Разработка электронного учебника по курсу "Основы теории компьютеров". Раздел "Выполнение логических операций"

Схема для оценки эффективности структурирования:

Симметричность

Динамика

Статистика (количество понятий)

Наличие обязательных системных узлов

Для каждой области знаний существуют определенные научные нормы, которые устанавливает специалист в данной области знаний. Однако существуют общие для всех областей знаний критерии оценки с точки зрения структурирования материала.

Оценка симметричности

Оценка симметричности схемы основывается на том, что количество понятий и количество умений в равных категориях понятий и умений (структурный узел одной категории) должны примерно совпадать. Если возникает ассиметтрия, то получается, что, либо количество полученных знаний не обеспечивает соответствующие умения, либо полученные умения не подкреплены соответствующей теоретической базой. В качестве умения при рассмотрении теоретического материала может выступать умение воспроизводить (понимать) представленный материал и соответствующие теоретические материалы должны быть подкреплены соответствующим количеством заданий. То есть каждый структурный узел обязан содержать контрольное задание, проверяющее способность обучаемого воспроизвести материал, либо решить задачу с помощью представленного теоретического (методического) материала).

Оценка динамичности

Динамика роста структурных узлов для разных схем структурирования выглядит по разному, однако всегда должна быть положительной. Особое место занимает принцип последовательных ступеней, где вопрос динамики рассматривается отдельно.

Статистика структурных узлов и связей

Статистика структурных узлов и связей предполагает общее количество структурных узлов, применяемых при данной схеме структурирования области знаний. Однозначно невозможно установить четкую объективную связь между количеством структурных узлов данной области знаний и сложностью и полнотой курса обучения, основанного на данной области знаний. Математические области знаний имеют значительно большее количество структурных узлов, чем гуманитарные, однако гуманитарные имеют большую емкость содержания. Можно сделать предположение, что чем больше количество структурных узлов области знаний, тем более полное структурирование произведено автором. Но конкретное количество структурных узлов, ниже которого обучение становится неэффективным и ненаучным должен определять конкретный специалист в конкретной области знаний.

Другим моментом статистики является количество установленных связей между данным количеством структурных узлов. Этот показатель может быть более объективным и будет важно именно удельное количество связей, то есть количество связей, приходящееся на один структурный узел. При подсчете данной статистики можно учитывать не только основные, но и перекрестные связи.

Обязательные структурные узлы

Количество структурных узлов в пределах одной категории должно быть не менее, чем количество обязательных структурных узлов данной категории. В противном случае курс не считается проструктурированным. Определение обязательных структурных узлов входит в обязанность самого разработчика курса обучения, исходя из специфики области знаний, в которой он является специалистом. Важным моментом является масштаб проведенного структурирования области знаний. Оптимальным масштабом будет являться структура с количеством структурных узлов, соответствующему количеству обязательных структурных узлов разных категорий всей области знаний.

1.4 Изложение учебного материала

1.4.1 Принципы изложения материала

Принципы изложения учебного материала в условиях компьютерного обучения приобретает все большее значение по мере того как возрастают возможности компьютера в предъявлении и интерпретации разных типов разнообразной информации и углубляется понимание наиболее рационального использования мультимедийного предъявления информации.

Современный компьютер обладает большими возможностями в применении разнообразных типов информации. Это и текст, и чертежи, и графика, и анимация, и видео изображения, и звук, и музыкальное сопровождение. Эффективное использование различных типов предъявления информации с учетом психологических особенностей ее переработки позволяет значительно повысить эффективность учебного процесса.

Нередки примеры, когда разработчики обучающих программ механически переносят способ расположения текста на экран монитора, пренебрегают закономерностями психологии восприятия текста и рисунка, задавая темп изменения изображения, не учитывают, что разные учащиеся имеют неодинаковую смысловую скорость и требуют для переработки информации различные временные интервалы.

В связи с этим, следует предоставить учащимся возможность самим выбирать темп смены изображения, при этом учащийся должен иметь возможность в любое время повторно вывести на экран любую необходимую ему информацию.

При построении интерфейса обучающей системы необходимо учитывать достижения теории дизайна. Это прежде всего касается таких основных принципов теории живописи, как пропорция, порядок, акцент, единство и равновесие.

Принцип пропорции касается соотношения между размерами объектов и их размещением в пространстве. Организуя данные на экране дисплея, необходимо стремиться к тому, чтобы логически связанные данные были явно сгруппированы и отделены от других категорий данных. Функциональные зоны на дисплее должны разделяться с помощью пробелов и других средств: разные типы строк, ширина, уровень яркости, геометрическая форма, цвет. Для сокращения времени поиска табличные данные должны разделяться на блоки. Необходимо учитывать, что плоскость теплых цветов обычно кажется больше, чем холодных. Разбиение на блоки, использование пробелов, табуляции, ограничителей, а также варьирование яркости цвета групп данных - важнейшие средства упорядочения графической информации.

При размещении данных необходимо помнить о правиле «золотого сечения», в соответствии с которым объекты, которые привлекают внимание, лучше размещать в разных третях изображения, а не группировать в центре.

Порядок означает такую организацию объектов на экране дисплея, которая учитывает движение глаза. Установлено, что глаз, привычный к чтению, начинает движение обычно от левого верхнего угла и движется взад-вперед по экрану к правому нижнему. Поэтому начальная точка восприятия должна находиться в левом верхнем углу экрана, а списки для быстрого просмотра должны быть подогнаны к левому полю и выровнены вертикально.

Для облегчения восприятия разные классы информации должны специально кодироваться. Так, связанные, но разнесенные по экрану данные должны кодироваться одним цветом. Цвет можно использовать и для выделения заголовков, новых данных или данных, на которые следует немедленно обратить внимание. В целом организация данных на экране должна облегчать нахождение подобий, различий, тенденций и соотношений.

Акцент - это принцип выделения наиболее важного объекта, который должен быть воспринят в первую очередь. При соблюдении этого принципа взгляд учащегося привлекается к зоне акцента. Для создания такого акцента можно использовать разнообразные средства: размещение важных сообщений в центре поля, отделение их от остальной информации свободным пространством, применение яркого цвета.

Следует избегать излишних украшений, злоупотреблений цветом, избыточного кодирования и большого объема вводимой информации. Рекомендуется, например, использовать не более 90 % площади экрана.

Подсказки необходимо специально выделять с помощью цвета. Для них желательно отвести определенную зону экрана.

Необходимо выделять критическую информацию, необычные данные, элементы, требующие изменения, сообщения высокого приоритета, ошибки ввода, предупреждения о последствиях команды и т.п. Для того чтобы привлечь внимание учащихся к основному объекту, целесообразно использовать цветовое пятно: самым ярким цветом изображается основной объект, остальные его части - дополнительным. Если цветовая гамма строится без учета психологии восприятия рисунка, это затрудняет выделение главного, приводит к утомлению зрения.

Нужно учитывать, что светлые цвета на темном фоне кажутся приближенными к зрителю, а темные на светлом - удаленными. В тех случаях, когда речь идет об эвристических рекомендациях, цвет можно согласовывать с обычным изображением: красный - запрет, зеленый - рекомендация, желтый - предосторожность.

Принцип единства требует, чтобы элементы изображения выглядели взаимосвязанными, правильно соотносились по размеру, форме, цвету. С этой целью необходимо позаботиться об упорядочении организации данных. Они могут быть организованы последовательно, функционально, по значимости. При этом учащегося следует ознакомить с принципом расположения данных.

Следует позаботиться о том, чтобы идентичные данные были представлены унифицировано, а разноплановые - по-разному.

Для передачи разграничения нужно использовать контрастные цвета, а для передачи подобия - похожие, но различные. Представление информации должно быть унифицированным и логичным.

Для достижения единства изображения в целом используются рамки, оси, поля. Впечатление единства группы создает свободное пространство вокруг них, Считается, что уравновешенное изображение создает у пользователя ощущение стабильности и надежности, а неуравновешенное вызывает стресс.

Для правильного распределения визуальной тяжести на экране дисплея необходимо помнить, что любой хроматический цвет зрительно тяжелее, чем ахроматические - белый и черный; большие предметы зрительно тяжелее маленьких; черное тяжелее белого, неправильные формы тяжелее правильных.

Принцип равновесия (баланса) требует равномерного распределения оптической тяжести изображений. Поскольку одни объекты зрительно воспринимаются как более тяжелые, а другие как более легкие, необходимо распределять эту оптическую тяжесть равномерно по обеим сторонам изображения.

Информация не должна скапливаться на одной стороне экрана, логические группы информации должны продуманно размещаться в пространстве, заголовки хорошо центрироваться.

Несмотря на то что большинство учащихся воспринимает информацию на слух хуже, чем с помощью зрения, все же не следует игнорировать использование звука даже тогда, когда усвоение речевых навыков не является целью обучения. Однако при этом следует иметь в виду, что время переработки звуковой информации больше, чем зрительной, и многократное обращение к ней более затруднительно, чем к зрительной информации.

Для эффективного применения звука необходимо четко представить, с какой целью он используется, например, для лучшего усвоения произношения или чтобы обратить внимание на некоторые аспекты изучаемого материала, использовать его для активации познавательной деятельности учащихся, для стимулирования его внутреннего диалога. Звуковые реплики могут быть с успехом применены и с целью организации вспомогательного диалога.

В последнее время широко применяется музыкальное сопровождение зрительной информации. Основной функцией музыкального сопровождения является создание соответствующего эмоционального тона и поддержание внимания учащихся. Негромкая спокойная музыка поддерживает внимание, а музыка с резко выраженным ритмическим рисунком может переключать внимание лишь на музыку. Не следует стремиться к тому, чтобы музыка часто использовалась в обучении.

Создание хорошо спланированной и продуманной обучающей системы, которая отвечала бы всем психологическим и психопедагогическим требованиям, невозможно без учета этих принципов. Современное развитие компьютерных технологий снимает все больше и больше технических ограничений, позволяет глубже учитывать принципы дизайна и построения подобных систем. В ближайшем будущем можно ожидать появления обучающих компьютерных систем нового поколения, в которых описанные принципы изложения будут являться основополагающими.

1.4.2 Виды изложения материала

По виду представления учебного материала их можно разделить на три основных вида - в виде простого, мультимедийного или гипертекстового документов.

Системы на основе линейного текста

Представление материала в виде обычных документов, то есть линейного текста, подразумевает наличие некоторого текстового материала, разбитого на темы и страницы, может быть, содержащего некоторые рисунки. Ознакомление обучаемого с данным текстом идет в заранее определенной последовательности, которую он не может изменить. В лучшем случае подобная система предлагает вернуться на шаг назад или к начать обучение с самого начала.

Системы с подобной организацией данных обычно не предполагают каких-либо тестовых программ, а если таковые имеются, то все на что они способны, это вернуть обучаемого к предыдущей пройденной теме или выставить ему оценку за прочитанный материал. Именно прочитанный, а не изученный.

Как видно из вышеизложенного, системы подобного типа мало подходят для реализации сколько-нибудь серьезных задач обучения.

Мультимедийные обучающие системы

Мультимедийные обучающие системы позволяют гармонично объединить лекцию с демонстрацией учебного материала, практикум в виде компьютерного имитатора, тестирующую систему и все дополнительные материалы в едином интерактивном компьютерном учебнике. Мультимедийный учебник не просто разгружает преподавателя от каждодневных рутинных функций, но значительно повышает интерес обучаемых к предмету, ускоряет обучение и обеспечивает лучшее усвоение знаний. Но мультимедийные системы обучения требуют соответствующей аппаратной поддержки, занимают большие объемы памяти, что несколько ограничивает область их применения.

Системы на основе гипертекста

Третьей разновидностью обучающих систем являются гипертекстовые системы обучения.

Гипертекст как подход к управлению информацией отличается от других подходов (например, СУБД) тем, что основной вид деятельности пользователя при работе с ним состоит не столько в поиске нужной информации, сколько в ознакомлении с определенным предметом посредством просмотра ряда информационных фрагментов, связанных между собой по смыслу. Ознакомление осуществляется в определенной последовательности, обусловленной целями пользователя. Возможность варьирования последовательности ознакомления с содержанием гипертекста, в отличие от линейного текста, осуществляется за счет разбиения информации на фрагменты (темы) и установления между ними связей, как правило, позволяющих пользователю перейти от изучаемой в текущий момент темы к одной из нескольких связанных с ней тем. Очевидно, что большей гибкостью в смысле удовлетворения различных целей пользователей обладает гипертекст с большим количеством связей между темами.

Справочная система ОС Windows

Один из подходов состоит в создании структуры данных на основе справочной системы Windows. Этот подход имеет несколько очевидных плюсов, главный из которых - уже реализованная навигационная система, включающая в себя систему поиска по ключевым словам, автоматическое создание глоссария, возможность вывода документов на печать. Файлы справочной системы могут содержать как форматированный текст, так и графику, и анимацию. Однако, создание таких файлов требует специального программного обеспечения, с помощью которого производится процесс компиляции, сами файлы справки не могут бать изменены "на лету" - для этого требуется компилятор. Файлы справки не могут содержать программных элементов, справочная система не содержит какого-либо внутреннего языка для их создания. Но, взамен этого, существует средство, с помощью которого мы можем запускать исполняемые файлы, находящиеся на жестком диске локального компьютера. Присутствует также некоторая разъединенность текстового материала и обучающих (или тестирующих) программ.

Самым же главным минусом использования справочной системы Windows является невозможность ее модификации, невозможность изменения интерфейса. Окно просмотра учебника является встроенным в операционную систему объектом и возможности внести изменения в его навигационный механизм не предоставлено.

1.5 Обзор средств создания электронных обучающих систем

1.5.1 Пакет ГиперМетод

Система разработки Пакет ГиперМетод предназначена для:

инструмент для создания электронных каталогов;

учебников;

рекламных изданий на CD-дисках;

систем помощи и публикаций в Internet;

а также других мультимедиа приложений и электронных изданий.

ГиперМетод позволяет создавать красивые и сложные мультимедиа приложения, отвечающие самым современным стандартам, объединяя в одно целое звук, видео, рисунки, анимацию, текст и гипертекст.

С помощью этого пакета сделаны профессиональные мультимедиа продукты: образовательная энциклопедия "Русский музей. Живопись", справочник "Российский софт", диск "Ваша собака", мультимедиа учебник "Социальная компетентность", а также множество других электронных изданий, каталогов продукции, информационных систем.

Стандартный вариант пакета содержит всего два модуля - Монтажный Стол, предназначенный для общего дизайна и просмотра приложения и программу просмотра, представляющую собой тот же монтажный стол без элементов редактирования.

Профессиональный вариант пакета дополнен следующими модулями:

ассистент по связям - создает гипертекстовые связи автоматически по заданным разработчиком правилам;

ассистент по текстам - автоматически генерирует гипертексты из больших текстов;

ассистент по структуре - помогает проверять структуру разрабатываемого приложения;

ассистент по установке - автоматически создает дистрибутив мультимедиа CD ROM приложения.

Как видно из вышеизложенного, данный пакет более ориентирован на разработку мультимедиа-приложений, и не является специализированным средство для создания обучающих систем. Хотя в нем присутствуют некоторые возможности, которые необходимы при разработке обучающих систем, например, возможность анализа структуры, автоматическое генерирование гипертекстов и связей, но отсутствие таких вещей, как возможность вставки тестирующих программ и анализ их результатов делают эту систему непригодной для разработки качественной обучающей системы.

1.5.2 LinkWay

Разработчик IBM, операционная система - MS-DOS.

Система предназначена для:

разработка демонстрационных роликов по различным темам;

построение уроков в гипертекстовой манере;

организация персональной базы данных и настольной канцелярии;

управление внешними устройствами;

построение оболочки ОС или пакетов прикладных программ.

LinkWay позволяет осуществить дифференцированный подход к каждому обучаемому и моделировать достаточно широкий круг процессов. С помощью LinkWay можно реализовывать различные виды движения: демонстрация раскрывания лепестков цветка, изменение длин сторон треугольника в процессе изменения его углов, показ полета облаков на небе, показ различных регионов на карте разным цветом, изменение цвета заходящего на горизонте солнца или колебания маятника. Также присутствует возможность воспроизведения звуков и музыки.

Основным понятием системы LinkWay является фолдер - базовое рабочее пространство создаваемого в LinkWay приложения. Фолдеры можно соединять, линковать и т.д. Фолдеры делятся на страницы - экраны с содержащейся на них информацией. В каждом фолдере содержится базовая страница с общей информацией для всех страниц. Остальные страницы нумеруются по порядку. При визуализации страницы на экране монитора изображение текущей страницы накладывается на базовую страницу. Таким образом, элементы, общие для всех страниц, можно вынести на базовую страницу, и они автоматически будут присутствовать на всех страницах фолдера. Информация, которую содержат в себе страницы, представлена в форме объектов.

Различают следующие типы объектов: - картинка (graphics) - графическое изображение, занимающее прямоугольный участок экрана. Использование объектов этого типа позволяет сделать разрабатываемую программу более живой и привлекательной. Для задания этого объекта нужно указать место и размер окна, и полное имя файла с графическим изображением. - текстовое поле (field) - прямоугольная область экрана, содержащая информацию в текстовом виде. При создании объекта типа текст необходимо задать количество символов в строке, количество строк в тексте, шрифт и цвет символов. - кнопка (button) - объект, так же занимающий участок страницы, но в отличие от первых двух типов объектов, может не иметь визуального представления. Это позволяет создавать на странице невидимые кнопки. Кнопки могут также накладываться на картинки и тексты. Если кнопки не имеют собственных графических образов, то изображение объекта не измениться. При наложении объектов разных типов они проявляются или экранируют друг друга. Текстовые поля и кнопки являются прозрачными объектами. С их помощью можно организовывать работу с информацией в гипертекстовом режиме.

Объекты в LinkWay могут иметь имена: это полезно когда планируется реакция различных объектов на действия пользователя - можно вызывать объект по его имени.

В LinkWay имеется также набор графических примитивов: линий, ломаных, прямоугольников и т.д., которые можно использовать при оформлении программы.

К недостаткам данной авторской системы можно отнести следующие:

ориентированность системы на ОС MS-DOS;

крайне ограниченный набор объектов и визуальных эффектов;

бедная палитра цветов и графика низкого разрешения;

отсутствие стандартного интерфейса;

невозможность добавления новых элементов к уже существующим;

отсутствие поддержки TrueType шрифтов, как следствие, крайне маленький выбор стиля шрифта и его размера;

невозможность создания исполнимых модулей, которые могли бы работать независимо от наличия самой системы LinkWay.

1.5.3 Action

Разработчик системы Action - Asymetrix company. Системы ориентирована на ОС Win98/2000/XP.

Система предназначена для:

создание презентаций различной тематики;

подготовка демонстрационных и рекламных клипов;

разработка обучающих и контролирующих программ;

Action объектно-ориентированная среда, позволяющая соединять в одном продукте практически все объекты мультимедиа технологии. Как и в LinkWay, в Action есть возможность вставлять в программу статический текст, графические изображения, управляющие объекты - кнопки. Помимо этого добавлена возможность представления звука как объекта: им можно управлять точно также как и другими объектами, появился и новый тип объекта - анимационный. Это дало возможность резко увеличить эффективность создаваемых приложений, так как анимационные вставки оказывают на пользователя гораздо более выраженное воздействие, нежели просто статичная картинка или текст.

Одним из качественных изменений стало появление в Action системы реального времени. Если в LinkWay содержимое страницы представляло собой раз и на всегда застывшее скопление объектов, то в Action, объекты «живут» практически полноценной жизнью: появляются в какой-то момент времени, существуют определенное время, и также исчезают с экрана, когда приходит их время. Такой подход к созданию приложений позволяет придать им большей гибкости и динамизма. Благодаря ему стало возможным контролировать время ответа обучаемого, длину музыкального фрагмента, скорость появления изображения. Временная шкала (Timeline) позволяет легко контролировать и редактировать все временные характеристики объектов, наглядно представляя их в виде цветных полос различной длины.

По сравнению с LinkWay упрощена структура создаваемого приложения. Отсутствуют такие понятия как фолдер и базовая страница - вместо них используется понятие сцены - экран, существующий определенное время и содержащий различные объекты, каждый из которых также имеет свои временные рамки. Сцены могут сменять друг друга как последовательно, так и в заранее заданном порядке. Длина сцены может варьироваться в пределах от десятых долей секунды до нескольких часов, причем существует возможность зацикливать какой-то отрезок времени, что заставит сцену выполняться бесконечно, пока не будет получен сигнал или ответ от пользователя. Благодаря тому, что система Action разработана для использования под Windows, она обладает достаточно развитыми средствами для обработки графических изображений: добавлена поддержка графических режимов высокого разрешения, импорт графических файлов с расширениями .DIB, .BMP, .WMF, .PAL. Расширен набор звуковых форматов: добавлена возможность воспроизведения наборов команд MIDI и проигрывание компакт-дисков в формате CD Audio. Это позволяет более качественно озвучить создаваемую программу, что вплотную приближает ее к стандарту мультимедиа. Немаловажным моментом является наличие в среде Action довольно большого набора различных визуальных эффектов: это украшает разработанный проект, придает ему дополнительную привлекательность, и повышает общее качество продукта. Большим прогрессом на пути объектно-ориентированного программирования стало появление у объектов собственных свойств. Задавая различные свойства объектам одного типа можно получить два совершенно не похожих элемента. Благодаря этому дизайн и интерфейс создаваемых приложений поднялся на качественно новую ступень. Появилась возможность создавать дружественные и интуитивно-понятные интерфейсы.

Это является большим плюсом среды Action.

К минусам можно отнести следующее:

сильно увеличившаяся система всевозможных меню;

ограничение цветовой гаммы 256-ю цветами;

не предусмотрена возможность ввода информации пользователем;

отсутствие средств расширения существующих возможностей;

невозможность создания исполнимых модулей,

которые могли бы работать независимо от наличия самой среды Action;

электронный пособие студент образование

1.5.4 Multimedia ToolBook

Разработчик системы Action - Asymetrix company. Системы ориентирована на ОС Win98/2000/XP.

Система предназначена для:

создание диалоговых сопровождений;

реализация интерактивного обучения;

разработка документов представленных в нескольких средах (гиперсреда);

программирование баз данных и баз знаний.

Система ToolBook является еще более разветвленной, гибкой и мощной средой разработки приложений по сравнению с Action. Помимо возможностей, существующих в Action, в ToolBook добавлено множество новых возможностей, благодаря которым эта среда может с успехом применяться для создания профессиональных мультимедиа-приложений.

Здесь на более качественном уровне разработана поддержка графических режимов, звукового и музыкального сопровождения, видеоданных в различных форматах. Используя систему Multimedia ToolBook можно добиваться нестандартных графических и цветовых решений, благо палитра в 16,7 миллионов цветов и поддержка SVGA-режимов позволяет воплотить на экране любую фантазию. Стандартный набор поддерживаемых звуковых и музыкальных форматов WAVE и MIDI файлов, расширен и теперь позволяет также проигрывать компакт-диски стандарта CD Audio.

К новшествам обработки видеоизображения относится возможность использовать в разрабатываемых приложениях помимо стандартных AVI-файлов, видеозапись в форматах MOV и MPQ. Все это служит улучшению внешнего вида приложений, увеличению их функциональности, и, в конечном счете, к общему повышению качества разрабатываемых мультимедиа-приложений.

К очень полезным качествам системы Multimedia ToolBook относится реализованная в ней возможность создавать гипертекстовые приложения. Страницы таких приложений связаны через «горячие» слова и кнопки, что позволяет каждому читателю изучать некоторый предмет в темпе определенном его индивидуальными способностями. Достоинством любого гиперприложения является обеспечиваемый им гибкий информационный доступ. Контекстно-вызываемая информация, использование звука и видеоизображения позволяет гиперсреде расширить возможности информационного воздействия на читателя.

В ранее рассматриваемых средах и авторских системах существовали объекты того или иного типа, размещая которые на страницы создаваемого приложения можно было получать графические или текстовые кадры. По сравнению с ними система Multimedia ToolBook шагнула далеко вперед. В ней появилось понятие визуальной компоненты - стандартного объекта Windows'95 имеющего визуальное представление, набор изменяющихся свойств и способного воспринимать и реагировать на события, как внутренние, так и на события исходящие от пользователя. На самом деле это революционный шаг.

Как следствие, в среде Multimedia ToolBook присутствуют палитры компонент и обработчик событий. Первое понятие представляет собой панель, содержащую графическую интерпретацию компонент. Теперь даже не обязательно знать название каждой компоненты и искать ее название в длинных меню - достаточно выбрать ее изображение на палитре компонент и точно такая же появится на странице приложения. Такой подход является преобладающим в Multimedia ToolBook, кроме палитры компонент существуют палитра инструментов, цветовая палитра, графическая и некоторые другие. Обработчик событий представляет собой специфический модуль, в котором разработчик указывает каким образом тот или иной объект на странице будет реагировать на то или иное событие: исчезать или появляться, менять цвет или положение на экране, просто закрывать программу. Как уже было сказано, все это позволяет идейно обогатить создаваемые учебные и мультимедиа-приложения. К новым возможностям относится также и возможность создания прототипа будущего проекта. Прототип может быть простой оболочкой, которая приближенно отвечает идее проекта, или программным продуктом. Проектирование с использованием прототипов позволяет тестировать продукты на более ранних стадиях.

В системе Multimedia ToolBook присутствует встроенный язык описания сценариев OpenScript. Он необходим для интерпретации системой действий пользователя. На нем описываются возможные действия приложения, реакция на происходящие события. Кроме этого предусмотрено использование библиотек динамической компоновки (технология DLL) и стандарта DDE, который реализует коммуникационный протокол Windows'95 и обеспечивает интеграцию нескольких приложений. Это позволяет вызывать из написанных пользователем приложений любую другую программу, поддерживающую данный протокол, будь то Word, Excel или универсальный проигрыватель, обеспечивая тем самым интегрированность разрабатываемых приложений.

При наличие большого числа плюсов и новых возможностей трудно выделить недостатки продукта, которые в небольшом количестве, но все же присутствуют в Multimedia ToolBook:

сравнительно небольшой набор визуальных компонент - чуть более десяти (в Delphi для сравнения их почти полторы сотни);

неоправданно большое количество всевозможных меню, затрудняющих на первых порах работу с системой;

псевдообъектно-ориентированность среды Multimedia ToolBook, при которой объекты присутствуют, но не поддерживаются основные концепции объектно-ориентированного программирования.

1.5.5 Inprise Delphi

Разработчик системы - Borland International company. Системы ориентирована на ОС Win98/2000/XP.

Система предназначена для:

разработка многооконных пользовательских приложений;

создание многофункциональных систем общего назначения;

проектирование баз данных любой сложности и средств управления БД;

разработка систем обработки текстовой, графической, видеоинформации и звука;

создание графической операционной оболочки;

написание прикладных программ и библиотек динамической компоновки;

создание одно- и многопользовательских интерфейсов;

разработка сетевых приложений;

разработка мультимедийных приложений и средств разработки мультимедийных приложений;

написание программ с использованием средств Internet;

и многое другое.

Сравнивая Delphi с вышеописанными системами LinkWay, Action, Multimedia ToolBook нужно признать, что такое сравнение не совсем правомерно. Дело в том, что вышеперечисленные системы являются авторскими, то есть созданы для людей, незнакомых глубоко с программированием на каком бы то не было языке, и разрабатывающих при этом работоспособные приложения.

Delphi - это система программирования, базирующаяся на языке программирования (Object Pascal), имеющая свой редактор, компилятор и отладчик. Написание приложения на Delphi сводится к компоновке на экране объектов, имеющих определенную графическую интерпретацию, и подключению строк кода, как и в программе на любом другом языке. Другими словами, Delphi просто реализует визуальную концепцию программирования. Поэтому этот сравнительный анализ не совсем правомерным.

Однако вместе с тем, система Delphi предназначена для тех же целей (или может использоваться в тех же целях) что программирования и рассмотренные авторские системы. Назначение и визуальная концепция программирования - то, что объединяет такие среды как LinkWay, Action, Multimedia ToolBook с Delphi.

В течение многих лет людей занимающихся разработкой приложений устраивали традиционные средства программирования, включающие редактор, компилятор и отладчик. Windows-ориентированные системы разработки, такие как Action, Multimedia ToolBook добавили к этому набору визуальные методы создания интерфейса программ и автоматическую генерацию соответствующего программного кода. Delphi, вобрав в себя все эти черты, идет еще дальше. Например, интерфейс прикладного программирования (API) позволяет писать такие утилиты, которые включаются в интегрированную среду разработки Delphi.

Многие языки и среды разработки приложений являются псевдообъектно-ориентированными - они используют объекты и методы, но не поддерживают основные концепции объектно-ориентированного программирования, таких как инкапсуляция, наследование и полиморфизм. Delphi - это объектно-ориентированный язык, который позволяет объединять данные и код в один класс, создавать дочерние классы и обращаться с классами-потомками, как с родительскими классами.

Компоненты хранятся в библиотеке компонентов, содержащей все объекты, необходимые для создания полноценных программ, использующих интерфейс Windows.

Объектно-ориентированная природа Delphi делает библиотеку компонентов гибкой. Если объекту требуется дополнительная функциональность либо требуется модифицировать поведение компонента, можно наследовать новый компонент из того, который уже храниться в библиотеке, и добавить ему новых свойств. Теперь, когда программирование стало заключаться в простом манипулировании компонентами и объектами, появляются шаблоны, которые даже эту задачу делают тривиальной. Delphi оперирует четырьмя типами шаблонов: формами, приложениями, компонентами и кодами. Шаблоны формы, приложения и компонента дают возможность повторно использовать созданные ранее коллекции объектов либо в отдельных программах, либо в качестве основы для новой программы. Шаблон кода - это новое средство, которое значительно уменьшает потребности во вводе повторяющихся фрагментов кода.

У Delphi есть еще одно приятное отличие. Многие системы разработки приложений для Windows либо вовсе не генерируют исполняемый код, либо р-код, который не может быть выполнен процессором без дополнительной трансляции во время работы самой программы, что существенно снижает производительность компьютера. Преобразование графических файлов замедляет работу процессора. Delphi же использует компилятор и компоновщик и генерирует стопроцентный машинный код. Такая реализация лишена непроизводительных затрат, что особенно важно для масштабных мультимедийных программ, которые требуют наличия высокопроизводительных систем.

Использование стопроцентной компиляции дает еще одно преимущество, заключающееся в создании библиотек динамической компоновки (DDL), которые могут содержать любые компоненты из библиотеки компонентов. Затем эти библиотеки можно использовать в собственных приложениях Delphi или распространять как независимые компоненты для других программ.

При разработке на других языках программирования приходится сталкиваться с необходимостью обработки ошибок и защиты ресурсов. Прежний подход к решению этих задач состоял в выполнении функции с последующим анализом результата. В случае получения кода успешного завершения операции выполнялись некоторые действия и вновь анализировался результат. Этот процесс продолжался до тех пор, пока не исчерпывался исходный код программы. Delphi искусно справляется с проблемой обнаружения ошибок благодаря реализации концепции исключительных ситуаций. Вместо того чтобы работать в предположении, что каждый шаг может привести к сбою, потенциальное выявление которого требует соответствующего тестирования, Delphi позволяет писать программу, исходя из успешного выполнения всех ее операторов. В случае возникновения отказа Delphi вызывает исключительную ситуацию, которая перехватывается одним-единственным обработчиком исключительных ситуаций. Такой подход позволяет программе достойно справится с ошибкой, причем от разработчика в этом случае требуются минимальные усилия.

1.6 Основные этапы разработки электронных обучающих программ

Создание любого компьютерного приложения, а особенно обучающих мультимедиа-систем, сегодня не мыслится без тщательно продуманного плана разработки. В настоящее время существует хорошо отработанная методология создания компьютерных обучающих систем. Как и всякая методология проектирования, она включает целый ряд последовательных этапов. Каждый из них обладает определенными временными рамками, исчисляемыми в процентах от общего времени разработки приложения. Рассмотрим эти этапы и цели, которые на них реализуются:

1 этап: техническое предложение, сделанное на основе учебных потребностей и целей обучения - на этом этапе подвергается анализу ситуация с использованием компьютерных обучающих систем, сложившаяся в образовании. В настоящее время на рынке компьютерных обучающих систем появилось множество программных продуктов довольно высокого качества, предназначенных для применения в процессе обучения. Они выпускаются как отечественными, так и (в большинстве) зарубежными производителями.

2 этап: планирование разработки, решение вопросов об установке сроков, финансирования и составе группы разработчики - здесь устанавливаются сроки реализации отдельных этапов разработки и всего продукта в целом, назначается конечная дата его выпуска. В дальнейшем, составленный график позволяет гибко реагировать на возникающие в процессе разработки трудности, контролировать отставание или опережение, подключать или высвобождать ресурсы и перераспределять их между отдельными стадиями разработки.

Вопрос о финансировании проекта является одним из самых важных в процессе создания любого программного продукта.

Состав группы разработчиков определяется, исходя из тематической направленности разрабатываемого приложения, но в целом состав таких групп более или менее стабилен. Сюда обязательно входят сценаристы, психологи, дизайнеры, художники и специалисты по компьютерной анимации, композиторы и музыканты, оцифровщики звука и видеоизображения, артисты и звукоинженеры, фотографы и редакторы, продюсеры и переводчики, команда контроля качества и контроля совместимости, тестеры, юристы, координаторы, всевозможные ассистенты и конечно программисты. Каждый из них является специалистом в своей области и отвечает за выполнение определенного участка работ.

Группа разработки данного электронного учебника состоит из четырех человек: руководитель и идейный вдохновитель - профессор, д.т.н. кафедры «Компьютерных систем и технологий» МИФИ - Чуканов Всеволод Озирисович. Программист и ответственный за непосредственную реализацию части учебника, посвященной «Логическим основам»- Богданова Дарья Викторовна. Ответственные за реализацию части учебника по «Арифметическим основам»: Ведерникова Мария Александровна, Василькова Екатерина Вячеславовна.

3 этап: разработка содержания курса - на этом этапе проводится анализ учебного плана и состав слушателей, происходит определение стратегии курса, разрабатывается сценарий и интерактивное взаимодействие программы с пользователями.

Разрабатываемый электронный учебник предназначен для самостоятельной работы студентов младших курсов по изучению логических основ теории компьютеров в рамках университетского курса. Его создание имеет своей целью предоставить студентам, изучающим курс весь теоретический материал, предусмотренный программой курса, а также практические задания и контрольные вопросы для самопроверки.

Мною был проведен анализ теоретического материала по «Основам теории компьютеров», раздел «Логические основы» с целью определения степени пригодности предлагаемого теоретического материала к компьютерной реализации в виде электронного учебника и эффективности такой реализации.

В ходе анализа было выявлено, что данный теоретический материал пригоден к компьютерной реализации и может быть эффективно представлен в виде электронного учебника. Этот вывод основывается на том, что этот теоретический материал четко структурирован, имеет резко выраженную практическую направленность и предоставляет студентам большой простор для самостоятельной работы.

4 этап: описание курса - здесь приводится описание всех информационных фрагментов курса: текстовых, анимационных, звуковых и видео.

Предлагаемый компьютерный учебник разбит на несколько законченных взаимосвязанных фрагментов, каждый из которых обладает определенной функцией и визуально представлен отдельным модулем. В дальнейшем будем называть их блоками. Итак, в учебнике существуют следующие блоки:

- блок регистрации - выполняет функцию регистрации студентов пользовавшихся электронным учебником. Это необходимо для того, чтобы программа могла по окончанию сеанса обучения сформировать ведомость, в которой будут перечисленны студенты, работавшие с учебником и их успехи в этой работе;

- блок изучения теоретического материала - здесь студентам предлагается теоретический материал по изучаемой теме, разбитый на главы и экраны. Встроенные средства навигации позволят им свободно перемещаться по всему материалу учебника и находить интересующую их информацию;

- блок примеров решенных заданий, - где студенты смогут увидеть способы решения практических заданий по данной теме, для того чтобы решать аналогичные примеры в своей самостоятельной работе;

- блок контрольных вопросов и задач, - который содержит набор вопросов по пройденной теме, по окончанию обучения студенты должны будут знать ответы на все вопросы, им также придется решить несколько практических заданий и на основе полученных ответов система сможет оценить успешность обучения;

- блок заданий для самостоятельной работы - это набор заданий рекомендуемых студентам для самостоятельного решения с целью закрепления теоретического материала и практических навыков решения.

5 этап: реализация курса - на этом этапе происходит выбор технико-программных платформ и непосредственно программирование с помощью выбранной авторской системы или системы программирования.

О том, как проходил анализ и каковы его результаты подробно описано в следующих параграфах.

6 этап: опробование и тестирование - на этом этапе начинается испытание разработанного приложения, проводится серия тестов с целью выявить ошибки программирования. Проект еще далек от завершения, но «экспериментальный» образец уже готов. После ряда проверок на аппаратную совместимость команда контроля за качеством выносит свое заключение и предлагает перечень недочетов замеченных в ходе испытаний, которые предстоит исправить разработчикам. И так повторяется несколько раз, пока не получится окончательная версия продукта, лишенная, в большей или меньшей степени, недочетов и ошибок.

Все это в большой степени применимо и к предлагаемому электронному учебнику. В процессе его создания приходилось не раз вносить изменения и дополнения как в сам код программы, так и в оформление меню и интерфейса. Процесс этот довольно продолжителен и не может считаться оконченным даже сейчас, потому что создание полноценной системы происходит в течение нескольких итерационных модификаций и адаптаций. Но в целом продукт можно считать готовым к практическому использованию в процессе обучения.

7 этап: эксплуатация и внедрение - на этом этапе происходит внедрение полностью законченной компьютерной системы обучения в образовательные учреждения. Разрабатывается план занятий с использованием этой системы и начинается ее эксплуатация.

Применительно к предлагаемому компьютерному учебнику можно сказать, что он разрабатывался для использования студентами младших курсов кафедры «Компьютерные системы и технологии» МИФИ. Но этим диапазон его применения не исчерпывается. Помимо указанных студентом им могут пользоваться и студенты других отделений имеющих сходные учебные планы, студенты заочного отделения.

Очень полезным и целесообразным видеться применение учебника для проведения практических тестов и зачетов, а также подготовке к экзаменам - его блок контрольных вопросов и практических заданий как нельзя лучше подходит для этой цели. Помимо своего прямого назначения компьютерный учебник может оказаться полезным при изучении основ программирования под Windows, изучении авторских систем программирования, в виде наглядного примера при построении собственных обучающих систем.

1.7 Проверка и оценка знаний

При организации обратной связи и оценке качества обучения в электронной обучающей системе необходимо организовать рейтинговую систему оценки знаний. Каждому структурному узлу, входящему в электронную обучающую систему присваивается определенное количество баллов, которые учащийся получает, изучив структурный узел и выполнив задания, содержащиеся в нем.

Равномерная схема

При определении рейтинга того или иного электронного учебника достаточно воспроизвести формулу формирования формальных имен электронной обучающей системы для соответствующего способа структуризации и нормировать данную формулу к определенной величине, скажем к 100. Это удобно, так как за 100 соответственно можно принять количество процентов.

ОЗ - область знаний

i=n j=m

ОЗ = У А_i У B_j, где n - количество узлов первой категории, m - второй

i=1 j=0

i=n, k=n j=m

ОЗ = У А_i А_k У B_j, где n - кол-во узлов первой категории, m - второй = 100

i=1, k=1 j=0

j=m

ОЗ = А У B_j, где m - количество узлов второй категории

j=0

Для любой схемы структурирования величина ОЗ = 100. Таким образом, если ученик усвоил все понятия данной ОЗ, то он получает рейтинговую оценку 100, Это - простейшая схема. Недостатки данной рейтинговой системы в том, что рейтинг равномерно распределяется между всеми категориями структурных узлов ОЗ, тогда как они могу быть неоднородны по сложности усвоения.

Номер СУ	1	2	3	4	5
Категория СУ	баллы
A	1.33	1.33	1.33	1.33	1.33
B	1.33	1.33	1.33	1.33	1.33
C	1.33	1.33	1.33	1.33	1.33
D	1.33	1.33	1.33	1.33	1.33
E	1.33	1.33	1.33	1.33	1.33
ИТОГО	6.65	6.65	6.65	6.65	6.65
Норма 100

Дифференцированная схема

Каждому типу структурных узлов присваивается свой рейтинг.

Категория СУ	A	B	C	D	E
Номер СУ	баллы
1	5	4	1.5	3	10
2	5	4	1.5	3	10
3	5	4	1.5	3	10
4	5	4	1.5	3	10
5	5	4	1.5	3	10
ИТОГО	25	20	7.5	15	50
Норма 100

Индивидуальная схема

Каждому структурному узлу в данной схеме присваивается определенный рейтинг, однако все равно удобнее нормировать общий рейтинг всего курса к цифре 100. Количественное выражение рейтинга в этом случае, по прошедшему материалу будет выражать процент усвоенного от общего материала курса (области знаний).

Номер СУ	1	2	3	4	5
Категория СУ	баллы
A	6	4.16	4	2.5	1
B	4	4.16	3	4	2
C	5	3.16	2	2.5	2
D	5	4.16	3	2.5	3
E	5	5.16	3	1	2
ИТОГО	25	20.8	15	12.5	10
Норма 100

Нормирование

Вопросы нормирования рейтинга важны постольку, поскольку нормирование имеет практическую ценность для следующих целей:

- количество баллов, набранных учащимся соответствует проценту усвоенного материала. Соответственно, проверяющий может на любом этапе обучения наблюдать за скоростью усвоения материала и за полнотой его усвоения в конечном счете. При нормировании достаточно просто устанавливать систему оценок, например - от 90 до 100% усвоенного материала - 5,от 70 до 90 - 4,от 50 до 70 - 3 балла.

- Нормирование позволяет в дальнейшем корректировать уровень сложности материала и адаптировать его к образовательному процессу, объективно анализируя объемы усвоенного материала. Если материал усваивается достаточно быстро и все ученики достигают 100% результата - необходимо увеличить количество структурных узлов, и наоборот.

- Нормирование позволяет унифицировать систему рейтинговой оценки курсов и позволяет объективно оценить процесс обучения. Единая оценочная система позволит быстро анализировать ,каким образом идет процесс обучения, наблюдать за его скоростью и качеством

Присвоив рейтинговое значение каждому СУ необходимо сформировать критерий присвоения баллов обучаемому на основе содержащихся в данном СУ вопросов и заданий. Этот критерий сугубо индивидуален. Например, выполнив 70% заданий, обучаемый получает балл, указаный в рейтинге. В зависимости от уровня подготовки учащихся можно менять планку оценки.

1.8 Основные определения теории цифровых автоматов

Функции алгебры - логики - это функции вида F = F(x₁, x₂ … x_n), где x_i= 0 … 1, i = 1…n, F = 0…1.

Любую ФАЛ можно представить с помощью неогранниченного количества элементарно-простых функций.

Совокупность элементарных функций F₁ F₂ …Fn, с помощью которых можно описать любую ФАЛ, образуют функционально - полную систему (логический базис).

Элементарная конъюнкция - это конъюнкция, в которой любая переменная представлена один раз (в виде самой переменной или ее отрицания).

Элементарная дизъюнкция - это дизъюнкция, в которой любая переменная представлена один раз (в виде самой переменной или ее отрицания).

Представление ФАЛ в базисе «И», «ИЛИ», «НЕ» - это представление в нормальных формах.

Дизъюктивная нормальная форма (ДНФ) - это есть дизъюнкция элементарных конъюнкций

F_ДНФ = К₁ К₂ … К_m , где К_i - элементарная конъюнкция.

Конъюктивная нормальная форма (КНФ) - это есть конъюнкция элементарных дизъюнкций

F_КНФ = D₁ D₂ … D_m , где D_i - элементарная дизъюнкция.

Любую ФАЛ можно представить в виде ДНФ или КНФ.

Представление в нормальных формах имеет один существенный недостаток - неоднозначность представления. Существуют совершенные нормальные формы. В совершенных ДНФ и совершенных КНФ функции представляются однозначно.

1.9 Основные методы теории цифровых автоматов

1.9.1 Методы представления ФАЛ в совершенной нормальной форме (получение СКНФ, СДНФ)

В любой ФАЛ существует только одна совершенная нормальная форма (СДНФ или СКНФ).

Совершенные ДНФ - функции от n аргументов, есть ДНФ, удовлетворяющие двум условиям: