Автоматизированная информационная система тестирования по курсу "Информатика"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Самарский государственный архитектурно-строительный университет»

Факультет информационных систем и технологий

Кафедра прикладной математики и вычислительной техники

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к дипломному проекту на тему:

автоматизированная информационная система тестирования по курсу «информатика»

СТУДЕНТКИ ГИП-108 Тен Анастасии Эдуардовны

Самара 2013 г.

РЕФЕРАТ

Дипломный проект.

Пояснительная записка: 113 с., 32 рис., 16 табл., 19 источников, 4приложения.

Графическая документация: 12 л.А4.

АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ СИСТЕМА, ТЕСТИРОВАНИЕ, ИНФОРМАТИКА.

Объектом проектирования является автоматизированная информационная система тестирования по курсу «Информатика».

Цель работы - разработка системы оценки знаний, полученных студентами факультета информационных систем и технологий по информатике по каждой дидактической единице в течение семестра.

Разработано и спроектировано информационное и программное обеспечение системы по методологии UML.

Результатом разработанной системы является тест, содержащий вопросы с вариантами ответов, с сохранением и выводом результатов тестирования на экран. Разработанная информационная система внедрена на факультете информационных систем и технологий.

Выполнено технико-экономическое обоснование проекта, рассмотрены вопросы безопасности жизнедеятельности при функционировании системы.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание и системный анализ эволюции предметной области

1.2 Постановка задачи

1.3 Обзор существующих систем тестирования

1.3.1 MyTestX

1.3.2 Opentest

1.4 Обоснование класса проектируемой системы

1.5 Цели проектирования

1.6 Используемые средства разработки

1.6.1 Краткое описание методологии UML

1.7 Разработка модели анализа

1.7.1 Диаграмма вариантов использования

1.7.2 Сценарии вариантов использования

1.7.3 Диаграммы классов (class diagram)

1.7.4 Диаграмма состояний (statechart diagram)

1.8 Разработка логической структуры базы данных

1.8.1 Уровни представления данных

1.8.2 Выбор модели данных

1.9 Выбор технических средств и ресурсный анализ

1.9.1 Расчет необходимого объема внешней памяти

1.9.2 Расчет необходимого объема оперативной памяти

1.9.3 Скорость передачи данных

1.9.4 Требования к комплексу технических средств

2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор и обоснование архитектуры системы

2.2 Выбор и обоснование средств комплекса программно-технических средств

2.2.1 Выбор операционной системы

2.2.2 Выбор языка программирования и среды разработки

2.2.3 Выбор СУБД

2.3 Диаграммы поведения

2.3.1 Диаграмма последовательности

2.3.2 Диаграмма кооперации

2.3.3 Диаграмма компонентов

2.3.4 Диаграмма развертывания

2.4 Разработка физической модели базы данных

2.5 Описание реализации системы

2.6 Описание интерфейсных решений

2.6.1 Главное окно приложения

2.6.2. Страница авторизации пользователя

2.6.3 Страница работы со справочниками

2.6.4 Страница прохождения тестирования студентом

2.6.5 Страница выбора отчета

2.6.6 Журнал тестирования

2.6.7 Отчет о тестировании по группам

2.7 Разработка программы и методики испытаний

2.7.1 Объект испытаний

2.7.2 Цель испытаний

2.7.3 Требования к информационной системе

2.7.4 Состав и порядок испытаний

2.7.5 Состав и порядок испытаний

2.7.6 Методы испытаний

2.8 Описание контрольного примера

2.9 Разработка руководства пользователя

3. Экономическое обоснование разработки автоматизированной информационной системы тестирования по курсу «Информатика»

3.1 Требования к технико-экономическому обоснованию, разработки автоматизированной информационной системы тестирования по курсу «Информатика»

3.1.1 Планирование и организация процесса разработки автоматизированной информационной системы тестирования по курсу «Информатика»

3.1.2 Расчет затрат на разработку автоматизированной системы

3.1.3 Расчет-прогноз минимальной цены разработки информационной системы

3.1.4 Оценка безубыточности и расчет целесообразного объема продаж

3.1.5 Расчет текущих затрат на функционирование автоматизированной информационной системы

3.1.6 Метод расчета экономической эффективности единовременных (инвестиционных) затрат

4. РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО БЕЗОПАСНЫМ УСЛОВИЯМ ТРУДА

4.1 Общие положения

4.2 Требования к освещению рабочих мест

4.3 Требования к производственным помещениям для работы с ПЭМВ

4.4 Оптимальные параметры микроклимата

4.5 Требования к уровням шума и вибрации

4.6 Требования к уровням электромагнитных полей, создаваемых ПЭВМ на рабочих местах

4.7 Общие требования к организации рабочих мест пользователя

4.8 Понятие терморегуляции организма. Нарушение терморегуляции

5. Исследовательский раздел

5.1 Объект исследования

5.2 Исходные данные для исследования

5.3 Разработка плана исследования

5.4 Частотный анализ. Построение гистограмм

5.5 Вычисление статистических данных по результатам тестирований

5.5 Расчет коэффициента ранговой корреляции Спирмена

5.6 Выводы по главе

Заключение

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

ВВЕДЕНИЕ

Важным звеном процесса обучения является контроль знаний и умений обучающихся. Постепенный переход от традиционных форм контроля и оценивания знаний к компьютерному тестированию отвечает духу времени и общей концепции модернизации и компьютеризации российской системы образования[1].

Компьютерное тестирование имеет ряд преимуществ перед традиционными формами и методами контроля. Оно позволяет более рационально использовать время урока, охватить больший объем содержания, быстро установить обратную связь с учащимися и определить результаты усвоения материала, сосредоточить внимание на пробелах в знаниях и умениях и внести в них коррективы.

В результате данной работы должен быть разработана автоматизированная информационная система, позволяющая оценивать полученные знания студентов по курсу «Информатика» посредством тестирования, вести справочную информацию и формировать отчеты по результатам тестирования.

