Разработка демонстрационно-обучающей программы по дисциплине "Электрические машины и трансформаторы"

Содержание

Введение

1. Выбор средств создания электронной системы

1.1 Место персонального компьютера в процессе обучения

1.2 Общие сведения о демонстрационно-обучающих программах

1.3 Компьютерное тестирование

1.4 Постановка задачи и требования к программе

2. Этапы разработки программ

2.1 Анализ предметной области

2.2 Разработка алгоритма программы

2.2.1 Алгоритм. Виды алгоритмов

2.2.2 Алгоритм работы программы

2.3 Разработка интерфейса программы

2.3.1 Виды интерфейсов

2.3.2 Особенности интерфейсов обучающих программ

2.3.3 Разработка интерфейса программы «Демонстрационно обучающая программа по дисциплине «Электрические машины и трансформаторы» по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001»

2.4 Выбор среды программирования

2.4.1 Анализ инструментальных средств

2.4.2 Среда программирования Delphi

2.5 Тестирования программы

2.5.1 Типы и методы тестирования

2.5.2 Процесс и результаты тестирования

2.6. Программная документация

2.6.1 Руководство пользователя

2.6.2 Руководство программиста

3. Эксплуатация программных средств

3.1 Структура ЛВС учебных заведений

3.2 Должностные инструкции техника-программиста

3.3 Условия эксплуатации программы «Демонстрационно-обучающая программа по дисциплине «Электрические машины и трансформаторы» по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001»

4. Расчет себестоимости программного продукта

5. Техника безопасности при работе с ПК

5.1 Общие требования по технике безопасности

5.2 Техника безопасности при работе в компьютерном классе

Заключение

Литература

Приложение 1. Текст программы

ВВЕДЕНИЕ

Современный период развития цивилизованного общества характеризует процесс информатизации.

Информатизация общества - это глобальный социальный процесс, особенность которого состоит в том, что доминирующим видом деятельности в сфере общественного производства является сбор, накопление, продуцирование, обработка, хранение, передача и использование информации, осуществляемые на основе современных средств микропроцессорной и вычислительной техники, а также на базе разнообразных средств информационного обмена. Информатизация общества обеспечивает:

- активное использование постоянно расширяющегося интеллектуального потенциала общества, сконцентрированного в печатном фонде, и научной, производственной и других видах деятельности его членов;

- интеграцию информационных технологий с научными, производственными, инициирующую развитие всех сфер общественного производства, интеллектуализацию трудовой деятельности;

- высокий уровень информационного обслуживания, доступность любого члена общества к источникам достоверной информации, визуализацию представляемой информации, существенность используемых данных.

Применение открытых информационных систем, рассчитанных на использование всего массива информации, доступной в данный момент обществу в определенной его сфере, позволяет усовершенствовать механизмы управления общественным устройством, способствует гуманизации и демократизации общества, повышает уровень благосостояния его членов. Процессы, происходящие в связи с информатизацией общества, способствуют не только ускорению научно-технического прогресса, интеллектуализации всех видов человеческой деятельности, но и созданию качественно новой информационной среды социума, обеспечивающей развитие творческого потенциала индивида.

Одним из приоритетных направлений процесса информатизации современного общества является информатизация образования - внедрение средств новых информационных технологий в систему образования. Это сделает возможным:

- совершенствование механизмов управления системой образования на основе использования автоматизированных банков данных научно - педагогической информации, информационно-методических материалов, а также коммуникационных сетей;

- совершенствование методологии и стратегии отбора содержания, методов и организационных форм обучения, соответствующих задачам развития личности обучаемого в современных условиях информатизации общества;

- создание методических систем обучения, ориентированных на развитие интеллектуального потенциала обучаемого, на формирование умений самостоятельно приобретать знания, осуществлять информационно-учебную, экспериментально - исследовательскую деятельность, разнообразные виды самостоятельной деятельности по обработке информации;

- создание и использование компьютерных тестирующих, диагностирующих, контролирующих и оценивающих систем.

В дипломном проекте рассмотрена одна из сторон процесса информатизации общества и образования -- создание и использование на практике одной из форм обучения с использованием средств новых информационных технологий (НИТ) - демонстрационно-обучающей программы (далее «ДОП»). В ней исследуются возможности средств новых информационных технологий, условия, необходимые для их успешного использования, рассматривается и анализируется прикладное программное обеспечение необходимое для создания и дальнейшего использования демонстрационно-обучающих программ. Кроме этого, описываются все этапы создания подобных электронных приложений с учетом специфики конкретного учебного предмета.

1. ВЫБОР СРЕДСТВ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ

1.1 Место персонального компьютера в процессе обучения

Под средствами новых информационных технологий (СНИТ) будем понимать программно-аппаратные средства и устройства, функционирующие на базе микропроцессорной, вычислительной техники, а также современных средств и систем информационного обмена, обеспечивающие операции по сбору, продуцированию, накоплению, хранению, обработке, передаче информации.

К СНИТ относятся: ЭВМ, ПЭВМ; комплекты терминального оборудования для ЭВМ всех классов, локальные вычислительные сети, устройства ввода -- вывода информации, средства ввода и манипулирования текстовой и графической информацией, средства архивного хранения больших объемов информации и другое периферийное оборудование современных ЭВМ; устройства для преобразования данных из графической или звуковой форм представления данных в цифровую и обратно; средства и устройства манипулирования аудиовизуальной информацией (на базе технологии Мультимедиа и систем "Виртуальная реальность"); современные средства связи; системы искусственного интеллекта; системы машинной графики, программные комплексы (языки программирования, трансляторы, компиляторы, операционные системы, пакеты прикладных программ и пр.) и др.

