Инструментальный двухмашинный комплекс для создания обучающих компонент информационно-управляющих систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Инструментальный двухмашинный комплекс для создания обучающих компонент информационно-управляющих систем

Инструментальный двухмашинный комплекс для создания тьюторных компонент информационно управляющих систем (ИУС) предназначен для создания обучающих компонент для программных продуктов, преимущественно для ИУС. В данный комплекс входят как средства формирования обучающих программ, так и средства организации обучения.

Рассмотренная система создания обучающих компонент состоит из следующих модулей:

? обучающей компоненты системы, которая обеспечивает непосредственное обучение согласно сценарию обучения (клиентские и серверные модули обучения);

? редактора сценариев обучающей системы, который предназначен для ввода сценариев, на основе которых производится обучение;

? средств перехвата управления на машине с исходной системой и автоматического заполнения сценария, которые функционируют совместно с редактором сценариев.

Обучающая компонента взаимодействует с пользователем (обучаемым) и отображается перед ним конечным интерфейсом обучающей системы. В рамках проекта созданы три варианта обучающих компонент, которые имеют следующие структуры:

1. Локальная обучающая программа, которая взаимодействует с локальной базой данных (БД) и может распространяться в варианте инсталляционной версии. Общая структура взаимодействия компонент комплекса показаны на рис. 1. В данном случае редактор сценариев предназначен для формирования конечного сценария, подготавливаемого им для обучаемой системы. Сценарий может храниться как в локальной БД, так и в файле данных. Файл сценария может подготавливаться редактором для конечного распространения обучающих программ и не может изменяться.

Рис. 1. Локальная версия обучающей системы

2. Клиент-серверная обучающая система, построенная по двухзвенной архитектуре и включающая клиент обучающей системы, сервер БД и сервер статистики. Структура взаимодействия всех компонент комплекса, построенного по данной архитектуре, показана на рис. 2. В данном случае в структуре комплекса присутствует серверное программное обеспечение (ПО), которое обеспечивает автоматическую конфигурацию клиентов (настройку их на соединения БД), регистрацию клиентов (обеспечивая проверку имени и пароля), сбор статистики о действиях обучаемых, контроль в реальном времени хода выполнения обучаемым задания.

Рис. 2. Клиент-серверная структура инструментального комплекса с обучающим компонентом, использующим двухзвенную архитектуру

На рис. 2 также показаны остальные компоненты комплекса, такие как инструментальные средства (редактор сценариев и средство автоматического заполнения сценария) и модуль анализа статистических данных, предназначенного для анализа статистики обучения.

3. Клиент-серверная обучающая система построена по трехзвенной архитектуре и включает клиент обучения, сервер, организующий взаимодействие с БД, доставку данных до клиента и сбор статистики. Общая схема взаимодействия компонент обучения показана на рис. 3. Фактически все обращение к БД сценария идет через сервер обучения, который также осуществляет кеширование данных и сбор статистики. При этом в отличие от второго варианта увеличивается нагрузка на сервер, однако уменьшается количество компонент, с которыми взаимодействует клиент.

Рис. 3. Клиент-серверная структура обучающей системы, построенная по трехзвенной архитектуре

Обучающая программа является исполнительным механизмом, для которого требуется подготовка необходимого алгоритма, по которому будет производиться обучение. Этот алгоритм с наполнением его данными называется сценарием обучения. В рамках сценария задаются значения как отображаемых в интерфейсе обучающей компоненты элементов, так и скрытых от пользователя параметров. Три варианта организации структуры системы создают различные комбинации способов доставки сценария до конечной обучающей программы и сбора статистики по действиям обучаемого.

Эти варианты не исключают друг друга и предназначены для различных структур организации учебных классов. Они могут быть расширены и дополнены в зависимости от потребностей организации обучения. Клиент-серверные варианты системы являются более функциональными в том плане, что, во-первых, для дополнения/корректировки сценариев не требуется переустановка клиентского ПО и, во-вторых, организуется централизованный сбор статистики. Система включает различные способы анализа статистических данных, с помощью которого можно посмотреть и уровень обучаемого и наиболее трудные для обучения места сценария в виде таблиц, графиков и отчетов.

Отдельной важной компонентой комплекса является редактор сценариев, отвечающий за ввод сценариев обучения (рис. 4), который является инструментальным средством формирования обучающих компонент.

Рис. 4. Главное окно редактора сценариев

Основным предназначением данного средства является облегчение и ускорение процесса формирования сценариев. Для этого предусмотрено множество функциональных и эргономических средств, которые увеличивают скорость разработки сценария и снижают частоту возникновения ошибок. Разработка способов облегчения редактора обучающей системы во многом основывалась на опыте создания и использования предшествующих инструментальных средств.

Для этого разработка редактора придерживалась следующих принципов:

? проектирование сценария должно быть визуально, то есть редактор сценариев должен приближать сценариста к тому внешнему виду, который будет представлен в обучающей системе;

? однотипные действия должны быть оптимизированы, то есть должны быть разработаны подходы по ускорению данных действий;

? должна быть рассмотрена возможность и применены средства автоматизации процесса формирования сценария.

При решении этих задач были разработаны следующие механизмы автоматизации:

? интерфейс редактора сценариев обучающей системы был приближен к интерфейсу самой обучающей системы, повторяя его в ключевых элементах. На экране редактора сценариев (рис. 4) отображаются такие поля как текст задания (1), текст помощи (5) и окно базовой системы (7), на которых можно непосредственно задать их значения;

? в полях ввода задания и текста добавлена возможность хранения и добавления часто повторяющихся текстов из списков подстановок (рис. 4, 1-5), в котором тексты помощи сгруппированы по действиям пользователя, что сказывается, прежде всего, на удобстве использования и сокращении количества ошибок;

? переход по заданиям осуществляется при помощи списка (рис.4, 6), быстрый переход по которому имитирует смену состояний базовой системы в момент обучения и помогает быстро перейти на нужный шаг;

? создано средство двухмашинного, полуавтоматического заполнения сценария, работающее посредством сетевого протокола TCP/IP.

Средство автоматического заполнения является дополнительной компонентой, связанной с редактором сценариев. Данная компонента размещается на клиентском компьютере, где установлена базовая система, для которой создается сценарий обучения. Она осуществляет перехват управления и экранов на клиентской машине, при этом передавая графическую информацию с прикрепленной к ней информацией о действии пользователя редактору сценариев.

К примеру, оператор-сценарист работает с клиентским местом системы бронирования авиабилетов, при этом он входит в различные меню, вводит значения в заданные поля и выполняет множество других операций. До начала спроектированного обучения на компьютере оператора сценариста запускается программа-перехватчик, которая ловит действия пользователя и фиксирует изменения экранов системы бронирования авиабилетов, пересылая их редактору системы, который фиксирует эти значения в БД сценария. Для ускорения деятельности на компьютере с редактором сценариев (хотя весь комплекс может функционировать на одной машине) находится помощник сценариста, который тут же подготавливает списки заданий и текстов помощи, тем самым, присоединяя тексты помощи и задания к соответствующим действиям с базовой системой. При этом оба (и сценарист, и его помощник) видят контекст проблемы, а оператору базовой системы не требуется постоянно переключаться с одного компьютера на другой.

Таким образом, не требуется монотонная фиксация оператором всей последовательности элементарных действий, в виде запоминания образов экранов и ввода типа действий пользователя с характеристиками этого действия. Например, в случае ручного формирования сценария оператор-сценарист должен сначала снять экран с базовой системы и сохранить посредством какого-либо графического редактора файл рисунка. Затем войти в редактор и внести в сценарий сначала файл рисунка, а затем указать, что, к примеру, пользователь произвел нажатие левой кнопки мыши в таком-то квадрате экрана.

Программные и технические средства, с помощью которых реализуется система

Данный инструментальный комплекс включает в себя обучающую программу (и связанные с ней компоненты), редактор сценариев для обучающих программ и двухмашинное средство автоматизации заполнения сценариев. тьюторный информационный программный windows

Входящая в состав комплекса обучающая программа может работать как с локальной, так и с сетевой БД сценария (подготавливаемого редактором сценариев). При этом функционирование программы в различных вариантах требует различной конфигурации клиентских и серверных компонент.

Для функционирования однопользовательской, локальной версии обучающей системы требуется компьютер с процессором Pentium-100 (и выше) с установленной Windows 95(и выше).