Тестирование осуществляется по разделам, на которые разбит учебный план семестра. В результате каждого тестирования выставляется оценка и аттестация, введенная на факультете информационных систем и технологий. Это позволяет облегчить работу преподавателя, а также все больше вовлекать студентов в работу с компьютером.

1. СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКАЯЧАСТЬ

1.1 Описание и системный анализ эволюции предметной области

С расширением парка персональных компьютеров в наших вузах и школах начали применяться компьютеры при проведении тестирования знаний учащихся. В педагогических инновациях появилось новое направление - компьютерное тестирование, при котором с помощью компьютера осуществляется предъявление учащимся тестовых заданий и оценивание результатов тестирования. Успешное развитие этого направления обусловлено в первую очередь созданием новых программных продуктов конструирования тестов, которые обеспечивают высокое качество педагогических измерений [2].

Если раньше эти исследования были направлены в основном на итоговый контроль, то теперь все большее внимание уделяется рубежному контролю, который осуществляется с помощью тематических тестов, по прохождению определенного раздела изучаемой дисциплины для оперативного выявления пробелов в процессе обучения и закрепления знания выполнением ряда заданий. В отличие от итоговых контролей тематические тесты имеют повышенный обучающий потенциал, который, в конечном счете, проявляется в итоговом тестировании. Поэтому в практике многих вузов тематические тесты широко используются с целью повышения результативности обучения. Плановое проведение компьютерного тестирования по каждому модулю учебной дисциплины в дополнение к традиционным видам контроля знания делает контроль знаний студентов постоянным и непрерывным процессом в учебной работе, заставляет студента регулярно и систематически заниматься. Необходимо отметить, что компьютерное тестирование не заменяет собой традиционные методы обучения и контроля знаний, а выступает как их существенное дополнение.

За рубежом компьютерное тестирование имеет многолетний опыт использования и зарекомендовало свою эффективность в контроле знаний и повышении уровня обучения. Вместе с тем научно обоснованные международные педагогические тесты не поддаются однозначной адаптации к отечественной системе образования в силу их специфики [3]. Внедрение компьютерного тестирования в практику нашей системы образования наталкивается на определенный психологический барьер. Все еще чувствуется некоторая осторожность к использованию тестов у части преподавателей. Как неоднократно уже отмечалось, в этом сказывается прошлое отношение к тестам, когда тесты в нашей стране были запрещены, как "буржуазные и вредные", но истинная причина тогда была в расстановке сил в политической борьбе.

Проведение компьютерного тестирования в повседневной практике наталкивается и на ряд технологических трудностей. В нашей системе образования далеко не всегда выдерживаются запланированные сроки проведения тестирования по отдельным модулям учебных дисциплин.

Иногда оказывается, что в компьютерном классе недостаточное количество работающих компьютеров для проведения фронтального контроля знаний. Приходится проводить тестирование группы посменно, ставя в очередь студентов, что приводит к "утечке" информации и снижает достоверность результатов тестирования. Одним из возможных путей решения данной проблемы может стать "размножение" тестового программного продукта через локальную сеть компьютерного зала.

Особую проблему составляет приобретение лицензионного программного продукта конструирования эффективных тестов. Такие программные средства обычно создают профессиональные разработчики для внутреннего пользования, и они в силу своей сложности и дорогой стоимости не часто появляются на рынке. На западе рынок программных продуктов сложился давно.

В последние десятилетия в нашей стране также начал складываться рынок программных средств. В портале Федерального центра информационно-образовательного центра Министерства образования и науки РФ помещены электронные образовательные ресурсы для отечественной системы образования, которые включают системы дистанционного обучения, электронные курсы, инструменты разработки электронных курсов и тестов.

По определению научно разработанный тест - это инструмент, состоящий из статистически выверенной системы заданий, стандартизованной процедуры проведения и заранее спроектированной технологии обработки и анализа результатов, предназначенных для измерения качеств и свойств личности, изменение которых возможно в результате систематического обучения [4]. Составление качественного теста является сложной и трудоемкой работой, которую выполняет специалист-предметник. Он должен знать возможности тестовых заданий, владеть умением трансформировать содержание учебной дисциплины в форму тестовых заданий и применять математико-статистические методы для обработки и интерпретации результатов тестирования в рамках современных теорий тестов.

На начальном этапе создания компьютерного теста определяются цели и методика проведения тестирования, устанавливаются границы предметной области, которую разбивают на разделы и на подразделы, выделяются наиболее важные понятия в подразделах, знание которых обеспечивает усвоение предмета в целом.

Следующим этапом является составление плана теста, т.е. определение необходимого числа заданий различных типов по сложности и установление времени выполнения тестов учащимися.

Следующим этапом является выбор алгоритма для оценки знаний студентов. Любой алгоритм оценки знаний предусматривает сбор, анализ и/или преобразование данных, получаемых в процессе контроля, и, непосредственно, формирование самой оценки (суммы баллов, рейтинга, ранга).

После создания тематического теста с целью доведения его до требуемого уровня необходимо провести тестирование в небольшом коллективе испытуемых, достаточном для выборочной статистики (не менее 30 учащихся), и собрать результаты тестирования для математико-статистической обработки в рамках существующих теорий тестов.

Итак, компьютерное тестирование является одним из самых перспективных методов контроля и повышения знаний. Это быстро развивающееся направление на стыке педагогики, теории и автоматизации: высокий уровень развития информационных технологий, активно используемый в образовании, позволяет организовать эффективный рубежный контроль знаний обучающихся, используя тестовые задания многообразной формы, которые обеспечивают тематическим тестам помимо традиционной функции контроля знаний, также и повышенную образовательную функцию, способствующую резкому повышению уровня обучения.

1.2 Постановка задачи

В ходе работы нужно создать автоматизированную информационную систему тестирования, которая будет содержать традиционные тесты. Традиционный тест обладает составом, целостностью и структурой. Он состоит из заданий, правил их применения, оценок за выполнение каждого задания и рекомендаций по интерпретации тестовых результатов. Результат традиционного теста зависит от количества вопросов, на которые был дан правильный ответ.

Все тестовые задания в системе будут закрытого типа (каждый вопрос сопровождается готовыми вариантами ответов) с выбором одного варианта ответа. Вопросы выбираются случайно из общего числа.

1.3 Обзор существующих систем тестирования

1.3.1 MyTestX

MyTestX это - система программ для создания и проведения компьютерного тестирования, сбора и анализа результатов, выставления оценки по указанной в тесте шкале [5].

Программа состоит из трех модулей: модуль тестирования, редактор тестов, журнал тестирования.

MyTestX имеет хорошую степень защиты, как тестовых заданий, так и результатов. Благодаря тому, что для теста можно задать несколько различных паролей (для открытия, редактирования, тестирования), испортить (отредактировать) тест лицам, не имеющим на это право, становится практически невозможно. Плюс ко всему, невозможно украсть ключи (правильные ответы) к тестовым заданиям.

MyTestX является условно-бесплатной программой и распространяется по принципу: «Попробуй перед тем, как купить».

1.3.2 Opentest

Opentest - компьютерная система тестирования знаний [6]. Состоит из модулей тестирования, редактирования тестов и статистики. В системе существует возможность изменить функциональность какого-либо модуля, не затрагивая всю систему.

Тестируемый получает в случайном порядке установленное количество вопросов из имеющихся в базе. Это практически исключает возможность списывания даже при массовом тестировании в помещении. Количество тестируемых неограниченно. Требования к клиентским компьютерам невысоки.

В системе возможно поэтапное создание тем, разделов, вопросов, ответов. Помимо редактирования тестов также доступно управление группами пользователей. Система является бесплатной.

Таблица 1.1 - Сравнение с существующими аналогами

Предприятие /Вузы	Создание/ Добавление тестов	Выдача отчетов	Ведение статистики	Общение в диалоговом режиме
MyTestX	+	-	+	+
Open test	+	+	+	+
СГАСУ г. Самара	+	+	+	+

Созданная мною, автоматизированная система, в отличие от описанных выше, была написана для факультета ИСТ, что позволило внедрить ее бесплатно, несмотря на затраты на ее разработку и внедрение.

1.4 Обоснование класса проектируемой системы

Разработанная система относится к классу автоматизированных информационных систем, так как она включает подмножество компонентов, включающее базы данных, СУБД и специализированные прикладные программы.

1.5 Цели проектирования

Разработка автоматизированной информационной системы, реализующей:

1) ведение справочной информации:

- вопросы;

- разделы;

- тесты;

- пользователи;

- ответы;

- группы.

2) ввод и редактирования исходных данных:

- разделы;

- вопросы;

- ответы.

3) авторизация пользователя, определение его прав и настройка интерфейса;

4) вывод списков, подходящих ролям пользователей;

5) вывод отчетов:

- о результатах тестирования студента;

- о результатах тестирования группы;

- об освоении дидактических единиц.

1.6 Используемые средства разработки

1.6.1 Краткое описание методологии UML

Унифицированный язык моделирования (UML) является стандартным инструментом для создания "чертежей" программного обеспечения. С помощью UML можно визуализировать, специфицировать, конструировать и документировать артефакты программных систем[7, 8].

UML пригоден для моделирования любых систем: от информационных систем масштаба предприятия до распределенных Web-приложений и даже встроенных систем реального времени. Это очень выразительный язык, позволяющий рассмотреть систему со всех точек зрения, имеющих отношение к ее разработке и последующему развертыванию. Изучение UML удобнее всего начать с его концептуальной модели, которая включает в себя три основных элемента: базовые строительные блоки, правила, определяющие, как эти блоки могут сочетаться между собой, и некоторые общие механизмы языка.

Несмотря на свои достоинства, UML - это всего лишь язык; он является одной из составляющих процесса разработки программного обеспечения, и не более того. Хотя UML не зависит от моделируемой реальности, лучше всего применять его, когда процесс моделирования основан на рассмотрении прецедентов использования, является итеративным и пошаговым, а сама система имеет четко выраженную архитектуру.

UML предназначен для описания, визуализации и документирования объектно-ориентированных систем и бизнес-процессов с ориентацией на их последующую реализацию в виде программного обеспечения.

1.7 Разработка модели анализа

При использовании методологии UML для создания программного и информационного обеспечения, необходимо построить набор взаимосвязанных моделей, отражающих статические и динамические свойства будущей системы:

- модель вариантов использования;

- модель анализа;

- модель проектирования;

- модель развертывания;

- модель реализации.

Модель анализа включает в себя диаграммы обобщенных классов реализации вариантов использования на логическом уровне, соответствующие диаграммы последовательностей и/или диаграммы кооперации и является эскизной проработкой того, как будут реализованы варианты использования на логическом уровне. Она строится на этапе разработки концепции информационной системы.

программирование база данные информационный

1.7.1 Диаграмма вариантов использования

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

Её суть состоит в представлении проектируемой системы в виде множества сущностей или актантов, взаимодействующих с системой с помощью вариантов использования. При этом актантом или действующим лицом называется любая сущность, взаимодействующая с системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая может служить источником воздействия на моделируемую систему так, как определит сам разработчик. Вариант использования служит для описания сервисов, которые система предоставляет актеру. Диаграмма вариантов использования может дополняться пояснительным текстом, который раскрывает смысл или семантику составляющих ее компонентов.

Диаграмма вариантов использования для разрабатываемой системы представлена на рисунке 1.1. Согласно диаграмме в системе имеется несколько видов пользователей, в зависимости от роли пользователя настраиваются права доступа к функционалу системы.

На диаграмме мы можем наблюдать трех актантов, то есть трех пользователей с различными правами доступа к системе.

Каждому актанту на схеме соответствуют возможности, доступные при использовании системы.

Например, актант «Администратор», при работе с системой, имеет следующие возможности:

- добавление и редактирование разделов;

- добавление и редактирование вопросов;

- добавление и редактирование ответов;

- добавление и редактирование тестов;

- добавление и редактирование пользователей;

- добавление и редактирование групп.

У актанта «Преподаватель» есть возможность формирования отчетов системы:

- отчет о результатах по студенту;

- отчет о результатах по группе;

- отчет об освоении дидактических единиц.

У актанта «Студент» есть возможность пройти тестирование по предметуcвыводом результатов тестирования на экран.

Рисунок 1.1- Диаграмма вариантов использования

1.7.2 Сценарии вариантов использования

Сценарий (scenario) - текстовое описание последовательности действий, необходимых для выполнения экземпляра варианта использования. Сценарий пишется по определённому шаблону. Образцы описания сценариев приведены ниже. При создании сценариев тщательно прорабатывается интерфейс системы, и учитываются отношения между вариантами использования. Для абстрактных вариантов использования, являющихся обобщениями конкретных вариантов, сценарии обычно не пишут.

Сценарии вариантов использования для информационной системы представлены ниже.

Вариант использования: Авторизация пользователя в системе.

Краткое описание: Дает возможность пользователю авторизоваться с последующей работой в системе.

Актант: Пользователь.

Предусловие: Компьютер пользователя включен, программа запущена, браузер открыт. На экране - главное окно системы.

Основной поток событий:

1. Пользователь нажимает на ссылку «Войти» в правом верхнем углу окна.

2. Система открывает окно ввода учетных данных пользователя.

3. В окне авторизации пользователь вводит свой логии и пароль.

4. Система проверяет по базе данных введенные данные и открывает главное окно, настроенное на права конкретного пользователя.

А1: Пользователь ввел неверные данные.

Вариант использования успешно завершен.

Раздел альтернатив:

А1: Пользователь ввел неверные данные.

А1.1: Система выдает сообщение «Вы ввели неверный логин/пароль. Повторите попытку.».

Вариант использования: Прохождение тестирования студентом.

Актант: Студент.

Предусловия: Выполнен пункт 4 основной последовательности варианта использования «Авторизация пользователя».

Основной поток событий:

1. Студент щелкает по вкладке «Тестирование».

2. Система открывает форму со списком тестов. Содержимое представляет собой таблицу с полями: «Кем создан», «Название», «Оценка», «Процент», «КТ». На форме расположены также ссылки «Пройти» и «Посмотреть результат».

3. Студент щелкает по ссылке «Пройти».

А1: Нажата ссылка «Посмотреть результат».

4. Система открывает форму со списком разделов теста. Содержимое представляет собой таблицу с полями: «Название раздела», «Оценка», «Процент», «КТ». На форме также есть кссылки «Пройти» и «К списку тестов».

5. Студент нажимает на ссылку «Пройти».

А2: Нажата ссылка «К списку тестов».

6. Система выводит перечень вопросов и вариантов ответа на каждый. На форме расположены кнопки «Отправить» и «К списку разделов».

7. Студент отвечает на вопросы, выбирая нужный вариант ответа, и нажимает на кнопку «Отправить».

А3: Нажата кнопка «К списку разделов».

8. Система выводит на экран результаты тестирования с последующим сохранением в базу данных.

Операция проведена успешно.

Раздел альтернатив:

А1: Нажата ссылка «Посмотреть результат».

А1.1: Система открывает окно с результатами тестирования.

А2: Нажата ссылка «К списку тестов».

А2.2: Система открывает окно со списком тестов.

А3: Нажата кнопка «К списку разделов».

А3.3: Система открывает окно со списком разделов.

Вариант использования: Ведение справочника вопросов.

Актант: Администратор БД.

Предусловия: Выполнен пункт 4 основной последовательности варианта использования «Авторизация пользователя».

Основной поток событий:

1. Администратор БД щелкает по вкладке «Ведение справочников».

2. Система открывает окно с перечнем справочников.

3. Администратор БД щелкает по ссылке «Вопросы».

4. Система открывает форму со списком вопросов, представленным в виде таблицы, состоящей из полей: «Номер вопроса», «Текст вопроса», «Раздел». На форме имеются также ссылки: «Редактировать», «Просмотр», «Удалить», «Добавить» и «К списку справочников».

5. Администратор БД щелкает по кнопке «Добавить».

А1: Редактирование.

А2: Удаление.

А3: Нажата кнопка «К списку справочников».

6. Система открывает окно с полями «Номер», «Текст вопроса» и «Раздел». На форме имеется кнопки «Добавить» и «Назад к списку».

7. Администратор БД вводит номер и текст вопроса, выбирает из название раздела в поле «Раздел» , к которому относится создаваемый вопрос и нажимает на кнопку «Добавить».

А4: Нажата кнопка «Назад к списку».

8. Система закрывает форму добавления вопроса, с последующим сохранением нового вопроса в базу данных, и открывает форму со перечнем вопросов, включающий в себя новый вопрос.

Операция проведена успешно.

Раздел альтернатив:

А1: Редактирование.

А1.1: Администратор БД выбирает нужный ему вопрос и нажимает на кнопку «Редактировать».

А1.2: Система выводит на экран форму редактирования вопроса с полями: «Номер», «Текст вопроса» и «Раздел». На форме имеются кнопки «Сохранить» и «Назад к списку».

А1.3: Администратор БД вводит необходимые изменения в поля «Номер», «Текст» и «Раздел» и нажимает на кнопку «Сохранить».

А1.4: Система изменяет выбранную запись в БД. Вариант использования завершен успешно.

А2: Удаление.

А2.1: Администратор БД строку с информацией о каком-либо вопросе и нажимает на кнопку «Удалить».

А2.2: Система открывает форму удаления вопроса. На форме имеется сообщение: «Вы уверены, что хотите удалить этот вопрос?», поля: «Номер», «Текст» и «Раздел». На форме также имеются кнопки «Удалить» и «Назад к списку».

А2.3: Администратор БД щелкает по кнопке «Удалить».

А2.4: Система удаляет из базы всю информацию о вопросе. Вариант использования завершен успешно.

А3: Нажата кнопка «К списку справочников».

А3.1: Система открывает форму со списком всех справочников.