Особого внимания заслуживает описание уникальных возможностей СНИТ, реализация которых создает предпосылки для небывалой в истории педагогики интенсификации образовательного процесса, а также создания методик, ориентированных на развитие личности обучаемого. Перечислим эти возможности:

- незамедлительная обратная связь между пользователем и СНИТ;

- компьютерная визуализация учебной информации об объектах или закономерностях процессов, явлений, как реально протекающих, так и "виртуальных";

- архивное хранение достаточно больших объемов информации с возможностью ее передачи, а также легкого доступа и обращения пользователя к центральному банку данных;

- автоматизация процессов вычислительной информационно--поисковой деятельности, а также обработки результатов учебного эксперимента с возможностью многократного повторения фрагмента или самого эксперимента;

- автоматизация процессов информационно-методического обеспечения, организационного управления учебной деятельностью и контроля за результатами усвоения.

Реализация вышеперечисленных возможностей СНИТ позволяет организовать такие виды деятельности как.

- регистрация, сбор, накопление, хранение, обработка информации об изучаемых объектах, явлениях, процессах, в том числе реально протекающих, и передача достаточно больших объемов информации, представленной в различных формах;

- интерактивный диалог -- взаимодействие пользователя с программной (программно--аппаратной) системой, характеризующееся в отличие от диалогового, предполагающего обмен текстовыми командами (запросами) и ответами (приглашениями), реализацией более развитых средств ведения диалога (например, возможность задавать вопросы в произвольной форме, с использованием "ключевого" слова, в форме с ограниченным набором символов); при этом обеспечивается возможность выбора вариантов содержания учебного материала, режима работы;

- управление реальными объектами (например, учебными роботами, имитирующими промышленные устройства или механизмы);

- управление отображением на экране моделей различных объектов, явлений, процессов, в том числе и реально протекающих;

- автоматизированный контроль (самоконтроль) результатов учебной деятельности, коррекция по результатам контроля, тренировка, тестирование.

Ввиду того что вышеперечисленные виды деятельности основаны на информационном взаимодействии между обучаемым (обучаемыми), преподавателем и средствами новых информационных технологий и вместе с тем направлены на достижение учебных целей, назовем ее информационно-учебной деятельностью.

1.2 Общие сведения о демонстрационно-обучающих программах

Демонстрационно-обучающие программы (ДОП) - способ обучения, предоставляющий возможность более глубокого изучения материала, знание которого только в теории было бы недостаточно. ДОП позволяют узнать как полученные знания применяются на практике, увидеть как происходит тот или иной процесс. Так же демонстрационно-обучающие программы могут существенно ускорить процесс обучения, т.к. в таких программах часто сводят количество теории к минимуму, но этот недостаток компенсируется наглядностью. Именно поэтому ДОП чаще всего используют не для полного изучения материала, а для его закрепления на примерах.

Поскольку современные компьютеры позволяют с большой эффективностью воспроизводить практически все известные до настоящего времени виды передачи информации, и, что нам представляется наиболее важным, только они могут реализовать адаптивные алгоритмы в обучении и обеспечить преподавателя объективной и оперативной обратной связью о процессе усвоения учебного материала, то становится совершенно очевидным, что принципиальное отличие ДО в сегодняшнем его понимании от традиционного заочного заключается не только в том, что "перо и бумагу" заменяет компьютер, а "голубиную почту" - Интернет. Мультимедийный компьютер - это не только новый интегрированный носитель информации, это - устройство наиболее полно и адекватно отображающее модель "face to face". Кроме этого, только в компьютерах могут быть реализованы информационно-справочные системы на основе гипермедийных ссылок, что также является одной из важнейших составляющих индивидуализации обучения.

Что же такое «Демонстрационно-обучающая программа» и в чем её отличие от обычного учебника? Обычно ДОП представляет собой комплект демонстрационных роликов, которые сопровождены соответствующими пояснениями и тематическими справками, в которых отражено основное научное содержание учебной дисциплины. ДОП часто дополняет обычный учебник и делает обучение более наглядным, а особенно эффективна в тех случаях, когда она:

- обеспечивает практически мгновенную обратную связь;

- обеспечивает понимание предмета, освоение которого без наглядного пособия является очень трудной задачей;

- существенно экономит время при многократных обращениях к гипертекстовым объяснениям;

- наряду с кратким текстом - показывает, рассказывает, моделирует и т.д. (именно здесь проявляются возможности и преимущества мультимедиа-технологий) позволяет быстро, но в темпе наиболее подходящем для конкретного индивидуума, проверить знания по определенному разделу.

К недостаткам ДОП можно отнести не совсем хорошую физиологичность дисплея как средства восприятия информации (восприятие с экрана текстовой информации гораздо менее удобно и эффективно, чем чтение книги) и более высокую стоимость по сравнению с книгой.

На рынке компьютерных продуктов с каждым годом возрастает число обучающих программ, электронных учебников и т.п. Одновременно не утихают споры о том, какой должна быть "демонстрационно-обучающая программа", какие функции "вменяются ей в обязанность". Традиционное построение ДОП: предъявление наглядного материала, практика, тестирование.

В настоящее время к ДОП предъявляются следующие требования:

- Информация по выбранному курсу должна быть хорошо структурирована и представлять собою законченные фрагменты курса с ограниченным числом новых понятий.

- Каждый фрагмент, наряду с текстом, должен представлять информацию в аудио- или видеовиде ("живые лекции"). Обязательным элементом интерфейса для живых лекций будет линейка прокрутки, позволяющая повторить лекцию с любого места.

