. Электробезопасность

4.6 Пожарная безопасность и средства пожаротушения

4.7 Защита окружающей среды

4.8 Расчетно-аналитическая часть

4.8.1 Оценка уровня шума на рабочем месте

4.8.2 Определение пожарной нагрузки помещения

4.9 Гражданская оборона

Заключение

Список используемой литературы

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д

Введение

Все более и более важную роль в процессе обучения играют компьютеры и компьютерные технологии.

Компьютеры используются при тестировании, демонстрации примеров и экспериментов. Существует целый класс программ, называемых "электронными" учебниками, содержащих некоторое количество иллюстрированной текстовой информации.

Использование новейших информационных технологий в обучении позволяет более активно использовать научный и образовательный потенциал ведущих университетов и институтов, привлекая лучших преподавателей к созданию курсов дистанционного обучения, расширяя аудиторию обучаемых, и позволяет осуществлять широкомасштабную подготовку и переподготовку специалистов вне зависимости от места жительства.

Исследования в области дистанционного обучения активно проводятся как за рубежом, так и в России. Эти исследования связаны, прежде всего, с изучением особенностей восприятия информации с экрана компьютера, оценкой эффективности дистанционного обучения, сравнительным анализом используемых в обучении программных средств.

В настоящее время все больше исследователей изучают различные формы дистанционного обучения в контексте педагогики, психологии, физиологии, психиатрии и компьютерных наук.

Дистанционное обучение (ДО) является формой получения образования, наряду с очной и заочной, при которой в образовательном процессе используются лучшие традиционные и инновационные методы, средства и формы обучения, основанные на компьютерных и телекоммуникационных технологиях.

Основу образовательного процесса при ДО составляет целенаправленная и контролируемая интенсивная самостоятельная работа обучаемого, который может учиться в удобном для себя месте, по индивидуальному расписанию, имея при себе комплект специальных средств обучения и согласованную возможность контакта с преподавателем по телефону, электронной и обычной почте, а также очно.

Отличительной особенностью дистанционного обучения является тот факт, что получение знаний, равно как и их оценка, т.е. сдача тестов, зачетов и экзаменов может происходить без присутствия преподавателя или с минимальным его присутствием.

Главными субъектами дистанционного обучения являются ученик, учитель и среда передачи информации. В качестве среды передачи информации, в данном случае, выступает всемирная компьютерная сеть Интернет.

В дистанционном обучении все большую популярность приобретает использование среды WWW из-за следующих особенностей: существование многочисленных разнообразных программ для просмотра WWW документов для всех популярных аппаратных и программных платформ; простой и интуитивно-понятный пользовательский интерфейс; возможность представления мультимедийной информации в рамках единого стандартного языка форматирования документов HTML (HyperText MarkUp Language); возможность создания форм для ввода информации пользователем.

Вышеперечисленные особенности среды позволяют эффективно использовать ее как в ходе самого обучения, так и при контроле знаний учащихся. При этом обучаемому не требуется иметь специальное программное обеспечение или выделенные линии связи для доступа к учебным материалам, а преподаватель имеет возможность оперативной модификации материалов. Существование большого числа программ для создания и редактирования HTML-документов позволяет существенно упростить и сократить время подготовки учебных материалов.

Сочетание гипертекстовых учебных пособий и системы электронного контроля знаний, базирующиеся на технологиях Интернет, позволяют, в перспективе, создать единую обучающую среду, адаптирующуюся под уровень знаний и, фактически, создающую индивидуальный "электронный учебник" для каждого обучающегося.

За последние годы в системе высшего образования России проведена значительная работа по информатизации учебной деятельности ВУЗа, создающая предпосылки для качественно нового этапа внедрения новых информационных технологий в образовании. Разработана и утверждена Концепция информатизации сферы образования Российской Федерации. Во всех регионах и ВУЗах организованы и действуют центры информатизации и центры новых информационных технологий.

Некоторые ВУЗы уже достаточно продвинулись в вопросах дистанционного обучения, но тем не менее существует еще масса проблем и недостаточной организационных и технических вопросов в этой области.

В данном проекте рассматривается разработка модуля дистанционного обучения по курсу «Схемотехника», который позволяет студентам изучать необходимый материал самостоятельно, проходить тестирование и отправлять выполненные задания по электронной почте.

1 Теоретическая часть

1.1 Сущность и особенности дистанционного обучения

1.1.1 Применение компьютерных технологий в обучении

Определяющая роль в традиционном обучении принадлежит преподавателю - интерпретатору знаний. Общение преподавателя со студентом составляет основу передачи информации, важной особенностью которой, является наличие оперативной обратной связи. Однако уже с самых ранних этапов развития коммуникационных средств в межличностных отношениях используется опосредованное общение с разделенной во времени обратной связью. Именно оно является основой обучения на расстоянии.

Главной особенностью, отличающей компьютер от обычных технических средств образования, является возможность организации диалога человека с компьютером посредством интерактивных программ. При наличии телекоммуникационного канала компьютер может, как выступать посредником между преподавателем и студентом, так и брать на себя часть учебного процесса. Для этого компьютер обладает возможностями хранения и оперативной обработки информации, представленной в мультимедиа виде. К этому следует добавить возможность доступа к удаленным базам данных (электронным библиотекам) посредством сети Интернет, возможность общения с любыми партнерами посредством электронных конференций, возможность передачи информации в любом виде и любого объема. Таким образом, компьютер можно не только использовать как дидактическое средство в традиционном процессе обучения, но и реализовать с его помощью возможность обучения на расстоянии, по качеству не уступающего технологиям очного обучения.

Применение компьютерных средств требует иной формы представления знаний, организации познавательной деятельности студентов и выбора методов обучения.

В основе этой формы обучения лежит определенная концепция, основные положения которой можно сформулировать следующим образом:

1. Процесс обучения строится в основном на самостоятельной познавательной деятельности студента. Учение, самостоятельное приобретение и применение знаний стало потребностью современного человека на протяжении всей его сознательной жизни в условиях информатизированного общества.

2. Познавательная деятельность студента должна носить активный характер. При дистанционном обучении необходимо использовать такие методы и технологии, которые способствуют умению самостоятельно добывать нужную информацию, вычленять проблемы и способы их рационального решения, критически анализировать полученные знания и применять их на практике и для получения новых знаний.

3. Обучение должно быть личностно-ориентированным, то есть обучают каждого студента по индивидуальному графику. Этот график может оперативно изменяться в соответствии с текущей занятостью студента и его темпом восприятия информации.

При этом роль преподавателя по мере совершенствования технологий все более и более сводится к управлению учебным процессом, однако это не принижает его влияния в познавательной деятельности и не вытесняет его из учебного процесса.

1.1.2 Понятие дистанционного обучения

Дистанционное обучение является формой получения образования, наряду с очной и заочной, при которой в образовательном процессе используются лучшие традиционные и инновационные методы, средства и формы обучения, основанные на компьютерных и телекоммуникационных технологиях.

В системе образования дистанционное обучение отвечает принципу гуманистичности, согласно которому никто не должен быть лишен возможности учиться по причине бедности, географической или временной изолированности, социальной незащищенности и невозможности посещать образовательные учреждения в силу физических недостатков или занятости производственными и личными делами. Являясь следствием объективного процесса информатизации общества и образования и, вбирая в себя лучшие черты других форм, дистанционное обучение является наиболее перспективной, синтетической, гуманистической, интегральной формой получения образования.

Существуют и другие трактовки понятий дистанционного обучения и образования, отражающие многообразие подходов к их пониманию.

Дистанционное образование - особая, совершенная форма, сочетающая элементы очного, очно - заочного, заочного и вечернего обучения на основе новых информационных технологий и систем мультимедиа.

Современные средства телекоммуникаций и электронных изданий позволяют преодолеть недостатки традиционных форм обучения, сохраняя при этом все их достоинства.

Основные отличия дистанционного образования от заочного обучения:

1. Классическое заочное образование требует временного присутствия студента, хотя бы на сессии. Дистанционное образование ограничивает непосредственный контакт студента и преподавателя до минимума;

2. Заочное образование базируется на том, что студенту дается минимальная база знаний и источники, где можно самостоятельно найти и изучить дополнительную информацию. В дистанционном образовании студент полностью обеспечивается всеми источниками по данному курсу, с помощью различных средств передачи и представления информации и знаний;

3. Основным носителем информации в заочном образовании являются - книги и печатные учебные пособия. В дистанционном образовании в качестве носителей информации рассматриваются различные среды - в первую очередь - Интернет, компьютерные носители информации, мультимедиа, видео, аудио, телевидение;

4. Средства доставки информации студенту в заочном образовании, как правило, традиционная почта, телефон. В дистанционном образовании используются преимущественно электронные способы передачи информации, Интернет, кабельное, спутниковое телевидение.

Заочная форма обучения является своего рода прародителем дистанционного образования. Несмотря на кажущееся сходство этих видов обучения, они существенно различаются друг от друга. Эти два типа образования сближает одна цель - дать знания учащемуся, территориально удаленному от центра обучения. По всей видимости, в ближайшее время заочное образование будет постепенно трансформироваться в дистанционное. Однако, возможно эти две формы будут еще долгое время сосуществовать параллельно.

Помимо решения своей первоочередной задачи -- обучения на расстоянии -- ДО может стать отличным дополнением очной формы, поскольку технологии, применяемые при разработке электронных учебных курсов, будут хорошим подспорьем для повышения качества и эффективности традиционного обучения.

Качество дистанционного обучения не уступает качеству очной формы получения образования, а улучшается за счет привлечения выдающегося кадрового профессорско-преподавательского состава и использования в учебном процессе наилучших учебно-методических изданий и контролирующих тестов по тем или иным дисциплинам.

Очевидно, что новая компьютерная форма обучения может применяться как в стенах вуза, так и за его пределами.

1.1.3 Концепция создания и развития единой системы дистанционного образования в России.

Важнейший этап информатизации России - информатизация образования. На протяжении ряда последних лет в системе образования РФ проводятся работы по интеграции компьютерных теле-коммуникационных сетей и научно-методического обеспечения учебного процесса и научных исследований, основанных на применении современ-ных средств автоматизации. Стремление объединить наработки в системе образования с новейшими информационными технологиями вызвано жела-нием сформировать в системе образования России открытое образователь-ное пространство, доступное для самых широких слоев населения.

Разработка “Концепции создания и развития единой системы дистанционного образования (ЕСДО) в России” вызвана резко возросшим за последние годы спросом на образовательные услуги, а также на основании высокой социальной значимости дистанционного образования. Реальное создание и функционирование ЕСДО возможно благодаря наличию в России необходимого кадрового, педагогического, научно-технического и научно-методического потенциала. Кроме того, накоплен большой опыт и имеется достаточный задел инновационных технологий дистанционного образования.

Высшей целью создания и развития системы ДО является предоставление школьникам, студентам, гражданским и военным специалистам, безработным, самым широким кругам населения в любых районах страны и за ее рубежами равных образовательных возможностей, а также повышение качественного уровня образования.

1.1.4 Характерные черты дистанционного обучения

Дистанционное обучение от традиционных форм обучения отличают следующие характерные черты:

- гибкость - возможность заниматься в удобное для себя время, в удобном месте и темпе. Нерегламентированный отрезок времени для освоения дисциплины;

- модульность - возможность из набора независимых учебных курсов-модулей формировать учебный план, отвечающий индивидуальным или групповым потребностям;

- параллельность - параллельное с профессиональной деятельностью обучение, т.е. без отрыва от производства;

- охват - одновременное обращение ко многим источникам учебной информации (электронным библиотекам, банкам данных, базам знаний и т.д.) большого количества обучающихся. Общение через сети связи друг с другом и с преподавателями;

- экономичность - эффективное использование учебных площадей, технических средств, транспортных средств, концентрированное и унифицированное представление учебной информации и мультидоступ к ней снижает затраты на подготовку специалистов;

- технологичность - использование в образовательном процессе новейших достижений информационных и телекоммуникационных технологий, способствующих продвижению человека в мировое постиндустриальное информационное пространство;

- социальное равноправие - равные возможности получения образования независимо от места проживания, состояния здоровья, элитарности и материальной обеспеченности обучаемого;

- интернациональность - экспорт и импорт мировых достижений на рынке образовательных услуг;

- новая роль преподавателя - дистанционное обучение расширяет и обновляет роль преподавателя, который должен координировать познавательный процесс, постоянно усовершенствовать преподаваемые им курсы, повышать творческую активность и квалификацию в соответствии с нововведениями и инновациями.

Позитивное влияние оказывает дистанционное обучение и на студента, повышая его творческий и интеллектуальный потенциала за счет самоорганизации, стремления к знаниям, умения взаимодействовать с компьютерной техникой и самостоятельно принимать ответственные решения.

1.1.5 Основные компоненты дистанционного образования

Обучающие программы - программы, осуществляющие процесс передачи обучаемому определенных знаний. Обучение в них ведется в диалоговом режиме, обучаемому предъявляется некоторая информация (текстовая, графическая, видео и т.д.), осуществляется контроль в процессе обучения. Такие программы основаны на идее программированного обучения. В обучающих программах основной информационной технологией представления информации является гипертекстовая система.

Обучающие программы представляют собой учебные курсы, включающие лекции, словари, тесты и др.

Электронный учебник предназначен для самостоятельного изучения теоретического материала курса и построен на гипертекстовой основе, позволяющей работать по индивидуальной образовательной траектории.

Компьютерный учебник содержит тщательно структурированный учебный материал, предоставляемый обучаемому в виде последовательности кадров, содержащих не только текст, но и мультимедийные приложения. Гипертекстовая структура позволяет обучающемуся определить не только оптимальную траекторию изучения материала, но и удобный темп работы, и способ изложения материала, соответствующий психофизиологическим особенностям его восприятия.

Нелинейная организация учебного материала, многослойность и интерактивность каждого кадра, а также возможность протоколирования информации о выборе учащимся траектории обучения определяют специфику электронного учебника.

Компьютерная тестирующая система, которая обеспечивает, с одной стороны, возможность самоконтроля для обучаемого, а с другой - принимает на себя рутинную часть текущего или итогового контроля.

Компьютерная тестирующая система может представлять собой как отдельную программу, не допускающую модификации, так и универсальную программную оболочку, наполнение которой возлагается на преподавателя. В последнем случае в нее включается система подготовки тестов, облегчающая процесс их создания и модификацию (в простейшем случае это может быть текстовый редактор). Эффективность использования тестирующей системы существенно выше, если она позволяет накапливать и анализировать результаты тестирования. Тестирующая система может быть встроена в оболочку электронного учебника, но может существовать и как самостоятельный элемент. В этом случае тестирующие программы по различным дисциплинам целесообразно объединять в единой базе данных.

Электронный словарь(справочник) позволяет обучаемому в любое время оперативно получить необходимую справочную информацию в компактной форме.

В словарь включается информация как дублирующая, так и дополняющая материал учебника.

Обычно электронный словарь представляет собой электронный список терминов, или используемых в курсе слов изучаемого иностранного языка, или имен цитируемых авторов и т.д. Каждая единица списка гиперактивна - ее активизация позволяет обратиться к гиперссылке, содержащей толкование термина, перевод и грамматические характеристики иностранного слова, энциклопедическое описание и т.д.

В электронный словарь обычно можно войти из любого раздела курса с помощью специальной кнопки в главном меню. Собственное меню справочника, как правило, представляет собой алфавит, оформленный в разных дизайнерских решениях. Активизация кнопки-буквы обеспечивает доступ к соответствующему фрагменту справочника.

1.2 Описание предметной области

При обучении на кафедре ВТиИТ преподается дисциплина «Схемотехника», в котором изучается функционирование электронных устройств, способы их расчета, проектирования и производства. Как учебный курс для специализации, он имеет цель ознакомить студентов с принципами действия электронных устройств и дать навыки по их проектированию.

На лекциях изучаются:

- элементарные логические функции;

- минимизация логических устройств;

- синтез различных логических устройств;

- анализ работы принципиальных схем;

- мультиплексоры, демультиплексоры, триггеры, регистры;

- аналоговая схемотехника и другое...

Вообще, схемотехника - это научно-техническое направление, охватывающее проблемы проектирования и исследования схем электронных устройств радиотехники и связи, вычислительной техники, автоматики и др. областей техники. Основная задача схемотехники - синтез (определение структуры) электронных схем, обеспечивающих выполнение определённых функций, и расчёт параметров входящих в них элементов.

На основе электронной схемы создают соответствующее устройство (входящее в состав некоторой технической системы). В цифровых схемах используются всего два уровня схемных напряжений или токов, поэтому такие схемы часто называют двоичными или логическими.

В общем случае устройства, оперирующие с двоичной (дискретной) информацией, подразделяются на два больших класса: дискретные автоматы без памяти (комбинационные схемы) и дискретные автоматы с памятью (последовательностные схемы).

К комбинационным устройствам относятся логические элементы, электронные ключи, шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, большинство арифметических устройств и др.