А4: Нажата кнопка «Назад к списку».

А4.1: Система открывает форму с перечнем вопросов.

1.7.3 Диаграммы классов (class diagram)

Диаграмма классов (classdiagram) служит для представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования. Диаграмма классов может отражать, в частности, различные взаимосвязи между отдельными сущностями предметной области, такими как объекты и подсистемы, а также описывать их внутреннюю структуру и типы отношений.

Диаграмма классов представляет собой граф, вершинами которого являются элементы типа «классификатор», связанные различными типами структурных отношений. Диаграмма классов может также содержать интерфейсы, пакеты, отношения и даже отдельные экземпляры, такие как объекты и связи.

Диаграмма сущностных классов АИС, показанная на рисунке 1.2, содержит 12 сущностей, каждая из которых хранит определенный массив данных, с которыми работает система.

Рассмотрим основные сущности диаграммы:

- Студент. В данной сущности хранятся данные о студентах. Атрибутами сущности являются: ФИО, персональный идентификатор;

- Раздел. В данной сущности хранятся данные о разделах. Атрибутами сущности являются: идентификатор и название;

- Вопрос. В данной сущности хранятся данные о вопросах тестирования. Атрибутами сущности являются: идентификатор и текст;

- Ответ. В данной сущности хранятся данные об ответах тестирования. Атрибутами сущности являются: идентификатор и текст;

- Тестирование: В данной сущности хранятся данные о прохождении тестирования студентом. Атрибутами сущности являются: идентификатор, дата, оценка.

Рисунок 1.2 - Диаграмма сущностных классов

На диаграмме классов управления (рисунок 1.3) отображается взаимодействие основных менеджеров, используемых в системе. В данном случае это менеджер приложения и менеджер СУБД.

Рисунок 1.3 - Диаграмма классов управления

Диаграмма граничных классов, изображенная на рисунке 1.4, отражает основные интерфейсы и действия доступные в графической среде системы.

В ней отражены:

- форма авторизации, позволяющая настроить интерфейс всей системы в соответствии с правами пользователя;

- главная форма приложения, которая даёт пользователю доступ к пунктам меню программного комплекса;

- формы для редактирования справочников и таблиц;

- формы отчетов обеспечивает работу системы отчетов программного комплекса.

В системе предусмотрено несколько видов отчетов:

- отчет о требованиях;

- отчет о вакансиях.

Вывод справочной информации.

Рисунок 1.4 - Диаграмма граничных классов

1.7.4 Диаграмма состояний (statechart diagram)

Диаграммы состояний чаще всего используются для описания поведения отдельных объектов, но также могут быть применены для спецификации функциональности других компонентов моделей, таких как варианты использования, актеры, подсистемы, операции и методы.

Диаграмма состояний является графом специального вида, который представляет некоторый автомат. Вершинами графа являются возможные состояния автомата, изображаемые соответствующими графическими символами, а дуги обозначают его переходы из состояния в состояние.

Диаграмма состояний системы представлена на рисунке 1.5. На ней отображены следующие последовательности его перехода:

1) Авторизация от имени пользователя;

2) Выход из меню пользователя;

3) Щелчок вкладки ведения справочников;

4) Выход из вкладки ведения справочников;

5) Щелчок вкладки просмотра отчетов;

6) Выход из вкладки просмотра отчетов;

7) Щелчок вкладки тестирования;

8) Выход из вкладки тестирования.

Рисунок 1.5 - Диаграмма состояний

1.8 Разработка логической структуры базы данных

1.8.1 Уровни представления данных

Данные - вид информационного ресурса, отличающийся высокой степенью форматированности данных, в отличие от более свободных структур, характерных для речевой, текстовой и визуальной информации[9].

Существует три уровня представления данных:

1-й уровень - концептуальный, связан с частным представлением данных группы пользователей в виде внешней схемы, объединяемых общностью используемой информации.

2-й уровень - логический, является обобщенным представлением данных всех пользователей в абстрактной форме. Используется три вида моделей: иерархические, сетевые и реляционные.

3-й уровень - физический (внутренний), связан со способом фактического хранения данных в физической памяти ЭВМ.

Термин «база данных» (БД) обозначает способ организации данных, и в отличие от другого способа, файловых структур, БД содержит не только сами данные, но и их описания, а также связи между ними.

В БД может храниться миллионы записей. В любое время можно найти запись, которая необходима в данный момент. В БД можно проводить сортировку информации, удаление старой и вставка новой информации, просматривать БД целиком и по частям.

1.8.2 Выбор модели данных

По способу установления связей между данными СУБД основывается на использовании трёх основных видов модели: иерархической, сетевой или реляционной; на комбинации этих моделей или на некотором их подмножестве. Однако различия между этими моделями постепенно стираются.

Каждая из указанных моделей обладает характеристиками, делающими ее наиболее удобной для конкретных приложений. Одно из основных различий этих моделей состоит в том, что для иерархических и сетевых СУБД их структура часто не может быть изменена после ввода данных, тогда как для реляционных СУБД структура может изменяться в любое время.

Термин «модель данных» был введен американским математиком Коддом в 1970 г. при обосновании реляционной модели данных. Это понятие соответствует такому смысловому аспекту термина «модель», который понимается как средство, инструмент для моделирования.

Иерархическая модель данных

Иерархическая структура представляет совокупность элементов, связанных между собой по определенным правилам. Объекты, связанные иерархическими отношениями, образуют ориентированный граф (перевернутое дерево). К основным понятиям иерархической структуры относятся: уровень, элемент (узел), связь. К каждой записи базы данных существует только один (иерархический) путь от корневой записи.

Сетевая модель данных

Сетевая модель СУБД во многом подобна иерархической: если в иерархической модели для каждого сегмента записи допускается только один входной сегмент при N выходных, то в сетевой модели для сегментов допускается несколько входных сегментов наряду с возможностью наличия сегментов без входов с точки зрения иерархической структуры.

Реляционная модель данных

Эти модели характеризуются простотой структуры данных, удобным для пользователя табличным представлением и возможностью использования формального аппарата алгебры отношений и реляционного исчисления для обработки данных. Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц, которые представляют собой двумерный массив.

В рамках выполнения данного дипломного проекта я решила остановиться на реляционной модели данных, так как эта модель позволяет наиболее удобно представить данные рассматриваемой предметной области, поскольку таблицы наглядно отображаются содержащуюся в БД информацию.

Логическая модель данных описывает понятия предметной области, их взаимосвязь, а так же ограничения на данные, налагаемые предметной областью.

Работа с базой данных начинается с построения модели. Наиболее распространенной является ER-модель (entity-relationshipmodel). Она удобна при прототипировании (проектировании) информационных систем, баз данных, архитектур компьютерных приложений, и других систем (далее, моделей). С её помощью можно выделить ключевые сущности, присутствующие в модели, и обозначить отношения, которые могут устанавливаться между этими сущностями. Важно отметить, что сами отношения также являются сущностями (выделяются в отдельные графические блоки), что позволяет устанавливать отношения на множестве самих отношений. ER-модель является одной из самых простых визуальных моделей данных (графических нотаций).

На рисунке 1.6 представлена логическая структура БД программного комплекса, которая является реализацией диаграммы сущностных классов, представленных на рисунке 1.2.

Рисунок 1.6 - Логическая структура базы данных

1.9 Выбор технических средств и ресурсный анализ

После построения логической модели данной системы необходимо произвести расчеты требуемых ресурсов памяти и времени реакции (быстродействия) системы[10]. Эта оценка является приблизительной и должна характеризовать порядок величин при наихудших условиях функционирования системы. Расчет требуемых ресурсов памяти производится отдельно для внешней (долговременной) и оперативной памяти.

1.9.1 Расчет необходимого объема внешней памяти

Для расчета внешней памяти воспользуемся формулой:

,Мбайт (1.1)

- общий объём внешней памяти;

- объём внешней памяти, требуемый для хранения файлов операционной системы и её нормальной работы;

- объём внешней памяти, требуемый для хранения файлов СУБД;

- объём внешней памяти, требуемый для хранения записей БД и результатов выполнения функций;

- объём внешней памяти, необходимый для хранения информации.

Система работает под управлением операционной системы MicrosoftWindows7 с использованием MSSQLServer.

= 10000 Мбайт; = 20 Мбайт.

Срок хранения информации составляет пять лет, рассчитаем необходимое количество внешней памяти.

Данные расчетов сведены в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 - Расчет объёма данных

Таблица БД	Размер записи, байт	Max количество записей	Размер индекса, байт	Итого, байт
Вопрос	256	1000	24	24000
Ответ	256	4000	24	96000
Пользователь	56	10	4	40
Группа	56	100	4	400
Студент	56	1000	8	8000
Тест	36	1000	8	8000
Раздел	56	7	8	56
Преподаватель	56	10	8	80
ВопросОтветТест	256	4000	24	96000
ВопросОтвет	256	4000	24	96000
Итого:	328576

= 10 Мбайт;

= 40 Мбайт;

Сложив данные, получим:

= 10000 +20 + 10 + 40= 10070 Мбайт.

Таким образом, для сервера нам потребуется жесткий диск объемом 40 Гб.

1.9.2 Расчет необходимого объема оперативной памяти

Формула, используемая для расчета требуемой оперативной памяти, аналогична формуле (1.1).

Результаты расчета объема кэша для хранения данных в оперативной памяти приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 - Расчет объема буферизации

Таблица БД	Размер записи, байт	Мах количество записей	Размер индекса, байт	Итого, байт
Вопрос	256	1000	24	10100
Ответ	256	4000	24	32500
Пользователь	10	10	4	630
Группа	50	100	4	1260
Студент	100	1000	8	4200
Тест	100	1000	8	20700
Раздел	50	7	8	25000
Преподаватель	56	10	8	80
ВопросОтветТест	256	4000	24	96000
ВопросОтвет	256	4000	24	96000
			Итого	328576

Расчеты характеристик для сервера:

= 40 Мбайт.

= 4 Мбайт;

= 512 + 20 + 40 + 5 = 576 Мбайт.

Поскольку оперативная память комплектуется модулями стандартного размера от 128 Мбайт до 4 Гбайт, мы выбираем один модуль на 512 Мбайт для сервера.

Расчеты характеристик для клиента:

= 0 Мбайт;

= 0,65 Мбайт;

= 256+10+0+0,65=264,65 Мбайт.

Поскольку оперативная память комплектуется модулями стандартного размера от 128 Мбайт до 4 Гбайт, мы выбираем один модуль на 512 Мбайт для клиента.

1.9.3 Скорость передачи данных

7п= Vд / Vпр,(1.2)

7п - скорость передачи данных;

Vд - объем данных;

Vпр - пропускная способность;

Vпр = 56 Кбит/с (как наихудшее соединение);

Vд = 30 символов*2 бита=60бит = 0,06 Кбит;

7п = 0,06 Кбит / 56 Кбит/с = 0,001071 c.

0,001071 c. - скорость передачи данных при наихудшем соединении.

1.9.4 Требования к комплексу технических средств

Сервер:

- процессор класса Pentium с тактовой частотой 1,8 ГГц и выше;

- рекомендуемый объем оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 512 Мбайт;

- жесткий диск емкостью не менее 40 Гбайт;

- видеокарта может быть любой, т.к. нет требований к производительности видеосистемы.

Клиент:

- процессор класса Pentium с тактовой частотой 1,4 ГГц и выше;

- рекомендуемый объем оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 512 Мбайт;

- жесткий диск емкостью не менее 40 Гбайт;

- видеокарта может быть любой, т.к. нет требований к производительности видеосистемы.

2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Выбор и обоснование архитектуры системы

Для реализации проекта была выбрана двухуровневая архитектура клиент-сервер. Получила распространение с начала 1990-х годов на фоне роста рынка персональных компьютеров. Технология "клиент-сервер" разделяет информационную систему на два уровня: представления и хранения данных[10].

Первый уровень - клиентские компьютеры с прикладными программами, с помощью которых пользователи обращаются по сети к базе данных.

Второй уровень - сервер с размещенной на нем базой данных.

Благодаря двухуровневой архитектуре снижается нагрузка на информационную сеть, поскольку передаются только запросы и ответы на них.

Другой важнейший принцип клиент-серверной архитектуры: информация вводится в систему только один раз. Благодаря этому отпадает необходимость дублирования одних и тех же данных работниками различных подразделениях предприятия, что резко снижает риск ошибок в информационной системе. Архитектура представлена на рисунке 2.1.



Рисунок 2.1 - Архитектура системы

В целях расширяемости и дальнейшего развития было принято реализовать систему с применением модульной архитектуры. Библиотеки, используемые в реализации, являются стандартными и находятся в свободном доступе. Эти библиотеки реализуют стандартные методы и средства. Другая составная часть системы -- пользовательский интерфейс клиента, использующего классы и методы библиотек визуализации. Эти библиотеки называются TelerikRadControls. Они делают интерфейс более «гладким» и приятным при долговременной работе. Также выделен отдельный модуль для взаимодействия с базой данных.

2.2 Выбор и обоснование средств комплекса программно-технических средств

2.2.1 Выбор операционной системы

Для нормального функционирования системы должна стоять операционная система Windows[11]. Последние 10 лет Windows -- самая популярная операционная система на рынке персональных компьютеров. Системы Windows работают на платформах x86, AMD64, IA-64. В настоящее время MicrosoftWindows установлена более чем на 90% всех персональных компьютеров и рабочих станций. В России до начала 2000-х годов почти все персональные компьютеры продавались с предустановленной системой Windows. Операционная система Windows предоставляет удобные механизмы для управления работой приложений, а также предоставляет интуитивно-понятный интерфейс для пользователя.

2.2.2 Выбор языка программирования и среды азработки

В качестве языка программирования был выбранC#/Asp.netMVC в среде MSVisualStudio 2010 Premium[12].

Создатели языка C# постарались воплотить в своем "детище" все лучшие, по их мнению, идеи объектно-ориентированных языков программирования. За основу был взят C++, масса полезных идей была заимствована из Objective C и SmallTalk, кое-что - из других языков.

Перечень свойств языка C#, которыми особенно гордятся его создатели это простота. Описание языка занимает всего 60 страниц, его вполне можно прочитать за один вечер. Тем, кто знает C++, изучить этот язык будет особенно просто. Ещё одно преимущество - это объектная ориентированность. Концепция объектно-ориентированного программирования реализована в C# весьма строго: в нем нет данных, не являющихся объектами, нет и функций, не являющихся методами какого-либо объекта. Сетевая работа - это ещё одно преимущество. Средства работы в сети.C# хорошо приспособлен для работы в сетях, использующих протокол TCP/IP. Интерпретируемость. Надежность. Язык строго типизирован, стало быть, значительная часть ошибок может быть выявлена на стадии компиляции. Безопасность. Поскольку C# изначально планировался для создания коммерческих приложений, которые не только могут распространяться по сетям, но и сами способны работать с сетями, разработчики языка постарались уделить безопасности максимум внимания.

Динамичность языка вполне обосновывает его выбор. Язык C# динамичен, он открыт для новаций, обновлений. По умолчанию все классы являются расширяемыми, а методы виртуальными, хотя при желании можно запретить дальнейшую модификацию класса или метода.

Переносимость и нейтральность относительно архитектуры. В C# можно учесть, что система будет работать под разными архитектурами, а соответственно написать код, который будет оптимизирован как для всех архитектур, так и для отдельных.

Многопоточность - это безусловное преимущество для каждого языка, им обладает и C#.

Автоматическая сборка мусора. Сборщик мусора встроен в виртуальную машину. Он работает в фоновом режиме, осуществляя поиск потерянных объектов и освобождая занятую ими память.

Работа с исключениями. Язык содержит все необходимые средства для корректной работы со всеми объектами и ресурсами в случае возникновения исключительных ситуаций. Высокая производительность. По скорости работы С#-приложения вполне соизмеримы с приложениями, разработанными на языках C и C++, оказываясь иногда производительнее последних.

Обоснование выбора среды MSVisualStudio 2010 Premium:

- малый объем;

- простота в использовании;

- авто-завершение текста в некоторых случаях;

- поддержка TFS;

- полезные функции;

- полностью настраиваемый интерфейс.

Для обновления не требуется скачивать всю программу заново, достаточно лишь принять обновления, когда VS попросит вас это сделать.

2.2.3 Выбор СУБД

В качестве системы управления базами данных (СУБД) был выбран MSSqlServer 2008 r2[13].

SQL Server 2008 R2 представляет собой защищенную, надежную и масштабируемую платформу для приложений, критически важных для бизнеса, которая позволяет снизить временные затраты, а также затраты на управление всеми типами данных. Он позволяет упростить разработку управляемых данными приложений, обеспечивая также передачу необходимых сведений для всех пользователей, в любом месте.

Система SQL Server 2008 r2 отталкивается от концепции платформы данных Майкрософт: она упрощает управление любыми данными в любом месте и в любой момент времени. Она позволяет хранить в базах данных информацию, полученную из структурированных, полуструктурированных и неструктурированных источников, таких как изображения и музыка. В SQL Server 2008 имеется большой набор интегрированных служб, расширяющих возможности использования данных: вы можете составлять запросы, выполнять поиск, проводить синхронизацию, делать отчеты, анализировать данные. Все данные хранятся на основных серверах, входящих в состав центра обработки данных. К ним осуществляется доступ с настольных компьютеров и мобильных устройств. Таким образом, вы полностью контролируете данные независимо от того, где вы их сохранили.

2.3 Диаграммы поведения

2.3.1 Диаграмма последовательности

Для моделирования взаимодействия объектов в языке UML используются соответствующие диаграммы взаимодействия. Так, взаимодействия объектов можно рассматривать во времени, и тогда для представления временных особенностей передачи и приема сообщений между объектами используется диаграмма последовательности.

На диаграмме последовательности изображаются объекты, которые непосредственно участвуют во взаимодействии и не показываются возможные статические ассоциации с другими объектами. Для диаграммы последовательности ключевым моментом является именно динамика взаимодействия объектов во времени.

Диаграмма последовательности ведения справочника кодов бюджетной классификации приведена на рисунке 2.2.

Основными объектами на этой диаграмме выступают:

Администратор БД - активный объект, инициирующий запросы и получающий результаты их обработки.

Главная форма приложения - главная форма приложения.

Дерево справочников-форма, позволяющая администратору выбрать справочник.

Окно детализации - окно позволяющее работать с записями.

Менеджер СУБД - формирует запросы к БД.

Рисунок 2.2 - Диаграмма последовательности работы со справочником вопросов

2.3.2 Диаграмма кооперации

Диаграмма кооперации - это динамическая модель системы обмена сообщений между объектами.

Кооперация - описание общего расположения объектов и связей, которые взаимодействуют для обеспечения некоторого поведения (например, такого, как вариант использования или операция).

Кооперация имеет статическую и динамическую части. В статической описываются роли, которые могут играть объекты и их связи в экземпляре данной кооперации. Динамическая состоит из одного или более взаимодействий, характеризующихся потоками сообщений, которыми обмениваются между собой участники коопераций.

Диаграмма кооперации «Тестирование студента» представлена на рисунке 2.3.

Основными объектами на этой диаграмме выступают:

Форма авторизации, позволяющая предоставить права пользователям на выполнение определенных действий.

Студент - активный объект, проходящий тестирование.

Форма прохождения тестирования, выводящая на экран вопросы и ответы.

Форма вывода результатов выводит на экран результаты по итогам тестов.



Рисунок 2.3 - Диаграмма кооперации «Тестирование студента»

2.3.3 Диаграмма компонентов

Диаграмма компонентов - диаграмма, на которой изображены типы компонентов и зависимости между ними. Компонент - часть физической реализации системы, которая имеет законченную функциональность и реализует один или несколько интерфейсов. Интерфейс - дескриптор для видимых операций класса данного компонента, не раскрывающий его внутреннюю структуру. Интерфейсы тоже представляют собой классы и могут иметь операции и обмениваться сообщениями.

Состав и взаимодействие модулей системы представлен в виде диаграммы компонентов. Диаграмма компонентов представлена на рисунке 2.5. На данной диаграмме представлены компоненты системы. Все страницы информационной системы генерируются на основе мастер страницы, поэтому от компонента _layout.cshtml зависят все *.cshtml страницы. Компонент web.config определяет доступ к определенным страницам, поэтому все страницы зависит от данного компонента. Стиль оформления описан в файле style.css.



Рисунок 2.5 - Диаграмма компонентов системы

2.3.4 Диаграмма развертывания

Диаграмма развёртывания - диаграмма, на которой изображается конфигурация для работающих узлов и экземпляров компонентов, а также объектов, которые на них существуют.

Диаграмма развертывания предназначена для визуализации элементов и компонентов программы, существующих лишь на этапе ее исполнения. При этом представляются только компоненты-экземпляры программы, являющиеся исполняемыми файлами или динамическими библиотеками. Те компоненты, которые не используются на этапе исполнения, на диаграмме развертывания не показываются. Так, компоненты с исходными текстами программ могут присутствовать только на диаграмме компонентов. На диаграмме развертывания они не указываются.

На диаграмме развертывания, изображенной на рисунке 2.6, показаны основные компоненты, которые должны располагаться на сервере (серверная часть) - необходимое дополнительное программное обеспечение (ПО), библиотеки и файлы приложения, а также показаны рабочие места, взаимодействующие с системой через тонкий клиент. Для каждого рабочего места указаны требования к дополнительному ПО. Протокол работы между клиентом и сервером также указан на диаграмме.

Рисунок 2.6 - Диаграмма развертывания системы

2.4 Разработка физической модели базы данных

Физическая схема базы данных - это таблицы базы данных с атрибутами, ключевыми полями, связями между таблицами[14].

Физическая схема базы данных представлена на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 - Физическая модель базы данных системы

Основными компонентами физической базы данных являются физические блоки, хранимые записи, указатели, данные переполнения и промежутки между блоками. Взаимосвязи между хранимыми записями, возникающие в результате их группирования или использования индексных структур, могут также рассматриваться как часть физической структуры.

Результатом физического проектирования является полностью готовая к внедрению структура БД. Физическая модель данных ориентирована на конкретную СУБД.

Логический уровень позволяет давать объектам имена более понятные специалистам предметной области. На физическом уровне объекты БД необходимо называть так, как того требуют ограничения СУБД (например, словами, состоящими из латинских букв, без использования специальных символов).

Переход на физический уровень достигается определением названий таблиц, соответствующих сущностям, а также названия и типы данных для полей, представляющих атрибуты сущностей. С точки зрения реляционной БД таблица (сущность) состоит из набора строк (кортежей) и столбцов (атрибутов). Каждый столбец таблицы предназначен для хранения данных определенного типа.

Соответствие названий таблиц базы данных названиям отношений приведено в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Соответствие между отношениями и таблицами базы данных

Название отношения (логический уровень)	Название таблицы (физический уровень)
Вопрос	Question
Ответ	Answer
Тип_ОН	QuestAnsw
Тест	Test
Тестирование	Testing
Вопрос_Ответ_Тестирование	QuestAnsTesting
Вопрос_Тест	TestQuest
Продолжение таблицы 2.1
Пользователь	User
Раздел	SubjectPart
Студент	Student
Группа	Group

2.5 Описание реализации системы

Модульность - это свойство программы, связанное с разбиением ее на ряд ее отдельных фрагментов, которые компилируется по отдельности, но могут устанавливать связи между собой.

Разработанная информационная система состоит из нескольких модулей. Наиболее важные модули представлены ниже:

- Client;

- DataAccessLayer;