- Текстовая информация может дублировать некоторую часть живых лекций.

- На иллюстрациях, представляющих сложные модели или устройства, должна быть мгновенная подсказка, появляющаяся или исчезающая синхронно с движением курсора по отдельным элементам иллюстрации (карты, плана, схемы, чертежа сборки изделия, пульта управления объектом и т.д.).

- Текстовая часть должна сопровождаться многочисленными перекрестными ссылками, позволяющими сократить время поиска необходимой информации, а также мощным поисковым центром. Перспективным элементом может быть подключение специализированного толкового словаря по данной предметной области.

- Видеоинформация или анимации должны сопровождать разделы, которые трудно понять в обычном изложении. В этом случае затраты времени для пользователей в пять-десять раз меньше по сравнению с традиционным учебником. Некоторые явления вообще невозможно описать человеку, никогда их не видавшему (водопад, огонь и т.д.). Видеоклипы позволяют изменять масштаб времени и демонстрировать явления в ускоренной, замедленной или выборочной съемке.

- Наличие аудиоинформации, которая во многих случаях является основной и порой незаменимой содержательной частью ДОП.

Можно выделить 3 основных режима работы ДОП:

- демонстрация без проверки;

- демонстрация с проверкой, при которой в конце каждого ролика (трека) обучаемому предлагается ответить на несколько вопросов, позволяющих определить степень усвоения материала;

- тестовый контроль, предназначенный для итогового контроля знаний с выставлением оценки.

1.3 Компьютерное тестирование

На современном этапе среди эффективных методов оценки образовательных достижений заметная роль отводится тестированию.

В тестах учебных достижений привлекает, прежде всего:

- Возможность проверки усвоения учебного материала;

- Проверка большого объема учебного материала;

- Оценка достаточно большого количества учащихся;

- Объективность оценки результатов работы (равные условия для тестируемых);

- Удобство и быстрота проверки выполненной работы;

- Высокая точность измерения учебных достижений;

- Дифференцирующая способность выше, чем в пятибалльной системе оценивания.

Имеется и ряд причин, позволяющих негативно относиться к тестам учебных достижений:

- Сложность формализации умений и навыков;

- Невозможно проследить логику рассуждения учащихся;

- Угадывание правильных ответов;

- Дороговизна технологии;

- Как быть с пятибалльной системой оценивания.

Тестирование компьютерное - педагогическое тестирование на компьютере под управлением специальной программы, обеспечивающей нужную презентацию тестовых заданий и обработку результатов тестирования.

Следует отметить особенности компьютерного тестирования, которые невозможно реализовать при бланковом тестировании:

- Меньшее время выполнения;

- Результаты работы сразу становятся известны проверяющему (тестирующемуся);

- Объективность при оценивании работы;

- Быстрота обработки результатов тестирования;

- Рандомизация заданий;

- Адаптивность;

- Подробная регистрация времени тестирования;

- Internet-технологии (электронная почта; Online-тестирование, Offline-тестирование).

Наиболее распространенным видом педагогических программных средств являются программы для контроля знаний и тестирования.

С развитием глобальной сети Интернет, становится актуальной проблема дистанционного получения материалов для обучения, контроля, проведения анкетирования.

Следует отметить, что тестирование, и как его разновидность - компьютерное тестирование, не отменяет и не заменяет традиционные методы контроля, способствуя повышению объективности, обоснованности и сопоставимости результатов.

1.4 Постановка задачи и требования к программе

Программа «Демонстрационно-обучающая программа по дисциплине «Электрические машины и трансформаторы» по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001», разработанная в результате технического задания на дипломное проектирование, предназначена для применения на рынке услуг образования, а конкретно она предназначена для Челябинского Энергетического Колледжа. Эта программа позволяет проводить обучение студентов автономно и в более наглядной, интерактивной форме.

1. Основание для разработки

Основанием для разработки является задание на дипломное проектирование, выданное Челябинским Энергетическим Колледжем.

Тема разработки: «Создание «Демонстрационно-обучающая программа по дисциплине «Электрические машины и трансформаторы» по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001».

2. Назначение разработки

Программа предназначена для обучения и закрепления пройденного материала студентами.

Студенты могут получить общие знания в данной области, а так же углубиться в изучение конкретного раздела. Все разделы сопровождаются видеороликами и комментариями, что позволяет облегчить понимание материала. После изучения всех разделов программы студенты должны пройти тестирования, для контроля своих знаний.

3. Требования к программе

Требования к функциональным характеристикам.

Разрабатываемая программа должна быть не только удобна в использовании и понятна даже начинающему пользователю, не только обучать, тестировать и выводить отчёты на принтер, но и иметь возможность ввода данных, их изменения и вывода их на печать.

Основные возможности программы:

- обучение по курсу лекций;

- предоставление видеороликов по курсу лекций;

- тестирование по курсу лекций;

- простой и удобный интерфейс для работы пользователя.

Входными данными являются: полное имя студента, номер его группы.

Выходной информацией является отчеты о результатах прохождения тестирования.

Требования к надежности.

Представленная в данном документе администраторская часть программы должна быть защищена от несанкционированного доступа, т. е. иметь пароль. Должна быть устойчивой к ошибкам при использовании входных данных, а также должна контролироваться входная и выходная информация.

Условия эксплуатации.

Тестируемые (студенты) не должны иметь доступа к редактированию и просмотру базы вопросов, должен быть запрещен доступ к изменению входных данных к обучающей части программы (теория и видеоролики). Администраторы (преподаватели) должны иметь возможность создавать собственные базы тестов и запускать серверную часть тестирования, с последующей распечаткой результатов теста. Серверная часть тестирования не должна запускаться без прав администратора.

