Размещено на http://www.allbest.ru/

Специальные обучающие курсы по повышению компьютерной грамотности

АННОТАЦИЯ

компьютерный обучающий программа

Целью выпускной квалификационной работы является создание автоматизированную обучающую систему по дисциплине «Компьютерной грамотности» для студентов ВУЗов. В работе разработана автоматизированная обучающая система, а также протестировано, чтобы провести эксперименты исключительных ситуаций. Основные коды программы разработано на языке программирование C#.

ВВЕДЕНИЕ

Постоянное увеличение объема информации и ограниченность учебного времени обуславливают необходимость интенсификации обучения, разработки и внедрения нетрадиционных технологий, базирующихся на использовании вычислительной техники с применением активных методов обучения во всем их разнообразии и комплексности. Реализация активных методов обучения - одна из основных задач дидактики, которая предполагает активизацию всего процесса, выявление системы, способов, приемов, способствующих повышению активности обучаемых через формирование положительной мотивационной структуры учебно-познавательной деятельности [12].

Лекционно-семинарная форма обучения давно потеряла свою эффективность - практика доказала, что почти 50% учебного времени тратится впустую. Изучая зарубежный опыт, можно выделить следующий важный аспект: преподаватель выступает не в роли распространителя информации (как это традиционно принято), а в роли консультанта, советчика, иногда даже коллеги обучаемого [9].

Это дает некоторые положительные моменты: студенты активно участвуют в процессе обучения, приучаются мыслить самостоятельно, выдвигать свои точки зрения, моделировать реальные ситуации.

Развитие информационных технологий предоставило новую, уникальную возможность проведения занятий с внедрением автоматизированных обучающих систем по дисциплинам в вузах. Она, во-первых, позволяет самому обучаемому выбрать и время и место для обучения, во-вторых, дает возможность использовать в обучении новые информационные технологии, в-четвертых, в определенной степени сокращает расходы на обучение. С другой стороны, внедрение в образование новых автоматизированных обучающих систем усиливает возможности индивидуализации обучения [11].

Достоинствами автоматизированных обучающих систем (АОС), являются: во-первых, их мобильность, во-вторых, доступность связи с развитием компьютерных сетей, в-третьих, адекватность уровню развития современных научных знаний. С другой стороны, создание АОС способствует также решению и такой проблемы, как постоянное обновление информационного материала. В них также может содержаться большое количество упражнений и примеров, подробно иллюстрироваться в динамике различные виды информации. Кроме того, при помощи АОС осуществляется контроль знаний - компьютерное тестирование [15].

В настоящее время традиционные подходы в области преподавания информатики и программирования в вузе не способны отследить быстроменяющуюся действительность в области информационных технологий, связанную с бурным развитием вычислительной техники, операционных систем, парадигм программирования, организацией, анализом, представлением информации и обеспечением доступа к ней, в том числе и в сетях.

Выход из создавшегося положения видится в несколько иной расстановке акцентов, как на принципы обучения, так и на сам процесс и условия обучения, позволяющие не только и не столько учить в прямом смысле этого слова, сколько помогать учиться, организовать процесс обучения так, чтобы развивались не только практические навыки в области информатики и программирования, но и соответствующее мировоззрение и творческий потенциал, позволяющие будущему специалисту с минимальными затратами осуществлять доступ к требуемым информационным ресурсам (в том числе и мировым), самостоятельно адаптироваться к действительности, определяемой появлением новых парадигм, сред и инструментальных средств [13].

Цель: создать автоматизированную обучающую систему по дисциплине «Компьютерной грамотности» для студентов ВУЗов.

Задачи:

1. Изучить и проанализировать предметную область.

2. Изучить и сравнить программы-аналоги.

3. Обобщить и систематизировать материал для автоматизированной обучающей системы.

4. Написать техническое задание к проекту.

5. Разработать автоматизированную обучающую систему, протестировать, провести эксперименты исключительных ситуаций.

6. Провести экономический анализ эффективности проектного решения.

Источниками информации при написании выпускной квалификационной работы служили учебные пособия для вузов, нормативные документы, электронные ресурсы сети Интернет.

Методы исследования:

1. Метод математического моделирования.

2. Монографический метод.

3. Метод экономического анализа.

4. Экспериментальный метод.

5. Аналитический метод.

6. Синтетический метод.

1. ОБЗОР ОБУЧАЮЩИХ ПРОГРАММ В КОМПЬЮТЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЯХ

1.1 Анализ литературных источников и сайтов Интернета

Классификация обучающих программ

Существует множество различных подходов к классификации обучающих компьютерных программ, но единого мнения и соответственно общей классификации нет. В [1] предлагается 2 классификации:

1. основывается на целях и задачах обучающих программ или режимах использования автоматизированных обучающих систем:

а) иллюстрирующие;

б) консультирующие;

в) операционная среда;

г) тренажеры;

д) обучающий контроль.

2. основывается на анализе и обобщении различных классификаций:

а) тренировочные;

б) наставнические;

в) проблемного обучения;

г) имитационные и моделирующие;

д) игровые.

Формами обучающих программ являются:

- Электронный учебник (ЭУ)

- Автоматизированная обучающая система (АОС)

- Тестирующая программа

Электронный учебник

Электронный учебник (ЭУ) - компьютерное педагогическое программное средство, предназначенное для предъявления новой информации, дополняющей печатные издания, служащее для индивидуального и индивидуализированного обучения и позволяющее в ограниченной мере тестировать полученные знания и умения обучаемого.

ЭУ может быть открытой или частично открытой системой, т.е. позволяет внести изменения в содержание и структуру, что требуется для адаптации ЭУ к конкретному ВУЗу. Модификация ЭУ должна быть разрешена только опытному преподавателю, чтобы не нарушалась общая структура и содержание. Для ограничения от несанкционированного изменения должен применяться пароль.

Некоторые элементы ЭУ:

1. Минимум текстовой информации. Существенное значение имеет размер, начертание шрифта, выделение слов или фраз цветом.

2. Большое количество иллюстративного материала.

3. Видеофрагменты, позволяющие передать в динамике процессы и явления.

4. Аудиофрагменты.

5. Гиперссылки по элементам ЭУ, ссылки на другие ЭУ и справочники, желательно содержание с быстрым переходом на нужную страницу.

6. Запуск других компьютерных программ для показа примеров, тестирования и др.

7. Возможность делать закладки в любом месте, отображать список закладок, отсортировав их в любом порядке.

8. Список рекомендованной литературы, включающий имеющиеся в библиотеке издания, ссылки на статьи в журналах, сборники научных конференций, электронные публикации, размещенные на серверах ВУЗа или в Internet.

ЭУ, обладающий мультимедийными и интерактивными возможностями, помогает усвоить большой по объёму и сложный материал, предъявляет необходимую информацию по запросу обучаемого, что приближает к обучению под руководством преподавателя. Постепенно расширяется круг вопросов, которые ставит ЭУ перед обучающимся, и которые можно задать программе.

При разработке ЭУ, также как и других обучающих программ, необходимо соблюдать психологические принципы взаимодействия человек-компьютер. Нарушение может увеличить время на обучение, снизить мотивацию к учению и др. Применение ЭУ целесообразно только в комплексе с другими обучающими системами, дополняя печатные издания.

ЭУ часто ставится в один ряд с АОС, но их нельзя полностью отождествлять.

Диалог компьютера и студента. автоматизированная обучающая программа

Автоматизированная обучающая система (АОС) - компьютерное педагогическое программное средство, предназначенное для предъявления новой информации, усвоения навыков и умений, промежуточного и итогового тестирования (экзаменования), обладающее развитой системой помощи, как по самой обучающей программе, так и по изучаемому предмету, обладающее возможностью поднастройки к обучаемому (его уровню знаний, скорости и пути продвижения по изучаемому материалу и т.д.), обладающее развитой системой сбора и обработки статистической информации о каждом отдельном обучаемом, группе и потоке обучаемых, накапливающее информацию о часто встречающихся ошибках при работе с обучающей системой и ошибках по изучаемой теме или дисциплине.

При разработке АОС необходимо решать комплекс проблем , включающих учебно-методические, психологические, организационные, технические, экономические аспекты, тесно связанные между собой. Подробно рассмотрены в [2] .

АОС может представлять собой:

· одну управляющую программу, в которой реализованы все возможности АОС;

· комплекс взаимосвязанных программ-модулей, каждую из которых допускается использовать отдельно или запускать из единой интегрирующей оболочки.

АОС должна включать:

· информационные файлы, содержащие текстовую, графическую и др. информацию, используемую для предъявления в качестве новых порций знаний, файлы примеров, демонстраций, тестовых вопросов и заданий, ответов и т.д.

· сценарий учебного процесса, базу данных студентов с сохранением пройденных тем, результатов тестирования и экзаменования.

· базу данных нестандартных ответов и решений студентов, сохранение информации о сбоях системы и неадекватных ответах АОС на вопросы, анализ которых поможет совершенствовать АОС.

Отличия АОС от других видов компьютерных обучающих программ:

· развитый, интерактивный диалог между компьютерной системой и обучаемым;

· дидактические и психологические аспекты взаимодействия "человек - компьютер";

· органичное сочетание технических, учебно-методических, программных и организационных обеспечений на базе компьютерных технологий и средств, предназначенных для индивидуализации обучения.

Этапы процесса передачи информации обучаемому:

1. привлечь внимание обучаемого к передаче новой порции информации.

2. заинтересовать обучаемого в необходимости воспринимать ее.

3. поддерживать заинтересованность, чтобы у обучаемого появилось устойчивое желание получать новые порции знания по предлагаемому и смежным вопросам и дисциплинам, сформировать у обучаемого внутреннюю потребность в совершенствовании своих навыков и умений.

Существующие обучающие программы, выпускаемые многими известными компьютерными фирмами, являются ЭУ. Их нельзя использовать в реальном учебном процессе, но для самостоятельного обучения в комплексе с традиционными методиками, их применять можно и нужно.

Стратегия информатизации образования в государство

По [3] низкие темпы информатизации образования в республики обусловлены, в первую очередь, отсутствием мультимедийных учебников, соответствующих принятым образовательным стандартам, вписывающихся в учебную программу и пригодных для использования в образовательных учреждениях.

Анализ объемов продаж показывает, что обычное семьи готовы приобретать качественные мультимедийных обучающие программы.

Отсутствие мультимедийных учебников есть следствие отсутствия программно-технологических комплексов для массового создания компьютерных обучающих программ. Многие программы создаются гипертекстовыми HTML системами и, в итоге, дискредитируют идею повышения эффективности обучения с помощью ПК, т.к. в них вся основная теоретическая часть изложена в текстовом виде, только частично использованы мультимедийные возможности.

Необходимо:

· классифицировать ЭУ по системным характеристикам;

· разработать технические условия, обеспечивающие высокий уровень обучающих программ и их функциональных возможностей;

· разработать систему гибких стандартов по интерфейсу, по протоколам обмена данными, чтобы в любом образовательном учреждении могли быть использованы ЭУ, созданные в различных авторских коллективах.

Концепция создания ЭУ на основе универсальных пакетов типа MacromediaDirector или HyperMethod является тупиковой, несмотря на возможность создания преподавателем собственного ЭУ. Возникает большое количество сложных технологических проблем. Обеспечить качество и технологичность создания ЭУ в состоянии только коллектив профессионалов.

В перспективе, через Internet-канал необходимо организовывать управление учебным процессом - текущий контроль, консультирование, тестирование и т.д.

Обучающие программы

Издательство "ММТ и ДО". Электронные учебники серии teachpro

ООО "Мультимедиа Технологии и Дистанционное Обучение" (ММТ и ДО) специализируется в создании мультимедийных обучающих программ. Создано более 80 наименований CD ROM-учебников.

Одно из наиболее перспективных направлений для "ММТ и ДО" - создание ЭУ серии TeachPro. TeachPro - универсальный программно-технологический комплекс, оболочка и набор инструментальных, программных средств, обеспечивающих возможности создания в кратчайшие сроки мультимедийных ЭУ на CD-ROM практически по любым дисциплинам, по школьной и вузовской программе, пригодных для занятий в классах, самоподготовки, повышения квалификации. Это учебники и "решебники" по иностранным языкам, компьютерной грамотности, математике, физике, химии и др. Подробно в [3].

В курсах TeachPro реализован наиболее эффективный способ преподавания - наглядная демонстрация и одновременное объяснение. Обучаемый видит на экране фильм с высококачественным изображением, сопровождаемый пояснениями преподавателя. Для демонстрации используются серия статических слайдов, анимационные фильмы, имитация доски с цветными фломастерами, на которой преподаватель рисует схемы, формулы, тексты и т.п.

Другое направление деятельности "ММТ и ДО" - создание сетевых мультимедийных обучающих программ TeachPro, предназначенных для использования в локальных сетях при групповом компьютерном обучении по принципу "клиент-сервер". Сетевые обучающие программы снабжаются системой контроля и координации процесса обучения, которая позволяет оперативно отслеживать успеваемость каждого студента, устанавливать индивидуальные уровни сложности, тестировать, принимать зачеты и экзамены.

Достоинства учебников "ММТ и ДО":

· большой объем озвученного учебного материала на одном CD-ROM - 40-60 часов лекций, что сопоставимо с книгой более 1000 страниц.

· соответствие современным требованиям к обучающим программам - интерактивность, контроль пройденного материала, тестирование и оценка знаний;

· возможность использования курсов, как в учебных заведениях, так и для самостоятельного обучения, а также в системах дистанционного обучения;

· развернутая тестовая система по 4-5 тысяч вопросов для каждого;

· возможность издавать или распечатывать твердые копии учебников.

ЭУ создаются коллективом специалистов по предметной области и коллективом программистов, методистов и технологов "ММТ и ДО". Участники проекта: руководитель проекта, автор-предметник, его ассистент, 2-3 оператора по обработке данных (дизайн, анимация, обработка и архивация данных). Качество ЭУ многократно возрастает за счёт выполнения всех технологических процедур на профессиональном уровне. В зависимости от сложности и насыщенности материала разрабатываемого курса требуется примерно 3-4 месяца.

Обучающие программы на рынке CD

Статья [4] посвящена обзору обучающих компакт-дисков. В ней рассмотрены:

1. Практический курс Internet Explorer 5.0. Издатель "Кирилл и Мефодий".

2. 1C:Репетитор. Русский язык. Издатель 1C.

3. Решебник по математике. Издатель Руссобит-М.

4. Химия общая и неорганическая. Издатель Республиканский мультимедиа центр.

5. Общая биология. Издатель Росучприбор.

6. TeachPro Win&Office 2000. Издатель "ММТ и ДО"

7. Практический курс Outlook Express. Издатель "Кирилл и Мефодий".

8. Adobe Photoshop: Шаг за шагом. Издатель Руссобит-М.

9. Диктант. Репетитор русского языка. Издатель Равновесие Медиа.

К моему сожалению и авторов [4], нового способа обучения или запоминания целого учебника, к примеру, за 10 минут, так и не придумали. Обучающие компакт-диски могут порадовать современного ученика и подучить, в том числе азам компьютерной грамотности, но в основном бесполезны.

Обучающие программы по математической логике

Электронный урок "представление логических функций"

Электронный урок [5] позволяет изучить одно из базовых понятий алгебры логики - формы представления логических функций.

Основными способами представления функций алгебры логики являются таблица истинности, совершенные дизъюнктивная и конъюнктивная нормальные формы, которые могут быть представлены полной и сокращенной записями. Предполагается выполнение 5 заданий, каждое из которых требует по одной заданной форме логической функции составить 4 остальные.

Главное меню урока содержит: закладки "Теория", "Задание 1", …, "Задание 5"; кнопку "Старт" для запуска урока; флажок "С оценкой/без оценки" для переключения режимов работы.

Урок может использоваться в двух режимах:

1. без оценки. Предназначен для самостоятельной тренировки. Пользователь может выбирать задания в любой последовательности, в любой момент ознакомиться с теоретическим материалом. Выполнение каждого задания требует ввода четырех ответов и подтверждается нажатием соответствующей кнопки. При этом проверяется введённый ответ по каждой введённой записи функции. При неправильном ответе пользователь может выбрать, желает ли он попробовать самостоятельно найти и исправить ошибку либо же хочет посмотреть правильный результат. После этого можно получить новый тест на данное задание или перейти к выполнению тестирования по любому другому заданию.

2. с оценкой Предназначен для контрольного тестирования. Теория становится недоступной, задания запускаются по очереди вне зависимости от правильности их выполнения (закладки "Задание 1", …, "Задание 5" становятся пассивными). Ответ вводится пользователем по общей кнопке на все задание в целом. Ответ проверяется, выводятся правильные результаты и начисляются баллы, если ответы верны. После этого пользователю выдается следующее из 5 заданий. Таким образом, в этом режиме оценивается правильность 20 выполненных пунктов заданий. В конце работы на основании количества набранных баллов определяется оценка за весь урок.

Существенное достоинство урока, облегчающее жизнь обучаемого, - кнопки, с помощью которых вводятся переменные, скобки и знаки логических операций.

Урок реализован в среде программирования Delphi. Особенность его программного обеспечения - отсутствие базы данных заданий и ответов. При каждом запуске урока генерируется новое задание и вычисляются правильные ответы. Такой подход, хотя и значительно усложнил программное обеспечение урока, но сделал бессмысленной попытку взлома базы данных урока с целью получения правильных ответов.

Комплекс программ по математической логике

Комплекс [6] состоит из нескольких модулей, освещающих одну из тем курса математической логики. Бесперспективно изучать математику, читая текст с экрана, поэтому авторами были выбраны отдельные темы, наиболее подходящих для привлечения компьютера. Основные критерии:

1. темы, при изложении которых преподавателю затруднительно объяснять только с помощью рисования мелом на доске.

2. темы, где требуется приобретение некоторых навыков алгоритмического характера и где именно компьютер может осуществить безошибочную проверку, демонстрацию, генерирование большого числа примеров и задач, рутинную проверку результатов.

Хотя во всех программах имеются текстовые вставки с объяснением теоретического материала, они предполагают предварительное знание теории. Основная цель программ - показать в движении изучаемые объекты, дать возможность обучаемому самому управлять этим движением и, в итоге, решив серию контрольных задач, закрепить знание на уровне наглядных представлений и конкретных навыков.

Несмотря на то, что сценарии почти всех программ имеют сходную общую структуру (демонстрационная, тренировочная, контролирующая части), конкретные детали довольно сильно между собой разнятся. Реализованные программы могут использоваться независимо в процессе обучения:

1. Ашаев И.В., Беляев В.В., Беляев В.Я., Мясников А.Г., Печкин Д.А. ''Текстовые логические задачи''.

2. Падерин Е.В., Лютиков С.А. ''Формулы исчисления высказываний".

3. Падерин Е.В. ''Формулы логики предикатов".

4. Ашаев И.В., Ющенко А.Ю., Печкин Д.А. ''Эквивалентные преобразования". Приведение к нормальным формам с помощью логических тождеств.

5. Бормотов Д.Ю., Чулковский А.Н. ''Бесскобочная запись формул". В игровой форме демонстрирует процесс преобразования обычной формулы логики высказываний в обратную запись.

6. Бормотов Д.Ю. ''Полиномы Жегалкина". Тренажер для выписывания полинома Жегалкина по заданной таблице истинности функции алгебры логики.

7. Чулковский А.Н. ''Классы Поста".

8. Офенбах И.В. ''Замкнутые классы булевых функций".

9. Кузнецов А.В., Хрущев Н.С. ''Машина Тьюринга". Интерпретатор машины Тьюринга, выполненный в виде интегрированной оболочки для создания и исполнения программ.

Программы реализованы в среде программирования Pascal, C++, Turbo Assembler.

Синтез результатов

Сопоставление точек зрения авторов и собственное мнение

Изучив несколько статей по теме работы и сопоставив точки зрения , я пришла к выводу, что исследуя разные проблемы обучающего процесса, авторы приходят к единому мнению. В настоящее время многие предлагаемые для продажи обучающие программы являются мультимедийными ЭУ. Необходимы современные программы, повышающие эффективность обучения. В ВУЗах разрабатываются и используются собственные компьютерные обучающие программы. Существующие программы можно и нужно использовать в комплексе с другими средствами, не отрицая печатные издания и диалог между учителем и обучающимся, при самостоятельном освоении материала, тестировании студентов.

Я считаю, что будущее за автоматизированными обучающими системами. Электронные учебники и тестирующие программы представляются мне как "ограниченные АОС", выполняющие "узкую" функцию (ЭУ - в основном представлять информацию и частично проверять полученные знания, а тестирующие - проверять знания и выдавать справочную информацию). Речь не о достоинствах и недостатках, а о разных выполняемых функциях. АОС включает в себя и тестирующую программу, и электронный учебник - "два в одном".

Назначение разрабатываемой обучающей программы

1. Возможность использования для проведения лекционных занятий.

2. Возможность использования для проведения практических занятий (с повторением теоретической части изучаемого раздела).

3. Подготовка к контрольной работе, промежуточному экзамену, итоговому экзамену, контролю остаточных знаний как по теоретической части курса, так и по решению практических задач. Возможна подготовка как по отдельной теме, так и по всему курсу.

4. Проведение контрольной работы, промежуточного экзамена, итогового экзамена, контроля остаточных знаний как по теоретической части курса, так и по решению практических задач. Возможен контроль, т.е. тестирование, как по отдельной теме, так и по всему курсу.

Требования, предъявляемые к разрабатываемой обучающей программе

1. Обучающая программа должна содержать информацию, изложенную на доступном языке, аналогии, яркие примеры, шутливые замечания.

2. Наличие текстовой, графической информации, озвучивания, гипертекста (возможны анимация, видеофрагменты).

3. Наличие файлов примеров, тестовых вопросов и заданий, ответов.

4. Удобная навигация по теоретической части курса, наличие содержания.

5. Обучаемый шаг за шагом совместно с обучающей программой проходит весь путь решения предложенной ему задачи.

6. При неправильных действиях обучаемого обучающая программа выдаёт подсказки, рекомендации, необходимые в данный момент фрагменты теоретического материала, иллюстрирует ситуацию "что будет, если…".

7. Обучаемый может запросить и получить помощь по изучаемому курсу, как у обучающей программы, так и у преподавателя.

8. Сохранение задаваемых вопросов и ответов на них.

9. Обучаемый может запросить и получить помощь по обучающей программе.

10. Обучающая программа должна накапливать информацию об ошибках при работе с обучающей программой, т.е. о её недостатках.

11. Обучаемый должен выполнить задания для самоконтроля и контрольные тесты.

12. При самостоятельной тренировке (без оценки, обучение) обучаемый может в любой момент ознакомиться с теорией, выполнять задания в любой последовательности. Ввод ответа подтверждается нажатием кнопки, при этом проверяется ответ. При неправильном ответе пользователь может выбрать: а)попробовать самостоятельно найти и исправить ошибку; б)посмотреть правильный результат или ход решения.

13. При контрольном тестировании теория недоступна, задания запускаются по очереди вне зависимости от правильности их выполнения. Ответ вводится нажатием кнопки. Проверяются ответы, выводятся правильные результаты, начисляются баллы, определяется оценка. Тестирование проходит определённое время. Для экономии времени можно пропускать задания, которые не удаётся решить сразу. Если остаётся время, к ним можно вернуться.

14. Наличие системы сбора и обработки статистической информации о каждом студенте, группе. (База данных студентов с сохранением пройденных тем, результатов тестирования)

15. Наличие системы сбора информации о часто встречающихся ошибках по изучаемой теме, всему курсу.

16. Анализ результатов теста преподавателем, обучающей программой.

17. Обучающая программа оценивает знания, даёт советы каждому обучающему персонально: над чем стоит поработать, какие определение, свойство, правило, теорему, аксиому и т.п. изучить, почему могли возникнуть ошибки (незнания или простой невнимательности).

18. Возможность распечатывать курс лекций, практические задачи.

Перспективы возможного продолжения работы

Данная реферативная работа выполнялась для ознакомления с обучающими программами в компьютерных технологиях. В дальнейшем планируется:

1. Разработка обучающей программы по курсу математическая логика.

2. Разработка обучающей программы по курсу дискретная математика.

3. Применение программы в ГИП в курсе математическая логика.

4. Тестирование обучающей программы, устранение ошибок, описание опыта использования.

5. Участие в телеконференции в Интернет по тематике работы.

6. Переписка в Интернет по тематике работы. Следовательно, возможно продолжение работы, а также перерастание в исследовательскую.

С учётом изученных материалов возможны следующие темы для (скорее всего) реферативных работ:

1. Системы дистанционного обучения.

2. Повышение эффективности обучения с помощью компьютера.

3. Повышение мотивации к учению с помощью образовательных программ.

4. Программные среды, используемые для создания обучающих программ.

5. Роль компьютерных обучающих программ.

6. Прогноз национального рынка обучающих программ.

7. Обзор тестирующих программ.

2. РАЗРАБОТКА СПЕЦИАЛЬНЫЕ ОБУЧАЮЩИЕ КУРСЫ ПО ПОВЫШЕНИЮ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАМОТНОСТИ

2.1 Техническое задание

Введение

Настоящее техническое задание распространяется на разработку электронного учебника по дисциплине «Компьютерной грамотности» для использования студентов специальности «Прикладная информатика» при изучении курса программирование.

Назначение разработки

Программа предназначена для использования студентами при изучении курсов " Компьютерной грамотности ", «Высокоуровневые методы информатики и программирования».

Технические требования

Требования к функциональным характеристикам.

Программа должна обеспечивать возможность выполнения следующих функций:

· содержать теоретический материал тем по дисциплине «Компьютерной грамотности»;

· содержать систему тестирования;

· содержать систему оценивания знаний по результатам тестирования;

· хранение результатов тестирования в памяти;

· содержать задания для практических работ.

Исходные данные:

Материал по дисциплине «Компьютерной грамотности».

Организация входных и выходных данных.

Входные данные поступают с клавиатуры.

Выходные данные отображаются на экране и при необходимости выводятся на печать.

Требования к надежности.

Предусмотреть контроль вводимой информации.

Предусмотреть блокировку некорректных действий пользователя при работе с системой.

Требования к составу и параметрам технических средств.

Система должна работать на IBM-совместимых персональных компьютерах.

Минимальная конфигурация:

· тип процессора - Pentium III и выше;

· объем оперативного запоминающего устройства - 256 Мб и более;

· объем свободного места на жестком диске - 40 Мб.

Рекомендуемая конфигурация:

· тип процессора - Pentium Celeron 1,6 ГГц;

· объем оперативного запоминающего устройства - 512 Мб;

· объем свободного места на жестком диске - 60 Мб.

Требования к программной совместимости.

Программа должна работать под управлением семейства операционных систем Windows (Windows ХР / Vista / 7 и т.п.).

Требования к программной документации

Разрабатываемые программные модули должны быть самодокументированы, т.е. тексты программ должны содержать все необходимые комментарии.

Разрабатываемая программа должна включать справочную информацию о работе программы, описания методов сортировки и подсказки учащимся.

В состав сопровождающей документации должны входить:

· пояснительная записка на пяти листах, содержащая описание разработки;

· руководство пользователя.

2.2 Конструкторская часть

Постановка задачи

На основе анализа, проведенного в выпускной квалификационной работе, нами установлено, что учебный процесс в его классической его форме в связи с развитием новых информационных технологий устарел. В результате внедрения предлагаемого программного продукта существенно изменяются подходы к организации учебного процесса. Произошедшие изменения наглядно иллюстрируют диаграммы IDEF0 А, Б, В на рисунках 2.1, 2.2, 2.3.

Рисунок 2.1. Диаграмма IDEF0 А



Рисунок 2.2. Диаграмма IDEF0 Б

Рисунок 2.3. Диаграмма IDEF0 В

После внедрения автоматизированной обучающей системы учебный процесс должен выглядеть следующим образом:

1. Лекции преподавателей заменены электронными лекциями, с которыми студент должен будет ознакомиться самостоятельно.

2. После изучения лекционного материала студент должен будет выполнить лабораторные работы.

3. После выполнения лабораторный работы по каждой теме пройти тестирование.

Процесс тестирования после внедрения АОС заметно упростится. Компьютер самостоятельно посчитает правильные ответы студента и выдаст результаты, которые будут записаны в файл. В файле будут все итоги тестирования студента и его оценка. На основе этих результатов преподаватель будет смотреть за успехами студентов.

Выбор инструментальных средств и языка разработки

Проект по автоматизации учебного процесса по дисциплине «Программирование» будет реализовываться на высокоуровневом языке программирования С#.

C# (Си-шарп) -- объектно-ориентированный язык программирования для платформы .NET. Разработан в 2000 году Андерсом Хейлсбергом, Скоттом Вилтамутом и Питером Гольде под эгидой Microsoft Research. Основным постулатом С# является высказывание: "всякая сущность есть объект". Язык основан на строгой компонентной архитектуре и реализует передовые механизмы обеспечения безопасности кода.

C# был создан специально для технологии ASP.NET. В то же время на C# полностью написана и сама ASP.NET.

C# -- это полнофункциональный объектно-ориентированный язык, который поддерживает все три «столпа» объектно-ориентированного программирования: инкапсуляцию, наследование и полиморфизм. Он имеет прекрасную поддержку компонентов, надежен и устойчив благодаря использованию «сборки мусора», обработки исключений, безопасности типов.

Язык C# разрабатывался "с нуля" и вобрал в себя много полезных свойств таких языков, как C++, Java, Visual Basic, а также Pascal, Delphy и др. При этом необходимость обратной совместимости с предыдущими версиями отсутствовала, что позволило языку C# избежать многих отрицательных сторон своих предшественников.

Как и Java, C# разрабатывался для Интернет и примерно 75% его синтаксических возможностей аналогичны языку программирования Java, его также называют «очищенной версией Java. 10% подобны языку программирования C++, а 5% - заимствованы из языка программирования Visual Basic. Объем новых концептуальных идей в языке C# около 10%.

Выделение и объединение лучших идей современных языков программирования делает язык C# не просто суммой их достоинств, а языком программирования нового поколения [16].

Функциональная схема

На рисунке 2.4. изображена функциональная схема автоматизированной обучающей системы по дисциплине «Программирование». Она показывает взаимодействия компонентов программного обеспечения с описанием информационных потоков, состава данных в потоках и указанием используемых файлов и устройств.

Рисунок 2.4. Функциональная схема программы

2.3 Проектирование системы

Модель вариантов использования

Диаграммы вариантов использования описывают функциональное назначение системы или то, что она должна делать.

Модель вариантов использования представляет функциональность системы или другого классификатора так, как она выглядит с точки зрения внешнего пользователя системы. Изображается такая модель в виде диаграмм использования.

Диаграмма использования представляет собой граф актёров, множество вариантов использования, заключенное в границы системы, ассоциации между актёрами и вариантами использования, отношения между вариантами использования и обобщения между актёрами. На основе выделенных требований была составлена диаграмма вариантов использования:

Рис. 3.1 Диаграмма вариантов использования

Модель предметной области

Модель сущность-связь - модель данных, позволяющая описать концептуальные схемы предметной области. Для визуализации данной модели используются диаграммы сущность-связь (ER-диаграммы).

ER-диаграммы используются для разработки данных и представляют собой стандартный способ определения данных и отношений между ними. Таким образом, осуществляется детализация хранилищ данных. ER-диаграмма содержит информацию о сущностях системы и способах их взаимодействия, включает идентификацию объектов, важных для предметной области, свойств этих объектов и их отношений с другими объектами. Во многих случаях информационная модель очень сложна и содержит множество объектов.

Были выделены следующие ключевые сущности базы данных:

1. Ученик - клиент центра по обучению населения компьютерной грамотности.

2. Курс - номер группы проходящей обучение.

3. Тест - контрольные задания для проверки усвоения материала учащимся.

4. Автоматизированная обучающая система (АОС) - система, спомощью которой ведётся обучение.

5. Учебно-методический комплекс (УМК) - комплекс теоретической информации по информатике.

Между основными сущностями были выявлены следующие отношения:

Рис. 3.2 ER-диаграмма

На основании ER-диаграммы была построена схема базы данных:



Рис. 3.3 Схема базы данных

Топология сети

Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология -- это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети.

Выделяют 3 базовых топологии:

1) Шина

2) Кольцо

3) Звезда

Звезда -- одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара. Чаще всего в компьютерных классах применяют именно эту топологию.

Звездам -- базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу, образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер или сетевой коммутатор, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано.

Существует два варианта топологии звезда:

1) Активная звезда (В центре сети содержится компьютер, который выступает в роли сервера);

2) Пассивная звезда (В центре сети с данной топологией содержится сетевой концентратор)

В центре повышение компьютерной грамотности на базе центральной библиотеки компьютерная сеть построена по топологии Пассивная звезда.

Достоинства:

1) выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

2) хорошая масштабируемость сети;

3) лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

4) высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

5) гибкие возможности администрирования.

Недостатки:

1) выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;

2) Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;

3) конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Рис. 3.4 Топология сети

Диаграмма развёртывания

Диаграммы развертывания показывает конфигурацию узлов, где производится обработка информации, и то, какие компоненты размещены на каждом узле.

Диаграммы развертывания обычно включают в себя:

1) узлы

2) отношения зависимости и ассоциации

Применение:

Диаграммы развертывания используются в трех случаях:

1) моделирование встроенных систем

2) моделирование клиент-серверных систем

3) моделирование полностью распределенных систем

Автоматизированная обучающая система для центра обучения населения компьютерной грамотности представляет собой клиент-серверную систему с "толстым" клиентом т.к. в стандарнтную поставку техники входят компьютеры с равными вычислительными мощностями и перекладывать всю нагрузку на 1 ПК нецелесообразно.

Рис. 2.5 Диаграмма развёртывания

Обоснование выбора платформы проектирования

Основными платформами проектирования, позволяющими реализовать подобную систему, являются:

Delphi 7 -- интегрированная среда разработки ПО на языке Delphi, созданная фирмой Embarcadero Technologies. Delphi 7 включает полностью интегрированный, быстрый компилятор и отладчик Windows, визуальную среду для разработки интерактивных приложений, платформу визуальных компонентов, содержащую свыше 250 стандартных классов и компонентов, а также обширные возможности для подключения к базам данных. Delphi является мощным и простым в использовании инструментом для создания автономных программ, обладающих графическим интерфейсом, или 32-битных консольных приложений. Delphi содержит встроенные средства, использующие небольшой объем ресурсов и обеспечивающие высокопроизводительный доступ ко всем популярным системам управления базами данных, включая Microsoft SQL Server, Oracle, MySQL, InterBase, Firebird и другие.

Delphi 7 поддерживает технологию ADO (ActiveX Data Object - объекты данных, простроенные как объекты ActiveX) корпорации Microsoft.

На основе этой технологии созданы соответствующие компоненты-наборы включенные в репозиторий среды разработки. Основным достоинством ADO является её естественная ориентация на создание «облегчённого» клиента.

Преимущества:

1. Удобный интерфейс.

2. Высокая производительность вкупе с относительно небольшими размерами программ.

3. Возможность подключения дополнительных библиотек.

4. Широкий выбор средств взаимодействия с базами данных.

5. Недостатки:

6. Сложность реализации больших и сложносвязанных проектов.

7. Отсутствие проверки кода «на лету».

Microsoft Visual Studio 2010 -- платформа разработки от компании Microsoft, обладает интегрированной поддержкой разработки через тестирование и новые инструменты отладки, что позволяет быстро и без труда находить и устранять ошибки.

Visual Studio 2010 поставляется вместе с NET Framework 4 и поддерживает разработку приложений для Windows 7. Платформа также поддерживает IBM DB2, Oracle и Microsoft SQL Server [6].

Преимущества:

1. Большой выбор инструментов проектирования и программирования.

2. Возможность писать программы на нескольких языках программирования;

Недостатки:

1. Сложность интерфейса.

2. Проблемы с реализацией компоновки «база + программный интерфейс».

На основе данного анализа было принято решение разрабатывать систему на платформе Delphi 7.

Платформа имеет множество компонентов для работы с базами данных, простую, наглядную реализацию приложений и может решить большинство задач предметной области за довольно короткий промежуток времени.

Алгоритм работы программы

На рисунке рисунок 2.4 изображен алгоритм работы электронного учебника по дисциплине «Компьютерной грамотности».

Алгоритм -- это точное предписание, которое задаёт вычислительный (алгоритмический) процесс, начинающийся с произвольного исходного данного и направленный на получение полностью определяемым этим исходным данным результата [8].

Пользователь запускает программу. Далее программа предоставляет возможность выбрать тему лекции. После выбора лекции появляется окошко с текстом лекции. После изучения материала лекции, пользователь может пройти тестирование по материалам лекции.

После прохождения теста выдается результат решения теста. После объявления результата пользователь может завершить работу с программой или перейти к списку лекции.



Рисунок 3.5. Алгоритм работы программы в виде блок-схемы

Проектирование интерфейса

При разработке интерфейса автоматизированной обучающей системы по дисциплине «Компьютерной грамотности» мы руководствовались принципом простоты и удобства использования программы. В программе задействовано четыре формы. Функции первой формы (рисунок 3.6): выбор темы лекции, из нескольких предложенных программой, и отображение на экране лекционного материала. Вторая форма - тестовая. Она необходима для реализации функции тестирования студентов (рисунок 3.7). Третья форма нужна для ввода с клавиатуры фамилии и имя пользователя перед началом тестирования. Четвертая форма случит для отображения результатов тестирования пользователей программы (рисунок 3.8).

Рисунок 3.6. Формы выбора и чтения лекций в режиме конструктора



Рисунок 3.7. Форма тестирования студентов

Рисунок 3.8. Формы программы в режиме конструктора

3. ЭКСПЛУАТАЦИОННАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Эксплуатационная часть

Требования к вычислительной системе

1. Операционная система Windows XP/Vista/7 32/64 bit.

2. Наличие установленной программы Microsoft Net Framework 2.0 и выше. При отсутствии этой утилиты система работать не будет.

3. Тип процессора - Pentium Celeron 1,6 ГГц и выше.

4. Объем оперативного запоминающего устройства - 512 Мб и более.

5. Объем свободного места на жестком диске - 60 Мб.

Установка программного продукта

Установка данного программного продукта не требуется.

Инструкция по эксплуатации

Автоматизированная обучающая система по дисциплине «Компьютерной грамотности» поставляется на лицензионном диске.

1. Вставьте лицензионный диск в дисковод.

2. Откройте папку «Мой компьютер».

3. В папке «Мой компьютер» откройте диск с программой.

4. Запустите программу, кликнув по ярлыке запуска.

5. Откроется окно с выбором тем лекций.

6. Выберете тему лекции и нажмите кнопку «Выбрать».

7. В окне появится лекция по выбранной теме.

8. Далее вы можете вернуться к выбору лекций, нажав ссылку «Вернуться к выбору лекций» или пройти тест, нажав кнопку «Тест».

9. Перед началом теста введите имя и фамилию с клавиатуры и нажмите кнопу «Начать тест».

10. Запустится тест. Выберете правильный, на ваш взгляд вариант ответа и нажмите кнопку «Следующий вопрос». В тесте есть вопросы с многовариантным ответом. Выберете несколько, правильных вариантов и нажмите кнопу «Следующий вопрос».

11. Когда тест будет пройден, появится диалоговое окно с результатами решения и вопросом: «Перейти к выбору лекций». Если нажать кнопку «Да» то появится окно с выбором лекции, если нажать кнопку «Нет», то программа завершит работу.

12. В окне с выбором лекции есть ссылка «Посмотреть результаты». Если перейти по этой ссылке можно увидеть все результаты решения тестов, а именно число прохождения теста, фамилию и имя тестируемого и его результат решения.

4. Демонстрационная часть работы продукта.

Запускаем программу с лазерного диска при двойном щелчке по ярлыку запуска.

На рисунке 4.1 показано, что при запуске программы пользователю будет предложено выбрать тему для самостоятельного изучения.

Рисунок 4.1. Выбор темы



Рисунок 4.2. Лекция по теме.

На рисунке 4.2 приведен пример лекции. После ознакомления с лекционным материалом по теме, пользователь может пройти тест.

Рисунок 4.3. Ввод информации о студенте перед началом тестирования

Перед прохождением тестирования нужно ввести имя и фамилию пользователя системы. В каждом тесте по десять вопросов (рисунок 4.3).

Рисунок 4.4. Вопрос с многовариантным ответом



Рисунок 4.5. Вопрос с одним вариантом ответа

В тесте встречаются вопросы с многовариантными (рисунок 4.4) и одновариантным (рисунок 4.5) ответами.

Рисунок 4.5. Результаты тестирования

После прохождения теста пользователь сможет увидеть результаты решения. На рисунке 4.5 показан результат решения одного из тестов. Количество правильных ответов - четыре из десяти возможных. Пользователю предложена дальнейшая работа с программой. Для этого на вопрос «Перейти к выбору лекций нажать кнопку «Да», или завершить работу с программой, нажав кнопку «Нет».



Рисунок 4.6. Результаты тестирования

Все результаты тестов можно посмотреть после тестирования (рисунок 4.6). В таблице результатов отражено дата прохождения теста, фамилия, имя студента и его результат.

3.2 Экспериментальная часть

Серьезные приложения должны надежным образом обрабатывать исключительные ситуации, сохранять, если возможно, выполнение программы или, если это невозможно, аккуратно ее завершать. Написание кода, обрабатывающего исключительные ситуации, всегда было непростой задачей, и являлось источником дополнительных ошибок [16].

Проведем эксперимент по созданию исключительной ситуации с электронным учебником по дисциплине «Программирование».

Пусть файл с результатами тестирования удалили студенты из папки с программой. Запустим программу (рисунок 5.1).

Рисунок 5.1. Запуск программы в исключительной ситуации

Программа запустилась без ошибок и системных сообщений. Теперь попробуем посмотреть результаты тестирования прошлых студентов (рисунок 5.2).

Рисунок 5.2. Поведение программы в исключительной ситуации

К сожалению, результаты прошлого тестирования студентов утеряны. Программа в корневом каталоге создала новый файл и при повторном тестировании будет произведена запись результатов в этот файл. Значит, тестирование можно провести заново и результаты тестирования будут фиксироваться и сохраняться.

Проведем еще один эксперимент по созданию исключительной ситуации с электронным учебником по дисциплине «Программирование». Теперь студенты удалили файлы с лекциями по темам. При попытке запуска лекций программа выдаст системную ошибку (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3. Критическая ошибка программы

3.3 Экономическая часть

Программный продукт в данной выпускной квалификационной работе будет выполняться индивидуальным разработчиком (студенткой). Решение данной задачи будет проводиться на ЭВМ. Общее ознакомление с предметной областью проходило до решения об изучении и возможности создания программного продукта для решения задач предметной области (определяется техническим заданием).

Предполагаемая продолжительность разработки программного комплекса была выбрана в количестве 45 дней. Это позволит не затягивать с выходом продукта и в тоже время не сильно сокращает сроки, что обеспечивает нормальную стоимость работ и желаемую прибыль.

Определение вида и длительности работ

Продолжительности этапов разработки программного комплекса сведены в таблицу 3.1.

Продолжительность первого этапа и его работ определяется по результатам предварительного исследования. Общая трудоемкость этого этапа составляет 18% от всего времени. Т1=Траб/100*18 =8 дней.

Продолжительность остальных этапов и работ определяется по методу удельных весов:

(3.1),

где Т1, Т2 - соответственно, определяемая трудоемкость этапа и трудоемкость известного этапа; У1, У2 - соответственно, удельный вес тех же этапов в общей трудоемкости разработки программного комплекса.

Этапы и трудоемкость работ показаны в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Продолжительность этапов разработки программного комплекса

№ этапа	Относительная доля времени, %	Продолжительность, дни
1	18	8
2	40	18
3	30	13,5
4	12	5,5
Всего:	100	45



Рисунок 3.1. Этапы и трудоемкость работ

Оценивается наиболее вероятная продолжительность работ по формуле

= 8(3.2),

где Р - число исполнителей на данной работе.

Коэффициент перехода рабочих дней в календарные дни = 45 / 365 = 0.12.

Ожидаемое время рассчитывается по формуле:

=4(3.3),

гдеt_ожд - трудоемкость выполнения отдельных видов работ, человеко-дни; t_min- минимально возможная трудоемкость выполнения отдельных видов работ, дни;t_max - максимально возможная трудоемкость выполнения отдельных видов работ, дни;t_нв - наиболее вероятная трудоемкость выполнения отдельных видов работ, дни.

t_max = 15

t_min = 10

Итог: ожидаемое время работы над проектом 37 дней не превышает изначально предполагаемую продолжительность работ.

Определение заработной платы исполнителей

Было принято решение о том, что заработная плата не будет начисляться, так как исполнитель работы один. Т.е. доход исполнителя будет равен прибыли, полученной от продажи программного продукта.

Без начисления заработной платы затраты на создание программного продукта существенно сократятся.

Составление сметы затрат

Сметная стоимость определяется статьями калькуляции.

1. Накладные расходы.

2. Прочие расходы: диски и упаковка (100 шт.). Диски: 100 шт. по 7 сума, полиграфические услуги: 100шт. упаковок по 10 сум. Итого 1700 сум.