Для функционирования клиент-серверной версии обучающей системы необходимы:

- клиентское рабочее место, на компьютере которого установлен процессор Pentium-100 (и выше), на котором инсталлирована Windows 95 (и выше). Клиентский компьютер должен быть связан с сервером по протоколу TCP/IP;

- сервер БД Interbase 6 (в варианте системы, работающем по двухзвенной модели), который может быть расположен как на одном, так и на разных компьютерах с сервером обучения;

- серверное рабочее место, требующее процессор Pentium II 266 и выше, Windows 2000/XP и выше, 128 Мб RAM и выше. Компьютер должен быть подключен к сети, в которой функционирует протокол TCP/IP.

Для входящего в состав комплекса редактора сценариев требуется компьютер с процессором Pentium 200 и выше с 64 Мб RAM. Для функционирования его в связке со средством автоматического заполнения сценария требуется компьютер с процессором Pentium II 266 и выше и 64 Мб RAM, подключенным к локальной сети на скорости 100 Мбит/C (опционально).

Для оптимальной работы системы средство автоматического заполнения сценария должно функционировать на отдельном от редактора компьютере (с ОС Windows 95 и выше), на котором установлена базовая система (система, для которой создается обучающая программа).

Принцип действия системы

В подобных тьюторных компонентах информационно управляющих систем (ИУС), обучение производится с использованием принципов компьютерного наставника - компьютерного тьютора, согласно которым обучающая программа направляет действия обучаемого, предоставляя ему возможность обдумывать предлагаемые задания и искать пути их решения.

Обучающая программа

Для пользователя цикл обучения организуется следующим образом. Выбирается задание, согласно которому будет производиться обучение (в клиент-серверном варианте также возможна регистрация в системе). После этого появляется окно, в котором организуется диалог, где согласно написанному заданию (сценарию) обучаемый должен выполнить определенное действие (например, нажатие кнопки мыши на определенном оконном элементе) и в случае ошибки (при выполнении этого действия) будет выведено сообщение помощи. Тем самым, в случае возникновения затруднения обучаемого, программа помогает в преодолении ошибочной ситуации, что способствует лучшему запоминанию путей решения затруднительной ситуации на текстовом и видеомоторном уровне. Общий вид обучающей системы показан на рис. 5.

Обучающая компонента включает некоторые стандартные элементы интерфейса, такие как «поле базовой системы» (Рис. 5, область 1), которое отвечает за отображение исходной системы (например, банковского терминала операциониста), поля общего задания, указывающего наименование выполняемого задания, текста задания (Рис. 5, область 2), ставящего перед пользователем вопрос и текста подсказки (Рис. 5, область 3), рассказывающего о путях решения этого вопроса. В области 4 на рис. 5 расположены элементы управления обучающей программой, такие как: перемещение по шагам сценария, смена задания, отображение подсказки и выход из обучающей программы. Расположение, размеры и предназначения элементов интерфейса разработаны в соответствии с эргономическими требования к организации человеко-компьютерного интерфейса, включающее выбор цветовых решений и решений по расположению элементов интерфейса.

При работе в локальном варианте система получает сценарий из локальной базы данных или из файла, что определяется при формировании дистрибутива системы. При работе клиент-серверного варианта системы данные сценария принимаются по сети либо с сервера обучения, либо с сервера БД напрямую.

Рис 5. Интерфейс обучающей системы

Редактор сценариев обучающей программы и средства автоматического заполнения сценария

При подготовке определенного курса, включающего изучение прикладных пакетов, встает проблема быстрого создания обучающих систем, приспособленных под потребности обучения. Необходимость ускорения создания новых обучающих систем связана и с обновлением версий программного обеспечения. Редактор сценариев во взаимодействии со средствами автоматического заполнения является средством, с помощью которого возможно достаточно быстрое формирование обучающих компонент.

Интерфейс редактора сценариев (рис. 4) включает компоненты, связанные с редактированием шагов сценария. Расположение многих его компонент во многом соответствует интерфейсу обучающей системы. Такие элементы как текст помощи и текст подсказки являются редактируемыми полями, которые позволяют вводить соответствующие тексты. При этом тексты могут вводиться из списка подстановок (рис. 6), тексты которого могут быть набраны заранее, для ускорения ввода сценария.

Рис 6. Диалоги ввода значений текста задания

В поле базовой системы (рис. 4, блоки 7 и 2) находится область, в которую загружается мгновенный снимок с базовой системы (системы, для которой создается сценарий обучения). На этом поле могут располагаться элементы управления, позволяющие задать активные области действий пользователя (рис. 4, блок 2) (например, область, куда пользователь должен щелкнуть курсором мыши).

Средство автоматического формирования сценария, запущенное на другом компьютере, может автоматически заполнять эти поля. При запуске данное средство находит машину с запущенным редактором сценария и при активизации средств захвата начинает автоматически передавать информацию о действиях на базовой системе (нажатие на клавиатуру, кнопки мыши и снимки экранов базовой системы) на компьютер с запущенным редактором сценариев. При этом в редакторе появляется картинка с исходной системой, также предварительно заполняются поля текстов задания и помощи. Эти поля могут быть изменены оператором, находящимся за компьютером с запущенным редактором сценариев. При этом он может выполнить эти действия, как и после предварительного заполнения сценария средством автоматического заполнения, так и одновременно с действиями над исходной системой.

Средство автоматического заполнения автоматизирует процесс заполнения, но иногда требуется ручное изменение параметров текущего шага сценария. Для этого предусмотрен диалог редактирования параметров текущего шага сценариев (рис. 7).

Данный диалог предусматривает установку дополнительных параметров сценария, используемых менее часто, чем основные поля. Основные поля также присутствуют в данном диалоге, дублируя основное окно редактора.

Подготовленный с помощью редактора сценарий может сохраняться как в локальную, так и в клиент-серверную БД, которую впоследствии может использовать обучающая программа, входящая в данный комплекс.

Рис. 7. Диалог редактирования параметров текущего шага

Модуль анализа статистики

Модуль анализа статистики предназначен для анализа статистических данных, полученных в результате проведения занятий с использованием обучающей системы. Эти данные собираются сервером обучения, который сохраняет информацию по элементарным шагам открытой клиентом сессии обучения в БД.

Формируемые с помощью данного модуля отчеты делятся на три категории:

1) отчет по проведенным занятиям (статистика по занятиям). В этом разделе выводятся данные о задачах, которые студент выполнил за занятие, а именно: дата, группа учащегося, ФИО, название работы, статистика работы по шагам (номер шага, количество ошибок, количество пропусков, количество возвратов, использование помощи, время на шаг);

2) отчет по работам, которые выполнил студент (статистика по работам). В этом разделе выводятся данные обо всех попытках студента выполнить выбранную работу. Информация в данном разделе выводится в виде графиков. Графики выводятся по следующим параметрам: количество ошибок, количество пропусков, количество использований помощи, количество возвратов, время на шаг.

Для сравнительной оценки выполненной работы ее результаты можно визуально сравнить с агрегирующими графиками, которые выводят: минимальное значение параметра на шаге, максимальное значение параметра на шаге, сумма всех значений параметров на шаге, среднее значение для студента, среднее значение для всей группы, среднее значение для всех людей, выполнявших эту работу. У всех графиков можно изменять цвет и толщину линии;

3) отчет по лабораторной работе (общая статистика). В этом разделе в виде графиков выводится общая информация о лабораторной работе (рис 8). Графики выводятся по следующим параметрам: количество ошибок, количество пропусков, количество использований помощи, количество возвратов, время на шаг. Также как и в «отчете по работам» данные могут быть сравнены с агрегирующими функциями общей статистики. У линий графиков можно изменять цвет, толщину, линии можно временно скрывать, убирая или оставляя галочку слева от названия графика.

Рис. 8 Диалог вывода общей статистики

Помимо внутренних механизмов отображения статистических данных модуль анализа статистики позволяет экспортировать данные во внешние средства, такие как Microsoft Word и Microsoft Excel. Также данные статистики могут быть экспортированы в текстовый файл в формате RTF (Rich Text Format).

Условия установки системы и передачи программной документации

Установка системы на аппаратных средствах пользователя, ее сопровождение и передача программной документации осуществляются по условиям заключенного между пользователем и разработчиком договора.

Размещено на Allbest.ru