Показателем принадлежности схемы к последовательностному типу служит наличие в ней обратных связей. Простейшими представителями таких устройств являются триггеры. К этому же классу относятся счетчики, регистры, запоминающие устройства.

В процессе обучения необходимо сделать и защитить несколько лабораторных работ.

В лабораторном практикуме рассматриваются вопросы моделирования цифровых устройств, начиная от простейших логических элементов до сложных многофункциональных узлов, применяемых в той или иной комбинации в вычислительной технике, информационно-измерительной технике и в других областях прикладной радиоэлектроники.

Лабораторные работы проходят по следующим темам:

1. «Логические элементы»

2. «Арифметические сумматоры»

3. «Мультиплексоры, демультиплексоры»

4. «Шифраторы и дешифраторы»

5. «Цифровые компараторы»

6. «Устройства контроля четности»

7. «Устройства ввода-вывода IBM PC»

8. «Триггеры»

9. «Счетчики»

10. «Регистры»

11. «Оперативные запоминающие устройства»

12. «Постоянные запоминающие устройства»

13. «Арифметико-логическое устройство»

В учебных целях для практического освоения процесса моделирования цифровых устройств предлагается использовать программу MultiSim. Удобный пользовательский интерфейс программы MultiSim является серьезной предпосылкой для ее использования. Практика использования программы в таком качестве показала, что достаточно двух-трех часов предварительной подготовки, чтобы студент, имеющий опыт работы в среде Windows, мог приступить к самостоятельной работе.

Программа MultiSim явится достаточно привлекательным инструментом для оперативного решения схемотехнических задач на этапе эскизного проектирования при проведении макетирования (физического моделирования) отдельных элементов и узлов. На последующих (более серьезных) этапах разработки, когда возможности MultiSim будут исчерпаны, можно обратиться к более мощным пакетам проектирования, например Micro - Cap, Design Lab (PSpice), Aplac, System View, Circuit Maker, P - CAD. Программа MultiSim является мостиком для преодоления психологического барьера в освоении более сложных профессиональных программ. При этом возможен безболезненный переход, так как в MultiSim предусмотрена возможность импортирования созданных в ее среде электрических схем в формат PSpice, OrCAD и другие профессиональные программы.

Изучаемые в лабораторных работах цифровые устройства рассматриваются в порядке возрастающей сложности.

В описаниях лабораторных работ схемы представлены в европейском (DIN) стандарте графического обозначения компонентов, как это принято в программе MultiSim 2001.

При подготовке к лабораторным работам и для закрепления изучаемого материала следует использовать контрольные вопросы и задания в конце каждой лабораторной работы.

Поэтому, в качестве системы проверки знаний, необходимо предусмотреть тестирование по каждой теме лабораторных работ. На каждую выбранную тему составляется список вопросов. Каждому вопросу соответствует выбор из нескольких вариантов ответов с выбором одного правильного варианта ответа(одиночный выбор) или нескольких правильных вариантов ответа (множественный выбор). Одна из основных целей тестирования - получение представлений о том, на сколько хорошо (или плохо) человек знает какую-либо область знаний. Поэтому в тесте должна быть предусмотрена обработка результатов пользователя. После того как пользователь ответит на вопросы всего теста, выводиться результат тестирования. Результаты тестирования определяются оценками, градация которых устанавливается преподавателем.

1.2.1 Основания для разработки электронного модуля дистанционного обучения

Рассмотрим основания для разработки электронного обучающего модуля на примере Новомосковского института РХТУ им.Д.И.Менделеева, структура учебного процесса которого типична для большинства ВУЗов, однако имеет некоторые специфические особенности. Новомосковский институт является единственным государственным и самым крупным ВУЗом города Новомосковска и района, а также близлежащих районов. Студенты очных и заочных отделений живут в соседних городах Узловая, Северо-Задонск, Сокольники, Донской, Кимовск, близлежащих деревнях и селах. Некоторые студенты заочного отделения работают даже в выходные дни и не имеют возможности регулярно приезжать и непосредственно участвовать в учебном процессе. Однако многие из них имеют компьютеры и выход в Интернет, поэтому им было бы удобно получать значительную часть знаний и навыков в процессе интерактивного изучения специально составленных учебных материалов. Это позволит значительно сократить время усвоения программ и даст реальную возможность обучаться без отрыва от работы.

Поэтому для организации такого взаимодействия со студентами необходимо разработать обучающие курсы лекций в электронной и удобной для понимания форме, с возможностью возврата к неусвоенному материалу. Кроме того, следует подготовить пакеты тестовых программ для зачетного контроля и самоконтроля. Полученные результаты должны регистрироваться в базе данных и в дальнейшем учитываться преподавателями при проставлении итоговой оценки по предмету.

Учащийся должен изучить представленный материал и получить оценку своих знаний. Для облегчения процесса ознакомления с теоретическими материалами лабораторных работ и их защиты необходимо представить материал в удобной и понятной для изучения форме. В частности, максимально визуализировать теоретические выкладки и процесс выполнения лабораторного практикума.

Предполагается, что данная служба будет действовать как для студентов очного, так и заочного отделений.

Типовая структура учебного процесса представлена на рисунке 1.2:



112

Рисунок 1.2 - Структура учебного процесса

1.3 Требования к электронному учебнику

Продуманный интерфейс существенно облегчает работу с программой, а использование определенных стандартов избавляет пользователя от необходимости тратить дополнительное время на его освоение. Современные программы для компьютеров, работающих на платформе Intel, используют, как правило, интерфейсные решения операционной системы Windows.

Согласно этому стандарту, каждой программе выделяется окно, занимающее весь экран или его часть. В верхней части окна расположена строка заголовка окна, ниже нее - строка меню. Еще ниже располагается панель инструментов, представляющая строку из кнопок с пиктограммами, поясняющими их назначение, при этом родственные по функциям кнопки объединяются визуально в группы (при большом количестве инструментов панель может содержать несколько строк или разбиваться на несколько отдельных панелей, расположенных сбоку или внизу). Далее следует рабочее поле программы (в случае, когда размеры рабочего поля недостаточны для вывода всей информации, появляются линейки прокрутки). Снизу окно замыкает строка состояния, которая может и отсутствовать. Выбор пункта меню или инструмента производится с помощью манипулятора "мышь", клавиш или их комбинации.

Использование стандарта при построении пользовательского интерфейса гарантирует, что его основные элементы не изменятся кардинальным образом при переходе от программы к программе и пользователю не придется осваивать интерфейс нового приложения "с нуля".

При этом, в отличие от программных пакетов, ориентированных на создание новых объектов (документов, программ и т.п.), электронный курс предназначен для изучения уже созданных объектов (учебных кадров), поэтому его интерфейс будет иметь свои особенности. Дополнительные особенности интерфейса могут порождать и особенности изучаемой предметной области. Кроме традиционного для справочных гипертекстовых систем интерфейса ключевых слов, активация которых вызывает либо переход к другому документу, либо вывод краткого "всплывающего" (pop-up) текста-комментария, инструментальные средства позволяют создавать и другие активные элементы - командные кнопки, снабженные надписями или пиктограммами, надписи и изображения, реагирующие на щелчок или перемещение мыши, кнопки-переключатели и многое другое. В любом случае необходимо, чтобы пользовательский интерфейс был интуитивно понятен студенту и не требовал специальных инструкций по работе.

Обучение, основанное на компьютерных технологиях, в значительной степени базируется на технической инфраструктуре: компьютере (как инструменте для размещения и представления учебной информации) и компьютерных сетях (как средстве доступа к ней). Поэтому в качестве одного из принципов, которые необходимо учитывать при создании электронных курсов, является принцип распределенности учебного материала.

Учебный материал должен быть разбит на разделы, состоящие из модулей, минимальных по объему, но замкнутых по содержанию. Каждый модуль должен быть связан гипертекстовыми ссылками с другими модулями так, чтобы у пользователя был выбор перехода в любой другой модуль. Принцип ветвления не исключает, а даже предполагает наличие рекомендуемых переходов, реализующих последовательное изучение предмета.

Электронный учебник (и другие учебные пакеты) должны быть выполнены в форматах, позволяющих компоновать их в единые электронные комплексы, расширять и дополнять их новыми разделами и темами, а также формировать электронные библиотеки по отдельным дисциплинам (например, для кафедральных компьютерных классов) или личные электронные библиотеки студента (в соответствии со специальностью и курсом, на котором он учится), преподавателя или исследователя.

Информационные учебные ресурсы могут быть разделены на две группы: находящиеся непосредственно у обучаемого (локальные компоненты) и размещаемые на компьютерах учебного центра (сетевые компоненты). Локальные компоненты включают в себя печатную продукцию, аудио- и видеозаписи на магнитной ленте и информацию на компьютерно-читаемых носителях (дискетах, жестких и лазерных дисках). Способ размещения информации накладывает определенные требования на технологии создания ресурсов и доступа к ним. Основой сетевых учебных курсов являются информационно-коммуникационные технологии (ИКТ). Телекоммуникационные технологии используются для доставки учебных материалов или организации контролируемого доступа к ним.

Для создания учебных материалов, предоставляемых в виде интернет-ресурсов, широко используются различные HTML-редакторы. Использование скриптовых языков позволяет сделать HTML-документ интерактивным и обеспечить передачу информации на сервер.

1.4 Основы создания компьютерных тестов

Составление компьютерных тестов является довольно сложным делом. Тест - это завершенный продукт, обладающий определенными свойствами и характеристиками и отвечающий современным методическим требованиям. Тест состоит из заданий, правил их применения, оценок за выполнение каждого задания и рекомендаций по интерпретации тестовых результатов. Создание теста предполагает тщательный анализ содержания учебной дисциплины, классификацию учебного материала, установление межтематических и межпредметных связей, укрупнение дидактических единиц с последующим представлением этих единиц через элементы композиции задания.

Существуют три основные формы тестовых заданий:

1. Задания с выбором одного или нескольких правильных ответов. Среди этих заданий выделяются такие разновидности, как:

1.1. Выбор одного правильного ответа по принципу: один - правильный, все остальные (один, два, три и т.д.) - неправильные.

1.2. Выбор нескольких правильных ответов.

2. Задания открытой формы.

Задания сформулированы так, что готового ответа нет; нужно сформулировать и вписать ответ самому, в отведенном для этого месте.

3. Задания на установление соответствия, где элементам одного множества требуется поставить в соответствие элементы другого множества.

Для компьютерного контроля знаний, осуществляемого в виде тестов, больше всего подходят задания с выбором одного правильного ответа. Среди этих тестов наиболее распространенными в настоящее время являются тесты с возможностью выбора правильного ответа из:

- двух предложенных вариантов ответа;

- трех предложенных вариантов.

Выбор формы зависит от:

- цели тестирования;

- содержания теста;

- технических возможностей;

- уровня подготовленности преподавателя в области теории и методики тестового контроля знаний.

Каждая из форм позволяет проверить специфические виды знаний. Проверять с помощью тестов имеет смысл актуальные знания, которые студенты должны уметь применять на практике. Проверяются знания, находящиеся в оперативной памяти, то есть, не требующие обращения к справочникам, словарям, картам, таблицам и т.п. Приведем классификацию видов и уровней знаний, разработанную В. Аванесовым:

1. Знание названий, имен.

2. Знание смысла слов, названий и имен.

3. Знание фактов.

4. Знание определений.

5. Сравнительные, сопоставительные знания.

6. Знание противоположностей, противоречий, антонимов и т.п. объектов.

7. Ассоциативные знания.

8. Классификационные знания.

9. Причинные знания, знание причинно-следственных отношений, знание оснований.

10. Процессуальные, алгоритмические, процедурные знания.

11. Технологические знания.

12. Вероятностные знания.

13. Абстрактные знания.

14. Методологические знания.

При разработке компьютерного теста необходимо ориентироваться на общий уровень подготовленности тестирующихся.

Разработчики тестов должны придерживаться следующих принципов:

- тест должен соответствовать целям тестирования;

- должна быть обеспечена взаимосвязь содержания и формы теста;

- тестовые задания должны быть правильными с точки зрения содержания;

- должна соблюдаться репрезентативность содержания учебной дисциплины в содержании теста.

В начале любого теста дается краткая инструкция по выполнению задания, например: "Выберите правильный ответ…", "Выберите правильные ответы…", "Впечатайте в свободном поле ответ…" и т.п. Если задания представлены в одной форме, инструкция пишется один раз для всего теста. Если же тест включает различные задания, то перед каждым новым заданием пишется новая инструкция. Текст задания, как правило, пишется прописными буквами или жирным шрифтом для того, чтобы зрительно сразу же отделить само задание от вариантов ответа.

Одно из важных требований при тестировании - наличие заранее разработанных правил выставления баллов. В общем случае применения тестов за правильный ответ в каждом задании дается один балл, за неправильный - ноль. Сумм всех баллов, полученных студентом, дает число правильных ответов. Это число ассоциируется с уровнем его знаний и с понятием "тестовый балл испытуемого".

1.5 Обзор средств разработки обучающих программ и программ проверки знаний

На мировом рынке имеется большой выбор программных продуктов, позволяющих обеспечивать весь цикл разработки учебных материалов и управления процессом дистанционного обучения.

Многие крупные фирмы, такие, например, как IBM и Oracle, предлагают, как правило, программное обеспечение в пакете комплексных услуг. Основной акцент делается на использование определенных технических средств и СУБД (Систем Управления Базами Данных), выпускаемых производителями с некоторыми надстройками, обеспечивающими технические возможности построения на их базе процесса дистанционного обучения. Стоимость такого программного обеспечения и его операционные характеристики определяются конкретным заказом.

1.5.1 WebCourse in a Box

В университете штата Айдахо создана система дистанционного обучения через Интернет WebCourse in a Box /13/.

Система поддерживает весь жизненный технологический цикл курса дистанционного обучения. WebCourse in a Box существует в двух вариантах:

1. для UNIX (на языке Perl 5.002)

2. для Windows NT (только для Web-сервера Microsoft IIS).

Поддержка ПО (минимальная стоимость $3 000). Небольшие эксперименты с бесплатным вариантом WebCourse* in a Box показали, что это трудно адаптируемый продукт, находящийся еще на стадии опытной эксплуатации.

1.5.2 Virtual-U

Система, поддерживающая весь жизненный технологический цикл курса дистанционного обучения, создана небольшой группой сотрудников канадского университета Саймона Фрезера, написана полностью на языке Perl, эксплуатируется многими организациями по всему миру. Некоторые организации даже предлагают любому преподавателю из любого конца Земного шара подготовить и провести курс дистанционного обучения любой дисциплине /15/.

Ценовая политика представляет интерес -- можно бесплатно попробовать проектирование курса и управление курсом через Интернет, можно получить, установить (требуется операционная система Sun Solaris 2.5) и 5 месяцев эксплуатировать Virtual-U бесплатно для неограниченного числа слушателей. Предполагается, что этого времени должно хватить на разработку и внедрения курса. За дальнейшее использование Virtual-U придется платить. Стоимость зависит от числа обучающихся и колеблется от $500 до $10000.

1.5.3 Lotus LearningSpace

Говоря об инструментальных средствах создания систем дистанционного обучения, распространяемых в России, нельзя обойти вниманием разработку фирмы Lotus Development, активно продвигающей свою систему LearningSpace. Концептуально процесс подготовки учебного курса в Lotus LearningSpace состоит в формировании документа в развитом редакторе и последующей публикации его, осуществляемой простым перетаскиванием в рамку опубликованных документов.

Судя по обширной информации рекламного и описательного характера, представленной на сайте фирмы, эта развитая среда обладает всеми возможностями для создания полнофункциональных мультимедийных учебных курсов, систем тестирования, администрирования учебным процессом, организации взаимодействия филиалов учебных центром. Системы дистанционного обучения, построенные на основе LearningSpace, предполагают обязательную установку базового программного обеспечения -- сервера Lotus Domino, без которого невозможна эксплуатация этой информационной среды. Средства разработки приложений интегрированы в Domino Designer, продукте, который является надежной, интуитивно понятной средой, обеспечивающей возможности использования стандартных средств и языков разработки Web-приложений и доступ к другим корпоративным системам. Структура лицензирования LearningSpace следующая: отдельно лицензируется сервер LearningSpace (ориентировочная стоимость около $7 000) и обучающиеся (стоимость для каждого пользователя около $40). По имеющейся информации для учебных заведений существуют скидки.

Появляются и отечественные системы, обеспечивающие поддержку всей технологической цепочки создания и сопровождения дистанционных кур-сов.

1.5.4 ОРОКС

ОРОКС (старое название WEB-Tester), разработан Московским Областным Центром Новых Информационных Технологий (МОЦНИТ) при Московском государственном институте электронной техники (МИЭТ).

Программный комплекс ОРОКС является многофункциональной сетевой оболочкой для создания учебно-методических модулей и организа-ции обучения с удаленным доступом. Она реализована с использованием WWW CGI-технологии. Системы, созданные на основе ОРОКС, позволяют осуществлять: