Интернет-система аттестационного тестирования по информатике

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:

Интернет система аттестационного тестирования по информатике

СТУДЕНТА ГИП-110:

Полякова Романа Сергеевича

РЕФЕРАТ

Дипломный проект.

ИНТЕРНЕТ СИСТЕМА АТТЕСТАЦИОННОГО ТЕСТИРОВАНИЕ ПО ИНФОРМАТИКЕ

Объектом данного дипломного проекта является усвоение знаний по дисциплине «Информатика»

Предмет - эффективность усвоения студентами знаний по дисциплине «Информатика» с помощью автоматизированной информационной системы тестирования.

Цель проекта - повышение качества знаний по дисциплине «Информатика», за счет предоставлением студентам возможности тренировки своих знаний на высококачественной базе тестов.

Задачи проекта - Увеличение

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.

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

Данный дипломный проект содержит исследовательский раздел, в котором проведен анализ по полученным результатам.

ВВЕДЕНИЕ

Эффективность использования компьютеров в обучении в настоящее время общепризнанно, оно постепенно становится неотъемлемой частью учебного процесса. Современные информационные технологии открывают широкие возможности построения процесса обучения в различных сферах, обеспечивают новый качественный уровень приобретения знаний и приводят к пересмотру принципов и методов учебных взаимодействий. Традиционные методы приобретения знаний уже не обеспечивают высокое качество и скорости обучения. Развитие тестирующих систем в настоящее время идет в направлении придания им свойства адаптации целям и условиям обучения. Принципы обучения имеют прямое отношение к разработке систем обучения. Рассмотрим кратко каждый из этих принципов:

процесс обучения проходит быстрее и знания усваивается глубже, если учащийся проявляет активный интерес к изучаемому предмету.

процесс обучения является более эффективным, если формы приобретенных знаний и навыков таковы, что без труда могут быть перенесены в условия «реальной жизни».

видимость результата своей работы стимулирует выполнение очередного задания. Трудности, которые учащемуся необходимо преодолевать, должны возникать перед ним последовательно, одна за другой, а успешное их преодоление развивать высокий уровень активности.

Поскольку обучение само по себе индивидуально, процесс обучения следует организовать так, чтобы каждый ученик мог проходить программу в соответствии своим индивидуальным потребностям.

Таким образом, на лидирующие позиции в настоящее время выходят системы, которые эффективно обеспечивают персонификацию процесса обучения. Это стало возможно на основе создания электронных курсов.

В результате данной работы должна быть разработана автоматизированная информационная система, позволяющая оценивать полученные знания студентов по курсу «Информатика» посредством тестирования; вести справочную информацию и формировать отчеты по результатам тестирования; вести учет статистики прохождения теста, пройденных студентом.

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. СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание предметной области

1.1.1 Эволюция систем тестирования

В настоящее время создано довольно большое количество автоматизированных систем тестирования и средств их создания. По виду представления учебного материала их можно разделить на три основных вида - в виде простого, мультимедиа или гипертекстового документов. Идея обучения и тестирования с помощью компьютера появилась давно. Первые попытки относятся к концу 50-х годов. В то время уже имелась возможность «общения» человека с компьютером посредством используемого в качестве устройства ввода/вывода телеграфного аппарата-телетайпа. Надлежащим образом запрограммированный компьютер заносит в свою память набираемый человеком на клавиатуре телетайпа текст запроса, а по окончании ввода этого текста производит некоторый анализ его и печатает на телетайпе заранее заготовленный, или конструируемый из подходящих элементов текст ответа. Или проще - компьютер выдает на телетайп текст вопроса или условия задачи и ждет ввода с клавиатуры ответа, который затем сверяется с имеющимся эталоном, чтобы выдать оценку: верно/неверно. С тех пор во всем мире ведутся непрерывные научные поиски решения проблемы эффективного и дешевого способа обучения с помощью компьютера [1].

Можно выделить несколько этапов развития систем в качестве методов организации тестирования:

клиентское приложение, когда все вопросы и результаты хранятся на одном терминале;

клиент-серверное приложение, когда для прохождения теста требует установка программного обеспечения и подключение к сети;

web-тестирование, когда участнику достаточно иметь браузер и выход в Интернет;

системы удаленного обучения и тестирования, когда существует информационное пространство в интернет сети, в котором участник может получать знания и самостоятельно проверять успеваемость.

Задача разработки системы тестирования и мониторинга знаний студентов выполняется группой людей, являющихся специалистами в своих областях:

преподавателями, составляющими вопросы, разделы и тесты;

программистами, организующими архитектуру приложения;

специалистами по сетям, формирующими условия снижения нагрузки.

Создание системы тестирования можно разбить на следующие подзадачи:

определение условий проведения тестирования;

организация учебной нагрузки;

создание архитектуры приложения;

разработка математического аппарата;

средства применения математического аппарата;

создание системы управления тестированием;

создание системы анализа результатов и формирования отчетов.

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 Аналитический обзор систем аналогов

1.3.1 Система тестирования лаборатории ММИС

Развитая технология тестирования является эффективным средством контроля знаний на любых стадиях учебного процесса. Программный комплекс «Студия визуального тестирования» позволяет автоматизировать контроль знаний студентов, включая создание набора тестовых заданий, проведение тестирования студентов и анализ результатов [2].

Комплекс состоит из модулей:

редактор тестов - для создания тестовых заданий;

редактор сценариев - для задания параметров тестирования студентов;

тестовая оболочка - для проведения тестирования в образовательном учреждении;

результаты тестирования - для анализа и просмотра результатов тестирования;

списки студентов - для управления списками групп и студентов;

администрирование - для управления безопасностью программного комплекса.

Редактор тестов позволяет создавать тестовые задания различных видов: Да/Нет, выбор одного или нескольких правильных ответов, ввод числа или слова, установление последовательности и соответствия. При создании текста можно использовать формулы, рисунки и сложное форматирование.

В редакторе сценариев можно выбрать, какие задания использовать в тестировании из одного или нескольких тестов, задать время и количество заданий, определить режим тестирования.

На основе созданного теста можно провести тестирование как на компьютерах, так и на бумажных бланках, автоматически сформированных программой.

Для определения оценки могут использоваться два алгоритма, один из которых учитывает статистическую погрешность угадывания правильного варианта ответа. Единая база данных хранит задания и накапливаемую статистику тестирования, которую можно использовать для оценки качества тестовых заданий и совершенствования теста.

Для обеспечения безопасности используется многоуровневая система управления доступом, шифрование, парольная или Windows-аутентификация и аудит событий.

Система тестирования может использоваться как отдельная система, так и в связке с другими системами автоматизации. В этом случае автоматически загружаются списки студентов из ИС «Деканат» и результаты тестирования могут экспортироваться в ИС «Электронные ведомости».

Итогом проведения тестирования является отчет с результатами контроля. При необходимости можно просмотреть, на какие вопросы был дан неправильный ответ.

Система поддерживает функции полнотекстового поиска, централизованного задания стиля оформления, поиска повторяющихся заданий, а также экспорта и импорта тестов из файлов.

В результате использования автоматизированной системы тестирования:

производительность труда преподавателя во время контрольных мероприятий возрастает в 8-10 раз;

исключается субъективность при оценке знаний;

использование тестирования как входного контроля перед экзаменом;

созданный банк тестовых заданий можно использоваться повторно;

результаты тестирования могут быть использованы при анализе успеваемости и качества тестовых заданий.

1.3.2 Система Интерактивного Тестирования Знаний «СИнТеЗ»

Система Интерактивного Тестирования Знаний «СИнТеЗ» представляет собой инструмент для создания тестов, проведения тестирования и анализа полученных результатов [3].

Результаты прохождения выводятся учителю в виде отчета. Отчеты бывают двух типов: общий отчет по классу и подробный отчет по ученику.

Отчет по классу включает в себя число правильных и неправильных ответов, средний балл и отметку, как для каждого ученика, так и для класса в целом.

Отчет по ученику включает в себя, во-первых, список всех заданных вопросов с указанием ответа ученика и правильных вариантов, во-вторых, число правильных и неправильных ответов и средний балл за весь тест с разбивкой по темам, и, наконец, рекомендуемую системой отметку.

Помимо текстовых отчетов имеется возможность просматривать диаграммы успеваемости каждого ученика.

После того, как тест пройдет достаточно большое количество учеников, учитель может просмотреть статистику по тесту, благодаря чему он может узнать, сколько процентов учеников справились, а сколько не справились с тем или иным заданием, узнать типичные ошибки и получить среднюю успеваемость учеников по тому или иному тесту.

Что же касается модуля «Ученик», то его функциональные возможности в системе минимальны: с его помощью можно лишь сдавать тесты. Нужный тест выбирается из списка опубликованных тестов, который, как я уже говорил, предварительно формируется учителем. Если учитель сочтет это нужным, после сдачи теста ученики смогут увидеть, на какие вопросы они ответили правильно, а на какие неправильно.

Таковы основные возможности Системы Интерактивного Тестирования Знаний «СИнТеЗ». Она достаточно универсальна и может использоваться не только в школе или в вузе, но и в любых других местах, где возникает необходимость проверять знания путем тестирования.

1.3.3 Другие системы тестирования

Так же был проведен анализ других аналогичных систем тестирования (в том числе три иностранных):

Федеральный Интернет-экзамен в сфере профессионального образования [4];

IELTS [5];

BAMS [6];

WebFormDrupal [7].

1.3.4 Сравнительный анализ систем тестирования для вузов

Таблица 1.1 - Сравнительный анализ систем тестирования для вузов

Сравнительный анализ, приведенный в таблице 1.1, показывает, что большинство систем тестирования позволяют осуществлять мониторинг успеваемости, управление качеством обучения, хранение и обработку информации о проведенных тестах.

Проанализировав ситуацию, можем перейти к формулировке задач разрабатываемой системы «Интернет система тестирования информатика» (ИСТИ)

1.4 Математическая модель, используемая в дипломном проекте

В работе используется несложный математический аппарат, выполняющий обработку большого количества данных, с учетом выбранных категорий:

анализ средних результатов по дисциплине, факультету, кафедре, преподавателю, группе, индивидуальная успеваемость, тест, дидактическая единица;

каждый конкретный вопрос рассматривается с точки зрения формулировки (правильная ошибочная) и сложности;

оцениваются результаты тестирования - применялся ли случайный выбор ответов;

сравнительный анализ нормального распределения результатов.

Для более подробного описания введем несколько определений.

Дисциплина «Информатика» имеет несколько дидактических единиц, в дальнейшем, обозначающимися индексом i, который изменяется от 1 до N.

Вектор Bi определят текущий балл студента по i-той. Пороговые значения для каждого раздела определяются преподавателем самостоятельно в момент оценки успеваемости студента. Но, для разработки математической модели введем вектор пороговых значений Ai, для каждогораздела равно 50%. Раздел считается зачтенным, если текущая оценка Ai>Bi.

Введем оператор F(x,y):

(1.1)

(1.2)

Очевидно, что на момент окончания изучения дисциплины (сдачи дисциплины) величина X примет значение N - студент освоил все дидактические единицы.

Успеваемость студента можно посчитать как:

(1.3)

Величину Y можно использовать как предварительную (рекомендованную) оценку студента на экзамене или зачете.

Аналогичные расчёты проводятся для оценки результатов по тестам и курсам. Так же они применимы для общей оценки деятельности преподавателя и других дисциплин.

1.5 Основные цели

Цели создания ПК ИСТИ можно представить в виде дерева:

Рисунок 1.2 - Дерево целей

Таблица 1.2 - Измеряемые параметры для дерева целей ПК «ИСТИ»

ЦЕЛЬ	ПАРАМЕТРЫ
Увеличение объема знаний студента и постоянная проверка на его остаточные знания	Количество правильных ответов после прохождения тренировочного тестирования, выраженных в процентах Темп прироста полученных дополнительных знаний в процессе обучения через систему начального и конечного тестирования
Разработка тестовых заданий по отдельным тематикам и дисциплинам	Методика разработки вопросов теста, их актуальность, новаторство; Распределение тестов по определенной тематике дисциплины; Возможность составления аттестационного тестирования дисциплины через выборку из совокупности всех вопросов различных тематик (из каждой темы 1-2 вопроса)
Эргономичность и удобство работы с «ИСТИ»	Эффективность применения интернет системы аттестационного тестирования Возможность пропуска вопроса и возврата к нему на определенном этапе Анализ сложности (простоты) вопроса по результатам тестирования Вывод итогового отчета после прохождения теста (количество правильных/неправильных ответов; пояснения к вопросам, на которые были даны неправильные ответы; процентное соотношение).

Дерево задач, изображенное на рисунке 1.3 представляет иерархию работ, выполняемых для достижения поставленных целей.

Рисунок 1.3 - Дерево задач ПК «ИСТИ»

Дерево функций, изображенные на рисунке 1.4, отражает функции, выполняемые комплексом.



Рисунок 1.4 - Дерево функций ПК «ИСТИ»

1.6 Модель анализа UML

1.6.1 Модель анализа 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.

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.

1.6.2 Диаграмма вариантов использования

Актанты:

«Пользователь» - обобщение для всех видов пользователей. Может смотреть результат тестирования Может пройти пробное или аттестационное тестирование

«Преподаватель» - пользователь, который имеет доступ к редактированию вопросов теста и может смотреть результат тестирования.

«Студент» - Может пройти тренировочное или аттестационное тестирование.

«Администратор» - может вести справочную информацию, управлять пользовательскими настройками и встраивать в систему некий набор стандартных данных.

Варианты использования:

управление БД, позволяет администратору вносить изменения в текущую конфигурацию базы данных;

резервирование БД, позволяет администратору сохранять копию текущей информации;

восстановление БД, позволяет администратору восстанавливать сохраненную ранее информацию;

администратору тору вносить изменения в существующий список курсов;

ведение справочной информации по преподавателям, позволяет администратору вносить изменения в существующий список преподавателей;

создание нового теста и редактирование, позволяет преподавателю создавать новый тест или редактировать существующий;

выбрать категорию теста, позволяет преподавателю создавать выбрать категорию теста;

введение списков вопросов и ответов, позволяет преподавателю создавать новые вопросы и ответы или редактировать существующие;

ведение списка ответов, позволяет преподавателю редактировать ответы относящиеся к текущему вопросу

просмотр результата тестирование, позволяет преподавателю просмотреть отчеты студентов, курсов и вопросов;

посмотреть отчет по курсам, позволяет преподавателю посмотреть отчет по курсам;

посмотреть отчет по студентам, позволяет преподавателю посмотреть отчет по студентам;

посмотреть отчет по вопросам, позволяет преподавателю посмотреть отчет по вопросам;

просмотр успеваемости, позволяет преподавателю и сотрудникам деканата следить за успеваемостью студентов;

прохождение аттестационного или тренировочного тестирования, позволяет студенту пройти аттестационный или тренировочный тест из списка.

выбрать наименование теста, позволяет студенту выбрать тест из списка.



Рисунок 1.5 - Диаграмма вариантов использования

1.6.3 Сценарии вариантов использования

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

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 «Аттестационное тестирование».

А1:Студент щелкает по вкладке «Тренировочное тестирование».

2. Система открывает форму со списком разделов теста. Содержимое представляет собой таблицу с полями: «Название теста». Система открывает форму со списком тестов. Содержимое представляет собой описание теста, сколько количество вопросов. Снизу на форме расположена кнопка «Начать тестирование»

3. Студент нажимает на ссылку «Начать тестирование».

4. Система выводит перечень вопросов и вариантов ответа на каждый. На форме расположены кнопки «Ответить».

5. Студент отвечает на вопросы, выбирая нужный вариант ответа, и нажимает на кнопку «Ответить».

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

Операция проведена успешно.

Раздел альтернатив:

А1:Нажата кнопка, назад выполняется пункт 1 основной последовательности».

А2: Ответ не выбран

А2.2: Система не открывает кнопку «ответить».

Актант: Администратор

Предусловия: Осуществлен вход в систему учетной записью с правами администратора, выбран пункт меню статистика.

Основной поток событий

1. Администратор щелчком левой кнопки мыши по элементу списка вариант «Отчеты».

2. Система отображает форму с кнопками, описывающими варианты

просмотра статистики.

3. Администратор выбирает вариант «По студентам».

А1: Администратор нажал кнопку «По группам».

А2: Администратор нажал кнопку «По вопросам».

4. Система отображает на экране форму, с элементами позволяющими выбрать курс и студента.

5. Администратор выбирает из списка курс и пользователя для просмотра отчета.

6. Система открывает окно с содержащее отчет по всем тестам пройденным пользователем.

А3: Закрытие окна статистики.

7. Администратор, закончив просмотр данных, закрывает страницу.

Альтернативы

А1: Пользователь нажал кнопку «Отчет по студентам».

А1.1 Администратор выбирает из списка курс и тест.

А1.2 Система открывает окно содержащее отчет студентов по выбранному тесту.

А1.3 Администратор закончив просмотр данных закрывает страницу.

А2: Администратор нажал кнопку «Статистика по группе».

А2.1 Администратор выбирает из списка группу и тест.

А2.2 Система открывает окно содержащее статистику по пройденным тестам по выбранному курсу.

А2.3 На экран выводится общая статистика и график, по группе по выбранному тесту.

А2.4 Администратор, закончив просмотр данных, закрывает страницу.

Постусловия: При успешном завершении на экране отображается статистика пользователя в выбранном виде.

1.6.4 Диаграмма сущностных классов

Описывает на логическом уровне структуру базы данных (рисунок 1.6), которую можно увидеть в пункте

Рисунок 1.6 - Диаграмма сущностных классов

Диаграмма сущностных классов представляет собой упрощенную схему данных. Сущность «Разделы» - отражает наименование разделов и вариант вопроса. Сущность «Вопросы» - отражает наименования вопросов и номер правильного ответа. Сущность «Студенты» - отражает характеристики некоторых пользователей системы

Сущность «Курсы» - содержит разделение индикаторов в группы индикаторов.

Сущность «Преподаватель» - отражает характеристики некоторых пользователей системы

1.6.5 Диаграмма граничных классов

Граничные классы: объекты этих классов реализуют интерфейсы системы с внешней средой и различными пользователями

Сущности в диаграмме соответствуют основным интерфейсам программного комплекса

«Форма работы преподавателя» - форма для просмотра и редактирования справочников, отчетов, для преподавателя.

«Форма работы администратора» - форма ведения справочников

«Главная страница» - форма для вывода авторизации

«Форма авторизации» форма для ввода логин-парольной фразы для входа в систему.

«Форма работы студента» - форма для прохождения тестирования студентам.



Рисунок 1.7 - Диаграмма граничных классов

«Форма выбор теста» - форма для выбора теста.

«Форма прохождения теста» - форма для прохождения теста и вывода результата.

«Форма вывода результата» - форма для вывода результата тестирования после прохождения.

«Меню введение справочников» - форма для ведения всех справочников.

«Форма справочников о пользователях» - форма для ведения справочников всех пользователей.

«Форма справочников о курсах» - форма для ведения справочников всех курсов.

«Форма справочников о тестах» - форма для ведения справочников всех тестов

«Форма справочников разделов» - форма для ведения справочников всех разделов.

«Форма справочников о ответах» - форма для ведения справочников всех ответов.

«Форма справочников вопросах» - форма для ведения справочников всех вопросов.

1.6.6 Диаграмма классов управления

Классы управления: объекты этих классов являются активными, берущими на себя управление и организацию вычислительных процессов; чаще всего это стандартные компоненты операционных систем и систем управления базами данных (СУБД), таймеры, координаторы и т.п. Диаграмма классов управления разрабатываемой системы представлена на рисунке 1.9

Рисунок 1.8 - Диаграмма классов управления

1.6.7 Схема сложного алгоритма

При входе в процедуру ей передается адрес перехода, категория пользователя и параметры для функциональной обработки. В общем случае, процедура формирования страницы отображена на рисунке 1.13. Стоит отметить, что формирование страницы может происходить по двум направлениям. В случае, когда в базе данных храниться исходный код страницы, то результат запроса просто выводится на экран. Если же в записи стоит отметка о выполнении содержимого, то информация перенаправляется оператору обработки контента с точки зрения php интерпретатора.

Рисунок 1.10 -Схема процедуры формирования страницы сайта

Наиболее сложным алгоритмом системы является формирование результатов тестирования, т.к. при передаче ему параметров формируются запросы различной длины и неопределенного количества строк, что приводит к продолжительной работе системе при вычислении параметров. Блок-схема этой операции показана на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 - Схема процедуры расчёта результатов тестирования

1.6.8 Диаграмма состояний

Диаграмма состояний - это, по существу, диаграмма состояний из теории автоматов со стандартизированными условными обозначениями, которая может определять множество систем от компьютерных программ до бизнес-процессов.



Рисунок 1.12 - Диаграмма состояний

1.6.9Логическая структура базы данных

ER - модель данных соответствует диаграмме сущностных классов. Назначение всех сущностей описано в разделе диаграммы сущностных классов.

Рисунок 1.13 - ER модель базы данных

2. КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

2.1 Архитектура и платформа реализации, включая ОС, язык программирования, СУБД

Выбор архитектуры системы - очень важная задача, с которой, собственно, начинается реализация системы.

Архитектура информационной системы (программного комплекса) - концепция, определяющая основные элементы информационной системы, характер и топологию взаимодействия этих элементов, а также представляющая логическую, функциональную и физическую организацию технических и программных средств в сети.

Выбор архитектуры производился из трёх основных типов:

- клиент-серверная двухзвенная (two-tier) - при таком типе архитектуры, система состоит из двух компонентов: сервера баз данных (включающего в себя БД и СУБД), и рабочих станций, на которых будут находиться клиентские приложения. Особенностью этой архитектуры является тот факт, что клиентские приложения обращаются к СУБД напрямую;

- клиент-серверная трехзвенная (частный случай multi-tier) - этот тип характеризуется наличием трех звеньев приложения: клиентских станций, сервера приложений и сервера базы данных;

- локальная - при использовании этой архитектуры все компоненты системы находятся на одном компьютере [6].

Для реализации нашей задачи, в нашем случае, было бы логично отделить бизнес-логику приложения и БД от клиентской станции. Такой подход исключает локальную архитектуру приложения. Количество запросов к БД не характеризуется большим числом, следовательно, в трехзвенной архитектуре нет необходимости. Таким образом, был сделан в пользу двухзвенной клиент-серверной архитектуры.

Так как логика приложения содержится в сервере, необходим сервер приложений для её поддержки. Клиентские станции должны обеспечивать пользователя только лишь представлением информации, поэтому контактировать с системой предлагается через веб-браузер. База данных должна находиться на сервере. При таком подходе достаточно локальной СУБД

Язык программирования - формальная знаковая система, строго определенный набор синтаксических и семантических правил, используемых при написании программы.

2.2.1 Выбор операционной системы

Для нормального функционирования системы должна стоять операционная система Windows[20]. Последние 10 лет Windows -- самая популярная операционная система на рынке персональных компьютеров. Системы Windows работают на платформах x86, AMD64, IA-64. В настоящее время MicrosoftWindowsустановлена 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 разработки

В качестве языка программирования был выбран PHP в среде MSVisualStudio 2010 Premium [21].

PHP - язык программирования, специально разработанный для написания web-приложений (скриптов, сценариев), исполняющихся на Web-сервере. Синтаксис языка во многом основывается на синтаксисе C, Java и Perl. Он очень похож на С и на Perl, поэтому для профессионального программиста не составит труда его изучить. С другой стороны, язык PHP проще, чем C, и его может освоить веб-мастер, не знающий пока других языков программирования.

Огромным плюсом PHP, в отличие от, например, JavaScript, является то, что PHP-скрипты выполняются на стороне сервера. PHP не зависит от скорости компьютера пользователя или его браузера, он полностью работает на сервере. Пользователь даже может не знать, получает ли он обычный HTML-файл или результат выполнения скрипта. Сценарии на языке PHP могут исполняться на сервере в виде отдельных файлов, а могут интегрироваться в html страницы.

PHP способен генерировать и преобразовывать не только HTML документы, но и изображения разных форматов - JPEG, GIF, PNG, файлы PDF и FLASH. PHP способен формировать данные в любом текстовом формате, включая XHTML и XML.

Язык программирования PHP, особенно в связке с популярнейшей базой данных MySQL - оптимальный вариант для создания интернет-сайтов различной сложности.

Язык PHP постоянно совершенствуется, и ему наверняка обеспечено долгое доминирование в области языков web -программирования.

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 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.

В UML диаграмма последовательности имеет как бы два измерения. Первое слева направо в виде вертикальных линий, каждая из которых изображает линию жизни отдельного объекта, участвующего во взаимодействии. Крайним слева на диаграмме изображается объект, который является инициатором взаимодействия. Правее изображается другой объект, который непосредственно взаимодействует с первым. Таким образом, все объекты на диаграмме последовательности образуют некоторый порядок, определяемый очередностью или степенью активности объектов при взаимодействии друг с другом.

Вторым измерением диаграммы последовательности является вертикальная временная ось, направленная сверху вниз. Начальному моменту времени соответствует самая верхняя часть диаграммы. Взаимодействия объектов реализуются посредством сообщений, которые посылаются одними объектами другим. Сообщения изображаются в виде горизонтальных стрелок с именем сообщения, а их порядок определяется временем возникновения. То есть, сообщения, расположенные на диаграмме последовательности выше, инициируются раньше тех, которые расположены ниже. Масштаб на оси времени не указывается, поскольку диаграмма последовательности моделирует лишь временную упорядоченность взаимодействий типа «раньше-позже». [5]

Диаграмма последовательности для ПК Ранжирования объектов приведена на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Диаграмма последовательности

Для перехода от логической модели к физической необходимо определить физические характеристики хранимых записей: тип и объем, требуемый для хранения значений памяти из набора возможных, используемых в выбранной СУБД. Таким образом, физическая модель данных ориентирована на конкретную СУБД и зависит от реализации конкретной СУБД. Поэтому, для одной и той же логической модели могут существовать несколько разных физических моделей [19].

Чем ближе логическая модель к концептуальной, тем прозрачнее, проще и эффективнее работа с системой, тем легче процесс внедрения и тем больше отдача от автоматизации. Очевидно, что система автоматизации не может хранить все типы объектов предметной области, их атрибуты и взаимосвязи - разработчики выбирают только самые необходимые и формируют уникальную логическую модель данных. Оптимальность, продуманность, эффективность такой модели информационной системы являются одним из основных критериев выбора того или иного производителя программного обеспечения, автоматизирующего бизнес-процессы.

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, короткими словами, состоящими из латинских букв, без использования специальных символов).

Переход на физический уровень достигается определением названий таблиц, соответствующих сущностям, а также названиями и типами данных для полей, представляющих атрибуты сущностей (таблица 2.1). С точки зрения реляционной БД таблица (сущность) состоит из набора строк (кортежей) и столбцов (атрибутов). Каждый столбец таблицы предназначен для хранения данных определенного типа.

Таблица 2.1. Структура физической модели базы данных

Название	Тип
question
id_questions	int
Question_text	text
Te_response	text
Forums
id_Forums	int
Section_title	varchar
Id_code	int
testing
Id_testing	int
date_of_testing	text
Sign_of_testing	varchar
Id_student	int
Id_Forums	int
student_response	text
groups
id_group	int
Id_lecturer	int
Name_of_the_group	varchar
Id_specialty	int
student
Id_student	int
login	varchar
pass	varchar
fio	text
id_group	int
Id_zachetke	int
lecturer
Id_lecturer	int
login	varchar
pass	varchar
fio	text

Рисунок 2.2 - Физическая модель БД

2.4 Выбор технических средств и ресурсный анализ

После построения логической модели данной системы необходимо произвести расчеты требуемых ресурсов памяти и времени реакции (быстродействия) системы [23]. 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.

2.4.1 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.

2.4.2 Расчет комплекса технических средств

Для расчета внешней памяти воспользуемся формулой:

,Мбайт (2.1)

- 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 2.3.

Таблица 2.2 - 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
Курс	56	100	4	400
Студент	56	1000	8	8000
Тест	36	1000	8	8000
Раздел	56	7	8	56
Преподаватель	56	10	8	80
Вопрос Ответ Тест	256	4000	24	96000
Вопрос Ответ	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.

2.4.4 Расчет необходимого объема оперативной памяти

Формула, используемая для расчета требуемой оперативной памяти, аналогична формуле (2.1).

Результаты расчета объема кэша для хранения данных в оперативной памяти приведены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Расчет расчета объема кэша для хранения данных в оперативной памяти

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
Курс	50	100	4	1260
Студент	100	1000	8	4200
Тест	100	1000	8	20700
Раздел	50	7	8	25000
Преподаватель	56	10	8	80
Вопрос Ответ Тест	256	4000	24	96000
Вопрос Ответ	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.

2.4.5 Скорость передачи данных

7п=Vд /Vпр, (2.2)

7п - скорость передачи данных;

Vд- объем данных;

2.4.5 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.

2.5 Основные интерфейсы

Интерфейс (от англ. interface -- поверхность раздела, перегородка) -- совокупность средств, методов и правил взаимодействия между элементами системы.

Этот термин используется практически во всех областях науки и техники. Его значение относится к любому сопряжению взаимодействующих сущностей. Под интерфейсом понимают не только устройства, но и правила (протокол) взаимодействия этих устройств

Во время проектирования интерфейсов крайне важно учитывать ожидания пользователей. Руководствуясь ожиданиями пользователей можно избежать множества ошибок, а эффективность взаимодействия может быть повышена. Это значит, что возникает необходимость знать, где пользователь ожидает обнаружить такие объекты, как поле поиска, кнопку возврата на главную страницу или навигационные элементы(меню, хлебные крошки). В ходе предварительно исследования в сети с 165 участниками, было выявлено три основных типа веб-сайтов: новостные порталы, интернет-магазины и корпоративные сайты. Эти объекты были использованы в основном исследовании, где приняло участие 516 человек. Им было предложено создать прототипы сайтов с помощью онлайн инструментов прототипирования. Анализ данных показал, что пользователи интернета имеют различные ментальные модели для различных типов веб-сайтов (интернет-магазин, новостной портал, и корпоративные сайты). В основном они сходятся во мнениях. Эти ментальные модели устойчивы к демографическим факторам (напримерпол) и интернет «продвинутости». Эти знания могут быть использованы для построения веб-интерфейсов и улучшения юзабилити веб-сайтов [24].

Был выбран и создан следующий вариант пользовательского интерфейса для системы ИСТИ (рисунок 2.4.).

Рисунок 2.4 - Пример интерфейса разработанной системы

2.6 Диаграмма компонентов

Полный проект программной системы представляет собой совокупность моделей логического и физического уровней, которые должны быть согласованы между собой. В языке UML для физического представления моделей систем используются диаграммы реализации (implementationdiagrams), которые включают в себя диаграмму компонентов и диаграмму развертывания.

Диаграмма компонентов, в отличие от ранее рассмотренных диаграмм, описывает особенности физического представления системы. Она позволяет определить архитектуру разрабатываемой системы, установив зависимости между программными компонентами, в роли которых может выступать исходный и исполняемый код. Основными графическими элементами диаграммы компонентов являются компоненты, интерфейсы и зависимости между ними.

Диаграмма компонентов разрабатывается для следующих целей:

визуализации общей структуры исходного кода программной системы;

спецификации исполняемого варианта программной системы;

обеспечения многократного использования отдельных фрагментов программного кода;

представления концептуальной и физической схем баз данных.

Диаграмма компонентов обеспечивает согласованный переход от логического представления к конкретной реализации проекта в форме программного кода. Одни компоненты могут существовать только на этапе компиляции программного кода, другие на этапе его исполнения. Диаграмма компонентов отражает общие зависимости между компонентами, рассматривая последние в качестве классификаторов.

Для представления физических сущностей в языке UML применяется специальный термин - компонент (component). Компонент реализует некоторый набор интерфейсов и служит для общего обозначения элементов физического представления модели. Для графического представления компонента используется специальный символ - прямоугольник со вставленными слева двумя более мелкими прямоугольниками. Внутри большого прямоугольника записывается имя компонента и, при необходимости, некоторая дополнительная информация. Изображение этого символа может незначительно варьироваться в зависимости от характера ассоциируемой с компонентом информации.

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 2.4 - Диаграмма компонентов

2.7 Диаграмма развертывания

Диаграмма развёртывания, Deployment diagram в UML моделирует физическое развертывание артефактов на узлах. Узлы представляются как прямоугольные параллелепипеды с артефактами, расположенными в них, изображенными в виде прямоугольников. Узлы могут иметь подузлы, которые представляются как вложенные прямоугольные параллелепипеды. Один узел диаграммы развертывания может концептуально представлять множество физических узлов, таких как кластер серверов баз данных.

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.

Диаграмма развертывания ПК ранжирования объектов отражена на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5 - Диаграмма развертывания

2.8 Разработка программы и методики испытаний. Описание контрольного примера и результатов тестирования

1) Объект испытания

Информационная система аттестационного тестирования по информатике, позволяющая определить уровень знаний студента по специальности.

2) Цель испытания

Целью испытания является сопоставление разработанного Интернет - сайта требованиям, представленным в техническом задании.

3) Общие положения

Испытания проводятся на основании графика разработки дипломного проекта, утвержденного деканом ФИСТ Пиявским С.А.

Документ разрабатывается согласно РД 50-34.698-90 [23].

Испытания программы должны проводиться согласно разработанным и согласованным с деканом ФИСТ Пиявским С.А. программным комплексом и методикам испытаний.

Для проведения испытания создается комиссия из членов кафедры ПМиВТ и исполнителя программного комплекса.

Программная документация состоит из:

технического задания;

программы и методики испытаний;

руководства пользователя (приложение Б. Руководство пользователя).

4) Объем испытаний

Испытания проводятся в два этапа:

проверка комплектности программной документации:

Члены кафедры ПМиВТ проверяют комплектность программной документации на программное изделие. Проверка осуществляется на основе сопоставления состава и комплектности представленной программной документации с перечнем программной документации, приведенным в методических указаниях по дипломному проектированию. При установлении данного соответствия проверка считается завершенной. Члены кафедры ПМиВТ проверяют комплектность и состав технических и программных средств. Проверка осуществляется на основе сопоставления состава и комплектности технических и программных средств, представленных исполнителем с перечнем технических и программных средств, заявленных в техническом задании. При установлении данного соответствия проверка считается завершенной.

испытания программного комплекса:

Руководство пользователя должно содержать подробные сведения о реализации всех функций программы.

Методика выполнения функции авторизации и регистрации пользователя: проверка выполнения указанной функции выполняется согласно разработанному Руководству пользователя, вынесенного в приложение Б. При установлении соответствия состава и последовательности действий пользователя действиям, указанным в Руководстве пользователя, проверка считается завершенной.

Методика выполнения функции ввода вопросов и обработки запросов о результатах: проверка выполнения указанной функции выполняется согласно разработанному Руководству пользователя, вынесенного в приложение Б. При установлении соответствия состава и последовательности действий пользователя действиям, указанным в Руководстве пользователя, проверка считается завершенной.

Методика выполнения функции ввода и обработки тестов студента:

проверка выполнения указанной функции выполняется согласно разработанному Руководству пользователя, вынесенного в приложение Б.

При установлении соответствия состава и последовательности действий пользователя действиям, указанным в Руководстве пользователя, проверка считается завершенной.

Проверка выполнения указанной функции выполняется согласно разработанному Руководству пользователя, вынесенного в приложение Б.

При установлении соответствия состава и последовательности действий пользователя действиям, указанным в Руководстве пользователя, проверка считается завершенной.

При проведении испытаний оценке подлежат следующие количественные характеристики:

комплектность программной документации;

комплектность состава технических и программных средств.

При проведении испытаний оценке подлежат качественные (функциональные) характеристики программы.

Проверке подлежит возможность выполнения программой перечисленных ниже функций:

функции авторизации и регистрации пользователя;

функции ввода вопросов и обработки запросов о результатах;

функции ввода и обработки тестов студента;

функции анализа результатов тестирования.

Перечень работ, проводимых после завершения испытаний: При успешном проведении испытаний программный продукт передается на кафедру ПМиВТ.

При выявлении отклонений разработанной программы требованиям технического задания исполнитель корректирует указанные недостатки программы и программной документации в оговоренные сроки. Мелкие, несущественные недоработки могут быть устранены в рабочем порядке.

5) Требования к программной документации

В состав программной документации входит:

техническое задание;

программа и методика испытаний;

руководство пользователя;

пояснительная записка.

6) Средства и порядок испытаний