Требования к составу и параметрам технических средств.

Для нормальной работы программного изделия необходимо:

- центральный процессор класса не ниже Pentium III 800 МГц;

- объём оперативной памяти не менее 128 Mb;

- минимальная размер свободного места на жестком диске более 100Mb;

- стандартная клавиатура и стандартный манипулятор «мышь»;

- стандартный монитор с поддержкой разрешения экрана 1024x768;.

- видеоадаптер класса не ниже GeForce256;

- операционная система типа Windows 98, 2000, XP.

- видео-кодек DivX не ниже 5-ой версии.

Требования к информационной и программной совместимости.

Предоставляемый материал по дисциплине должен быть в текстовом, графическом, видео или аудио формате и предоставляться на русском языке. Метод решения задачи, язык программирования и программные средства выбираются разработчиком. В данной программе используется Borland Delphi, так как в нём обеспечивается наиболее удобное представление данных.

4. Требования к программной документации

В программной документации должны содержатся:

- техническое задание;

- методика испытаний;

- текст программы;

- пояснительная записка.

5. Технико-экономические показатели

Данная программа быстро окупит затраченные на нее средства, так как она не требует больших ресурсов компьютера, и будет пользоваться спросом на рынке. Программа имеет аналоги, но по сравнению с ними она более доступна, с удобным интерфейсом, понятным даже не квалифицированному пользователю.

6. Стадии и этапы разработки

Программа разрабатывается в несколько этапов:

- Определение требований к системе: стоимость, сроки, необходимость, выбираются инструментальные средства, формируются критерии по оценке качества и требования к программному продукту.

- Проектирование: требования пользователя уточняются, разрабатывается структура программы, выбирается язык программирования.

- Детальное проектирование: утверждаются конкретные решения, рассматриваются методы, приёмы и средства проектирования.

- Кодирование: проектируются отдельные модули программы.

- Программирование: характеризуется большим числом разнообразных правил, приёмов и методов, применение которых зависит от квалификации, опыта и индивидуальных особенностей программиста.

- Отладка и тестирование: их цель - выявить и устранить ошибки, а также выяснить соответствует ли программа требованиям, спецификации и критериям качества.

- Эксплуатация и сопровождение: заполнение эксплуатации в соответствии с ГОСТом, установка и настройка программы.

7. Порядок контроля и приемки

Программа должна быть испытана различными методами тестирования.

Основным методом обнаружения ошибок в программе, разработанной в отчёте, является тестирование.

Тестирование представляет собой процесс выполнения программы с целью проверки правильности результатов ее работы. Оно включает в себя преднамеренное конструирование трудных наборов входных данных, создающих наибольшие возможности для отказа программы.

Объектом испытаний в дипломном проекте является программа «Демонстрационно-обучающая программа по дисциплине «Электрические машины и трансформаторы» по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001».

Основной метод для обнаружения ошибок в программе - проведение испытаний. Испытание представляет собой процесс выполнения программы с целью проверки правильности результатов ее работы и соответствия заданным характеристикам. Процесс испытаний включает в себя преднамеренное конструирование сложных наборов входных данных, создающих наибольшие возможности для отказа программы.

Испытания следует проводить в программной среде предусмотренной программой, т. е. язык на котором написана программа с использованием сложных наборов входных данных, создающих наибольшие возможности для отказа программы.

Порядок проведения испытаний:

- запуск программы;

- ввод информации в поля ввода данных;

- использование различных кнопок, предусмотренных в программе;

- оценка правильности выполнения выбора информации;

- принятие решения о необходимости дальнейших испытаний.

2. Этапы разработки программы

2.1 Анализ предметной области и выбор метода решения

Согласно техническому заданию на дипломное проектирование необходимо разработать программу дистанционного обучения. Она предназначена для проведения обучения, тестирования студентов, а так же вывода результатов тестирования.

Основные возможности программы:

- обучение по курсу лекций;

- предоставление видеороликов по курсу лекций;

- тестирование по курсу лекций;

- простой и удобный интерфейс для работы пользователя.

В настоящее время существует большое количество способов создания программного обеспечения аналогичного программе дистанционного обучения. Для решения поставленной задачи можно выделить такие программные средства как:

- языки программирования (Ассемблер, Паскаль, Си, Бейсик);

- среда объектного ориентированного программирования Delphi;

С помощью любого из этих средств можно обеспечить полное выполнение технического задания на проектирование.

Для создания программного продукта максимально удобным и «производительным» средством является Delphi, так как это мощное и в то же время несложное в использовании инструментальное средство.

Демонстрационно-обучающая программа может использоваться как самостоятельный продукт, предназначенный для проведения обучения, текущего контроля и контрольного среза знаний в колледже или других учебных заведениях. Это обстоятельство позволяет рассматривать данную программу как универсальную.

2.2 Разработка алгоритма программы

Алгоритм. Виды алгоритмов.

Алгоритм - это метод (способ) решения задачи, записанный по определенным правилам, обеспечивающим однозначность его понимания и механического исполнения при всех значениях исходных данных (из некоторого множества значений). Или более коротко: алгоритм - это строго определенная последовательность действий, необходимых для решения данной задачи.

Для углубления понятия алгоритма выделим и раскроем его основные свойства, вытекающие из определения.

- Дискретность алгоритма. Это свойство означает, что решение задачи, записанное в виде алгоритма, разбито на отдельные простейшие команды, которые расположены в порядке их выполнения.

- Определенность алгоритма. Это свойство означает, что каждая команда алгоритма должна быть понятна исполнителю, не оставлять места для ее неоднозначного толкования и неопределенного исполнения.

- Результативность алгоритма. Свойство алгоритма, состоящее в том, что он всегда приводит к результату через конечное число шагов.

- Массовость алгоритма. Это свойство заключается в том, что каждый алгоритм, разработанный для решения некоторой задачи, должен быть применим для решения задач этого типа при всех допустимых значениях исходных данных.

- Единственность. Это свойство означает, что для всех заданных значений существует единственный результат.

Способы описания алгоритма:

1. Словесный;

2. Алгоритмический язык;

3. Графический метод или метод блок-схем. В этом случае алгоритм представляется в виде последовательности специальных символов, блоков, каждому из которых соответствует определенный этап решения задачи. Существует государственный стандарт, определяющий правила выполнения схем и обозначения операций процесса обработки данных.

В зависимости от особенностей своего построения алгоритмы делятся на три основные группы:

1. Линейные;

2. Разветвляющиеся;

3. Циклические;

Разнообразие алгоритмов определятся тем, что любой алгоритм распадается на части, фрагменты и каждый фрагмент представляет собой алгоритм одного из трех указанных видов. Поэтому важно знать структуру каждого из алгоритмов и принципы их составления.

Линейным называется алгоритм, в котором все этапы решения задачи выполняются строго последовательно, т.е. линейный алгоритм выполняется в естественном порядке его написания и не содержит разветвлений и повторений.

Алгоритмом ветвящейся структуры будем называть такой алгоритм, в котором выбирается один из нескольких возможных путей (вариантов) вычислительного процесса. Каждый подобный путь называется ветвью алгоритма.

Признаком разветвляющегося алгоритма является на-личие операций условного перехода, когда происходит проверка истинности некоторого логического выражения (проверяемое условие) и в зависимости от истинности или ложности проверяемого условия для выполнения выбирается та или иная ветвь алгоритма. Алгоритм предполагает выполнение Действия 1, если записанное условие истинно (выполняется), и выполнение Действия 2, если условие ложно (не выполняется). В частном случае может отсутствовать один из блоков «Действие 1» или «Действие 2».

Циклический алгоритм реализует повторение некоторых действий. Иными словами, циклические алгоритмы включают в себя циклы.

Циклом называется последовательность действий, выполняемых многократно, каждый раз при новых значениях параметров.

Существует несколько видов циклических инструкций, с помощью которых можно организовать циклы.

1. Инструкция «цикл с параметром» (цикл с заданным количеством повторений).

Обозначим:

х - параметр цикла (является счетчиком количества повторений);

а, b - соответственно начальные и конечные значения параметра цикла;

h - шаг, с которым изменяется параметр цикла;

S - оператор (инструкция), повторяемый в цикле.

Общий вид структуры цикла с параметром будет:

Для х := а до b с шагом h повторять S

2. Инструкция «цикл с предусловием» (цикл-«пока»):

Обозначим:

В - некоторое проверяемое логическое условие;

S - оператор (инструкция), повторяемый в цикле.

Тогда инструкция в псевдокоде примет вид:

Повторять S

Блок-схема такого цикла изображена на рис. 1.

3. Инструкция «цикл с постусловием» (цикл-«до»):

Пока В повторять S

Блок-схема такого цикла изображена на рис. 2.

Рис. 1 Цикл «пока»

Рис. 2. Цикл «до»

Алгоритм работы программы

Клиентская часть программы (обучение и тестирование).

1. Происходит загрузка программы в оперативную память.

2. Программа ожидает каких-либо действий от пользователя.

3. Пользователю предоставляется пройти обучение, тестирование, ознакомиться с дополнительными материалами по тестированию или просмотреть информацию о программе.

4. Если пользователь выбирает «Обучение», то пользователю показывает вводный видеоролик с разбором электродвигателя. Далее он может просмотреть видеоролики и информацию по каждому элементу электродвигатели или вернуться в главное меню.

5. Если пользователь выбирает «Тестирование», то открывает программа тестирования. В этой программе он выбирает один ответ из нескольких вариантов или сам вводит ответ на вопросы по материалу, предоставленному в обучении. Результаты ответа на каждый вопрос отсылаются на сервер. По окончанию на сервере указывается оценка за тест.

6. Если пользователь выбирает «Доп. материал», то открывает папка с документами, картинками, видеороликами по данной теме.

7. Если пользователь выбирает «О программе», то ему предоставляется информация о теме программы, авторе программе, контактной информации автора программы.

8. Пользователь может нажать кнопку закрытия программы, тем самым прекратить работу с программой.

Серверная часть программы (тест-сервер).

1. Происходит загрузка программы в оперативную память.

2. Программа ожидает каких-либо действий от пользователя, либо ожидает получение каких-либо данных от тест-клиентов.

3. Если данные получены, то они соответствующим образом обрабатываются программой. Данные от клиентов отражают этап прохождения тестирования (начало/конец тестирование или номер последнего пройденного вопроса).

4. Пользователю предоставляется пройти включить ограничение времени на прохождения теста (таймер), отключить любого из пользователей, отослать текстовое сообщение любому из пользователей или просмотреть информацию о программе. Так же дается возможность вывести на принтер информацию о пользователях, закончивших тестирование (или остановленных по таймеру).

5. Если пользователь выбирает «Тестирование - Вкл./Выкл. таймер», то у пользователя запрашивается количество минут для таймера или происходит отключения таймера, если он был включен.

6. Если пользователь выбирает «Отключить выбранного пользователя» из всплывающего меню по нажатию правой кнопки мыши, то программа производит отключения выбранного пользователя. При этом он не считается прерванным по собственному желанию и будет включен в конечный отчет.

7. Если пользователь выбирает «Отправить сообщение» из всплывающего меню по нажатию правой кнопки мыши, то программа запросит текст для отправки, после чего на компьютере клиента появится отправленное сообщение.

8. Если пользователь выбирает «О программе», то ему предоставляется информация о теме программы, авторе программе, контактной информации автора программы.

9. Пользователь может нажать кнопку закрытия программы, тем самым прекратить работу с тест-сервером.

2.3 Разработка интерфейса программы

Виды интерфейсов

Термин "интерфейс" широко используется в областях, где человеку приходится иметь дело обработкой информации на компьютере. В переводе с английского языка Interface означает внешнее лицо. В компьютерном мире известно множество разновидностей интерфейсов: интерфейс пользователя, графический интерфейс, интерфейс ввода-вывода, внешний или внутренний интерфейс, интеллектуальный интерфейс, человеко-машинный интерфейс, программный интерфейс и др.

Интерфейс - совокупность средств и правил, которые обеспечивают взаимодействие устройств, программ и человека.

Особенно важен интерфейс, обеспечивающий взаимодействие пользователя с персональным компьютером, называемый пользовательским интерфейсом. От удобства этого интерфейса во многом зависит успех нового программного продукта в конкурентной борьбе на рынке программных средств. Пользовательский интерфейс может быть символьным и графическим.

Символьный интерфейс используется обычно при работе видеосистемы в текстовом режиме. Информация выводится на экран монитора посимвольно. До появления Windows все операционные системы, в том числе MS DOS и ее оболочка Norton Commander, предоставляли пользователю символьный интерфейс. Он достаточно экономичен по потреблению ресурсов и способен обеспечить вполне комфортную работу пользователя. Исключение составляет интерфейс командной строки операционной системы MS DOS, который требует от пользователя знания синтаксиса команд. Следует заметить, что символьный интерфейс Norton Commander не вызывает особых трудностей у неквалифицированного пользователи и может использоваться в графическом режиме работы монитора.

Графический интерфейс появляется тогда, когда видеосистема может работать в графическом режиме, т.е. выводить на экран монитора информацию поточечно. Переход к графическому пользовательскому интерфейсу стал возможным благодаря улучшению технических характеристик персонального компьютера. Такой интерфейс предъявляет повышенные требования к быстродействию видеосистемы, но вместе с тем при этом достигается основная цель - создается комфортная среда работы пользователя, так как человеку более естественно и удобно оперировать образами (картинками). Графический интерфейс по сравнению с символьным воспринимается как более понятный и интуитивно ясный.

Графический пользовательский интерфейс - интерфейс, где для взаи-модействия человека и компьютера используются графические средства.

Ярким примером графического пользовательского интерфейса служит интерфейс Windows. При разработке этой операционной системы специалисты широко использовали возможные графические средства: рисунки, специальные значки, цветовое оформление, разнообразные начертания шрифтов, дизайн экрана и др. В результате интерфейс стал "дружественным" по отношению к человеку и уже не требует специальных программистских знаний, как было раньше в других операционных системах.

Графический интерфейс Windows позволяет более оперативно задавать команды операционной системы, запускать программы, выбирать файлы и параметры, указывая на соответствующие значки, кнопки, пункты меню, элементы списка, флажки и др. Набор используемых элементов интерфейса стандартен, что позволяет после изучения интерфейс Windows легко и быстро осваивать интерфейс приложений Windows.

Стандартный графический интерфейс пользователя должен отвечать ряду требований:

- поддерживать информационную технологию работы пользователя с программным продуктом -- содержать привычные и понятные пользователю пункты меню, соответ-ствующие функциям обработки, расположенные в естественной последовательности использования;

- ориентироваться на конечного пользователя, который общается с программой на внешнем уровне взаимодействия;

- удовлетворять правилу "шести" -- в одну линейку меню включать не более 6 понятий, каждое из которых содержит не более 6 опций;

- графические объекты сохраняют свое стандартизованное назначение и по возможнос-ти местоположение на экране.

Особенности интерфейсов обучающих программ

При создании интерфейса для обучающих программ разработчики могут руководствоваться ниже перечисленными рекомендациями и требованиями, соблюдение которых повышает эффективность обучающей программы.

При разработке формата кадра на экране и его построении рекомендуется учитывать смысловые отношения между объектами, которые определяют организацию зрительного поля. Компоновать объекты рекомендуется:

- близко друг от друга, так как чем ближе в зрительном поле объекты друг к другу (при прочих равных условиях), тем с большей вероятностью они организуются в единые, целостные образы;

- с учетом особенности выделения предмета и фона при выборе формы объектов, размеров букв и цифр, насыщенности цвета, расположения текста и т.п.;

- не перегружая визуальную информацию деталями, яркими и контрастными цветами;

- выделяя учебный материал, предназначенный для запоминания цветом, подчеркиванием, размером шрифта и т.п.

В создании обучающей программы существенную роль играет учет рекомендаций по формированию цветовых характеристик зрительной информации, визуализируемой на экране компьютера во время функционирования обучающей программы. Визуальная среда на экране монитора является искусственной, по многим параметрам отличающейся от естественной. Естественным для человека является восприятие в отраженном свете, а на экране монитора информация передается с помощью излучающего света. Поэтому цветовые характеристики зрительной информации наряду с характеристиками яркости и контраста изображения оказывают существенное влияние на характер визуальной среды на экране монитора.

При разработке обучающей программы необходимо учитывать, что объекты, изображенные разными цветами и на разном фоне, по-разному воспринимаются человеком. Если яркость цвета объектов и яркость фона значительно отличаются от кривой относительной видности, то при поверхностном рассмотрении изображения может возникнуть эффект "психологического пятна", когда некоторые объекты как бы выпадают из поля зрения. При более внимательном рассмотрении изображения восприятие этих объектов требует дополнительных зрительных усилий.

Соотношение цветов в цветовой палитре обучающей программы может формировать определенный психологический настрой работы с программным средством. Преобладание темных цветов может привести к развитию угнетенного состояния, пассивности. Преобладание ярких цветов, наоборот, к перевозбуждению, причем общее перевозбуждение организма здесь часто граничит с быстрым развитием утомления зрительного анализатора.

Значения цветов должны быть постоянны и соответствовать устойчивым зрительным ассоциациям, соответствовать реальным предметам и объектам. Кроме того, значения цветов рекомендуется выбирать в соответствии с психологической реакцией человека (например, красный цвет - прерывание, экстренная информация, опасность, желтый - внимание и слежение, зеленый - разрешающий и т.д.). Для смыслового противопоставления объектов (данных) рекомендуется использование контрастных цветов (красный - зеленый, синий - желтый, белый - черный).

Для оптимизации изучения информации на экране компьютера разработчикам обучающей программы рекомендуется использование логических ударений. Логическими ударениями принято называть психолого-аппаратные приемы, направленные на привлечение внимания пользователя к определенному объекту. Психологическое действие логических ударений связано с уменьшением времени зрительного поиска и фиксации оси зрения по центру главного объекта.

Наиболее часто используемыми приемами для создания логических ударений являются: изображение главного объекта более ярким цветом, изменение размера, яркости, расположения или выделение проблесковым свечением. Количественной оценкой логического ударения является его интенсивность. Интенсивность зависит от соотношения цвета и яркости объекта по отношению к фону, от изменения относительных размеров объекта по отношению к размерам предметов фона изображения. Наилучшим является выделение либо более ярким, либо более контрастным цветом, хуже - выделение проблесковым свечением, изменением размера или яркости.

На комфортность восприятия зрительной информации существенное влияние оказывает степень засоренности поля главного объекта. Рекомендуется размещать в поле главного объекта не более 4-6 второстепенных объектов. Увеличение числа второстепенных объектов может привести к рассеиванию внимания и, как следствие, к выпадению главного объекта из области внимания, либо к слиянию второстепенных объектов с фоном.

Формы объектов и элементов фона изображения должны соответствовать устойчивым зрительным ассоциациям, должны быть похожи на формы реальных предметов, объектов. Несоответствие этому требованию может привести к ненужным вопросам и, как следствие, к потере учебного времени.

Разработка интерфейса программы «Демонстрационно-обучающая программа по дисциплине «Электрические машины и трансформаторы» по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001».

Средства графического интерфейса Microsoft Windows в достаточной мере универсальны и позволяют разрабатывать приложения практически любого направления. Но, для демонстрационно-обучающих программ отличительным требованием является уникальный интерфейс, позволяющий пользователю погрузиться в предметную область, а стандартные классы окон не отвечают этому требованию, поэтому был разработан интерфейс обеспечивающий пользователю комфортные условий работы.

Интерфейс был разработан после ознакомления с рекомендациями и требованиями к обучающим программам. После чего был одобрен заказчиком.

Особенности интерфейса демонстрационно-обучающей программы по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001:

- Основная цветовая палитра программы состоит из сине-зеленого, синего и красного цвета, а так же оттенков серых цветов. Количество их дозируется, что способствует меньшей утомляемости пользователя;

- Управляющие элементы (кнопки) максимально приближены друг к другу, образуя таким образом единую область управления, что облегчает пользование программой;

- Размер, цвет шрифта и цвет фона цвета были подобраны с целью уменьшить нагрузку на глаза пользователя;

2.4 Выбор среды программирования

Анализ инструментальных средств

При выборе программных средств, для разработки программы «Демонстрационно-обучающая программа по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001» необходимо учитывать возможности описания структуры данных, определение модулей программы и связи между ними, оценки развитости аппарата структур и типов данных.

Учет этих возможностей позволит сделать программу легкодоступной для использования, позволит предупредить возникновение логических ошибок, обеспечить надежность программного обеспечения и его модифицируемость.

Существует несколько способов решения поставленной задачи:

- языки программирования (Паскаль, Си, Visual Basic);

- среда объектного визуального программирования Delphi;

Так же для создания анимационных роликов по теме требуется выбрать программный пакет для создания и визуализации 3D-графики.

Пакеты программ для создания и визуализации 3D-графики

После ознакомления с требованиями к программе самой оптимальной реализацией предоставления графической информации было выбрано - показ видео-роликов с анимированными элементами двигателя.

Существует достаточное количество пакетов для работы с трехмерной графикой, такие как SoftImage XSI, Maya, LightWave, Rhinoceros, Cinema 4D и 3DStudioMax. Самым распространенным и известным из них является 3DStudioMax. Он отличается простотой, функциональностью и доступностью обучающей информации по этому пакету.

Главные его возможности: полигональное и nurbs-моделирование, прямое и рассеянное освещение, линейная анимация и анимация персонажей. И это далеко не весь список его возможностей.

На данный момент 3DStudioMax от Discreet считается одним из самых мощных пакетов по работе с 3D-графикой. С его помощью были подготовлены видео-ролики для программы, заданной на дипломное проектирование.

Языки программирования

Прогресс компьютерных технологий определил процесс появления новых разнообразных знаковых систем для записи алгоритмов - языков программирования. Смысл появления такого языка - оснащенный набор вычислительных формул дополнительной информации, превращает данный набор в алгоритм.

Язык программирования служит двум связанным между собой целям: он дает программисту аппарат для задания действий, которые должны быть выполнены, и формирует концепции, которыми пользуется программист, размышляя о том, что делать. Первой цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к машине", что всеми основными машинными аспектами можно легко и просто оперировать достаточно очевидным для программиста образом. Второй цели идеально отвечает язык, который настолько "близок к решаемой задаче", чтобы концепции ее решения можно было выражать прямо и коротко.

Связь между языком, на котором мы думаем/программируем, и задачами и решениями, которые мы можем представлять в своем воображении, очень близка. По этой причине ограничивать свойства языка только целями исключения ошибок программиста в лучшем случае опасно. Как и в случае с естественными языками, есть огромная польза быть, по крайней мере, двуязычным. Язык предоставляет программисту набор концептуальных инструментов, если они не отвечают задаче, то их просто игнорируют. Например, серьезные ограничения концепции указателя заставляют программиста применять вектора и целую арифметику, чтобы реализовать структуры, указатели и т.п. Хорошее проектирование и отсутствие ошибок не может гарантироваться чисто за счет языковых средств.

Может показаться удивительным, но конкретный компьютер способен работать с программами, написанными на его родном машинном языке. Существует почти столько же разных машинных языков, сколько и компьютеров, но все они суть разновидности одной идей простые операции производятся со скоростью молнии на двоичных числах.

Можно писать программы непосредственно на машинном языке, хотя это и сложно. На заре компьютеризации(в начале 1950-х г.г.), машинный язык был единственным языком, большего человек к тому времени не придумал. Для спасения программистов от сурового машинного языка программирования, были созданы языки высокого уровня (т.е. немашинные языки), которые стали своеобразным связующим мостом между человеком и машинным языком компьютера. Языки высокого уровня работают через трансляционные программы, которые вводят "исходный код" (гибрид английских слов и математических выражений, который считывает машина), и в конечном итоге заставляет компьютер выполнять соответствующие команды, которые даются на машинном языке. Существует два основных вида трансляторов: интерпретаторы, которые сканируют и проверяют исходный код в один шаг, и компиляторы, которые сканируют исходный код для производства текста программы на машинном языке, которая затем выполняется отдельно.

Среда программирования Delphi

Delphi - это среда быстрой разработки, в которой в качестве языка программирования используется Object Pascal. В основе идеологии Delphi лежит технология визуального проектирования и методология объектно-ориентированного событийного программирования.

Для написания программы программы «Демонстрационно-обучающая программа по теме «Асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором» для специальности 1001» использована среда программирования Delphi. Не секрет, что лучшим языком для изучения и освоения программирования является Паскаль, а лучшей в мире системой программирования для MS-DOS Turbo Pascal. Среда программирования Delphi продолжила серию Паскаль-ориентированных средств программирования и, по моему глубокому убеждению, является наиболее удобным инструментом для Windows-программирования.

Среда программирования Delphi - это сложный механизм, обеспечивающий высокоэффективную работу программиста.

Эволюция технических средств персональных компьютеров привела к повсеместному вытеснению старой “доброй” ОС MS-DOS значительно более мощными системами Windows, программирование для которых существенно сложнее, чем программирование для MS-DOS. Разработчики систем программирования, и прежде всего такие корпорации, как Microsoft и Borland, не замедлили выпустить соответствующие средства: уже в 1991 году, т. е. сразу после появления Windows 3.1, Borland выпускает Turbo Pascal for Windows, а в 1992 - усовершенствованную версию этой системы программирования - Borland Pascal with Objects 7.0. Эти первые специализированные инструменты требовали основательного знания Windows и были сложны в освоении. Но вот в 1993 году Microsoft выпустила первую визуальную среду программирования Visual Basic, и программирование для Windows стало даже проще, чем программирование для MS-DOS. В ответ на это Borland в 1995 году выпустила первую версию Delphi, а затем, с интервалом в 1 год, - ещё 4 версии: 2, 3, 4, и 5. Наконец, в середине 2001года выпускается версия 6, т. е. почти через 2 года после выхода 5-й версии. Эту задержку можно объяснить тем, что параллельно с работой над новой версией Delphi шла разработка варианта Delphi для ОС Linux - эта система программирования вышла в феврале 2001 года и получила название Kylix. В результате 6-я версия Delphi имеет уникальную особенность: она способна создавать так называемые межплатформенные приложения, т. е. программы, которые одинаково успешно могут работать как под управлением Windows 32, так и под Linux.

До появления Kylix единственными средствами программирования для Linux были системы на языках C/C++, Basic, Fortran. Kylix, а следом за ней - Delphi 6, открываются богатейшие возможности VCL (вариант которой под Linux/Windows называется CLX - Borland Component Library for Cross-Platform Application) для разработки прикладных программ для Linux, что позволяет говорить об этой ОС как о потенциальном и весьма опасном конкуренте Windows.

Две другие особенности Delphi 6 также достойны особого упоминания: в ней сделаны дальнейшие шаги для поддержки Web-программирования (архитектура WebSnap) и разработаны драйверы и компоненты для максимально быстрой связи клиентских мест с некоторыми популярными промышленными серверами баз данных без BDE (компоненты страницы dbExpress).

Таким образом, основой идей Delphi 6 является обеспечение перехода от дорогих патентованных решений корпорации Microsoft к бесплатным (или почти бесплатным) решениям на базе Linux.