Дипломная (вкр): Программный комплекс лабораторных работ по методам обработки экспертной информации

Программный комплекс лабораторных работ по методам обработки экспертной информации

содержание

ВВЕДЕНИЕ

. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ ДЛЯ ООБУЧЕНИЯ

.1 Особенности и классификация программных комплексов

.2 Обзор существующих программных продуктов для обучения

.3 Обзор методов обработки экспертной информации

. ПРЕДМЕТНАЯ ОБЛАСТЬ АВТОМАТИЗАЦИИ И ПОСТАНОВКА ОЗАДАЧИ

.1 Предметная область автоматизации

.2 Постановка задачи

.3 Требования к разрабатываемому программному комплексу

.3.1 Требования к программному комплексу в целом

.3.2 Требования к функциям программного комплекса

.3.3 Требования к видам обеспечения

. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ОЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

.1 Функционально-ориентированное проектирование комплекса

.1.1 Построение диаграммы IDEF0

.1.2 Построение диаграммы IDEF3

.2 Объектно-ориентированное проектирование проекта

.2.1 Диаграмма вариантов использования

.2.2 Диаграмма деятельности

.3 Оценка трудоемкости разработки программного обеспечения

. РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМЫ

.1 Информационный анализ предметной области и выделение информационных объектов

.2 Построение логической модели данных

.3 Описание таблиц базы данных

.4 Содержание программного комплекса лабораторных работ

. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСА

.1 Алгоритм решения задачи

.2 Тестирование и оценка надежности комплекса

.2.1 Структурное тестирование

.2.2 Функциональное тестирование

.2.3 Оценка надежности комплекса

. КОМПЬЮТЕРНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОМПЛЕКСА

.1 Описание компьютерной реализации для студента

.2 Описание компьютерной реализации для преподавателя

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Введение

На сегодняшний день в сфере обучения, представлено немало способов улучшить и ускорить процесс обучения с помощью разнообразных программных продуктов. Однако не все из них являются универсальными и могут предоставить свои функции для работы в сфере визуального представления информации и обучения.

Применение программных комплексов позволяет автоматизировать и ускорить процесс усвоения студентами знаний. Еще одним преимуществом внедряемых обучающих комплексов является получение контроля над выполнением лабораторных работ и знаниями студентов.

Целью выпускной квалификационной работы является разработка программного комплекса лабораторных работ по методам обработки экспертной информации.

Работа состоит из шести разделов, в каждом из них рассматриваются разные аспекты разработки автоматизированного комплекса лабораторных работ.

В первом разделе представлен литературный обзор, затрагивающий особенности и классификацию программных комплексов, обзор существующих программных продуктов для обучения, также рассматриваются методы экспертных оценок.

Во втором разделе описывается предметная область и осуществляется постановка задачи. Разрабатывается функциональная структура и определяются требования к системе. Рассматривается функции, которые должны быть реализованы в программном комплексе.

В третьем разделе осуществляется проектирование программного комплекса с помощью построения диаграмм: контекстной диаграммы, диаграммы IDEF0, IDEF3, диаграммы вариантов использования, диаграммы деятельности. Также в данном разделе приводится оценка трудоемкости разработки программного обеспечения.

В четвертом разделе производится информационный анализ предметной области, строится логическая модель данных, Описываются таблицы разрабатываемой базы данных, дается содержание лабораторных работ программного комплексе.

В пятом разделе производится разработка программного обеспечения комплекса: приводятся алгоритмы решения задач, производится тестирование и оценка надежности комплекса, производится структурное и функциональное тестирование.

В шестом разделе описывается компьютерная реализация комплекса.

1. Аналитический обзор программных средств для обучения

.1 Особенности и классификация программных комплексов

Компьютерное средство обучения - это программное средство (программный комплекс) или программно-технический комплекс, предназначенный для решения определенных педагогических задач, имеющий предметное содержание и ориентированный на взаимодействие с обучаемым [1].

Программный комплекс, ориентированный на обучение, позволяют не только дублировать учебно-методические средства, но и открывает новые возможности в обучении. Внедрение компьютерных средств предоставляет возможности для самостоятельной проработки учебного материала студентом, автоматизируют контроль и приводят к более объективному оцениванию знаний и умений, допускают возможность автоматической генерации вариантов заданий.

Основным назначением для компьютерных средств обучения является использование в учебном процессе. Их отличием от других программных продуктов, применяемых в обучении, является наличие учебного материала по предметной области. Учебный материал включает в себя теоретические сведения по теме, задания для контроля знаний, модели и алгоритмы, позволяющие реализовать изучаемые процессы в данном компьютерном средстве.

Компьютерные средства обучения ориентированы на обучаемых. Именно при взаимодействии с ним программный комплекс выполняет свои основные функции: предоставление материала для изучения, выполнение заданий и контроль знаний. Отсюда следует, что обучаемые составляют базовую категорию пользователей, а прочие участники образовательного процесса, такие как преподаватель, в эту категорию не входят.

Между различными видами программных комплексов нельзя провести четкие границы, но при этом они часто используются совместно, поэтому необходимо знать их особенности использования и взаимодействия.

Список признаков, по которым классифицируются компьютерные средства обучения весьма, обширен. Подробная классификация компьютерных средств обучения представлена на рисунке 1.1

Рисунок 1.1 - Классификация компьютерных средств обучения

Классификация по педагогическим задачам подразделяет компьютерные средства обучения на четыре вида, при этом каждый из видов представлен несколькими программными средствами, несущими на себе определенные функции.

К первому классу относятся средства теоретической и технологической подготовки: компьютерные учебники, компьютерные обучающие системы, системы контроля знаний - все они несут на себе функции предоставления знаний в объеме курса или его части и их проверка.

Компьютерные учебники ориентированы на самостоятельную работу обучаемых. Их отличает относительная полнота и ширина содержания, которое имеет иерархическую структуру. В компьютерном учебнике предусматривается система, отвечающая за контроль и самоконтроль знаний, имеется глоссарий и ссылки на источники информации.

Компьютерные обучающие системы предназначены для проработки одной или нескольких тем курса, или дисциплины, в них также имеются системы контроля и самоконтроля.

Системы контроля знаний обеспечивают контроль за знаниями обучаемого. При этом они обязательно включают в себя блоки с требованиями к знаниям и описание методики оценивания.

Второй вид, средства практической подготовки, представлен компьютерными задачниками и тренажерами. Их функция - наработка навыков решения типовых задач и получение опыта в ходе определенной деятельности.

Основным классом данного вида являются компьютерные тренажеры, функциями которых являются: моделирование изучаемых объектов и среды деятельности, обеспечение возможностей имитации воздействий на изучаемые объекты и процессы со стороны обучаемых, управление тренировочным процессом. Компьютерные задачники используются для решений типовых задач. Вспомогательные средства представляют собой третий тип, представляют собой дополнительные средства обучения, такие как компьютерный лабораторный практикум и компьютерный справочник. Компьютерный лабораторный практикум используется для поддержки автоматизированных лабораторных работ, в которых изучаемые процессы и среда деятельности изучаются с помощью экспериментов с моделями.

Четвертый тип представляет собой комплексные средства, такие как компьютерный ученый курс и компьютерный восстановительный курс. Данные средства объединяют в себе функции всех предыдущих трех видов, т.е. вспомогательные средства получаются путем объединения нескольких программных, причем объединение это представляет собой систему, имеющую единое управление, составляющие которой согласованы и выполняют свои функции дополняя друг друга.

Классификация программных комплексов также производится на локальные и сетевые. Локальные позволяют работать на базе отдельных машин и не требуют подключения к сети. Сетевые же осуществляют свою деятельность на базе локальной или глобальной вычислительной сети. Они позволяют ввести модули преподавателя, которые дают таким системам преимущество по сравнению с локальными. Сетевые программные комплексы позволяют вводить автоматизированные места преподавателей, что дает системе дополнительные преимущества по сравнению с локальными системами. Подсистема преподавателя позволяет производить контроль за выполнением обучаемыми заданий, производить корректировку заданий и формировать новые задания, вносить изменения в параметры моделей изучаемых процессов, производить анализ и оценку результатов работы обучаемых.

1.2 Обзор существующих программных продуктов для обучения

Компьютерных средств, позволяющих получать знания по теме «Методы обработки экспертной информации» мною обнаружено не было. Программные продукты, имеющие в своем составе модули, функции которых представляют наибольший интерес для разработки программного комплекса по заданной теме можно разделить на несколько групп.

К первой группе относятся программы, применяемые на практике в обучении и решении прикладных задач. Для реализации методов экспертных оценок в данных программных продуктах используются методы табличного представления данных в Microsoft Еxcеl и математический аппарат MathLAB, т.к. совокупность оценок представляет собой совокупность многомерных матричных структур [2].Еxcеl - это табличный процессор, предназначенный для создания электронных таблиц и автоматизированной обработки табличных данных. Еxcеl обрабатывает данные путем проведения различных вычислений с помощью формул и функций, встроенных в редактор, строя диаграммы; решая задач оптимизации, проводя статистическую обработка данных, анализируя и составляя прогнозы на основании имеющихся данных. Таким образом, Еxcеl являются не только средством автоматизации расчетов, но и средством моделирования различных ситуаций [3].

MATLAB - это интерактивная среда, имеющая встроенный высокоуровневый язык для программирования, численных расчетов и визуализации результатов. MATLAB анализирует данные, разрабатывает алгоритмы, создает модели и приложения [4].

Ко второй группе относятся программные комплексы, позволяющие проводить лабораторные работы по разнообразным темам.

На кафедре прикладной математики и информатики НовГУ разработан и прошёл испытания программный комплекс, обеспечивающий проведение лабораторных работ по дисциплинам «Численные методы» и «Математическое моделирование». Каждая работа имеет страничную организацию и включает в себя краткие сведения из теории рассматриваемой проблемы, методические указания к выполнению работы, набор заданий, исследование которых дополняет лекционный материал и иллюстрируется соответствующими графиками или таблицами, контроль знаний основ теории и качества выполнения исследований. Оценки за каждый раздел работы и за работу в целом выставляет компьютер. Роль преподавателя в основном сводится к консультированию студентов по вопросам исследуемых задач, если это необходимо, и к обеспечению самостоятельности выполнения работы каждым студентом.

Принятая структура лабораторных исследований под управлением разработанного программного обеспечения пригодна для широкого спектра дисциплин, читаемых на различных специальностях. Любую работу студенты могут осваивать на домашних компьютерах или в компьютерных залах университета. Однако зачётное выполнение работы проводится только в дисплейном классе под наблюдением преподавателя. При этом подделка выставляемых ЭВМ оценок за выполнение лабораторных работ практически исключается, так как в программном обеспечении предусмотрена соответствующая защита.

В настоящее время в состав разработанного комплекса входят 6 работ по дисциплине «Численные методы» и 6 работ по дисциплине «Математическое моделирование» [5].

Программный комплекс проведения лабораторных работ, представленный фирмой РусПромСофт, предназначается для обучения по естественнонаучным дисциплинам в учебных заведениях среднего образования. Система даёт возможность ученикам подробно изучать темы и закреплять полученные знания с помощью экспериментов.

Программа содержит как текстовую информацию, так и видео-презентации, позволяющие ученику управлять процессом с помощью компьютерной мыши, тесты с автоматическим выставлением оценок.

Программа представлена в виде модулей преподавателя и ученика. Модуль преподавателя дает возможность выбора готовых уроков для ознакомления учениками, проведения опроса по урокам, хранения и обработка результатов опроса, подготовка собственных уроков и опросников. Модуль ученика позволяет учащимся ознакомиться с заданным учителем уроком и пройти опрос, а также узнать результаты пройденных ранее тестов. Удобная навигация, возможность быстрого вызова на экран того или иного элемента, включение и выключение текстов и надписей, возможность делать заметки, подписи и рисунки поверх учебного материала - всё это предоставляет широкие возможности использования продукта в качестве интерактивного наглядного пособия, инструмента для проведения устных и письменных опросов учащихся, основы для проектной деятельности и проблемного обучения [6].

К третьей группе программных средств отнесем программные средства, непосредственно реализующие методы обработки экспертной информации. К ней можно отнести «Автоматизированную систему обработки экспертных оценок при принятии технологических решений» разработанную в Российском государственном технологическом университете имени К.Э. Циолковского.

Разработанное программное обеспечение, позволяет оперативно производить сбор и обработку экспертных мнений в области инновационных технологий сложного формообразования деталей и конструкций. Компонентами такой автоматизированной системы являются следующие подсистемы, отражающие этапы проведения научно-технической экспертизы: подсистема постановки задачи; подсистема организации экспертизы; подсистема экспертного оценивания; подсистема генерации отчета.

В рамках данных подсистем реализованы следующие модули (блоки): блок постановки целей, точки зрения, задач, условий и требований экспертизы (техническое задание на экспертизу); блок организации экспертной группы с определением коэффициентов квалификации и значимости мнений экспертов; блок формирования технических и технологических альтернатив, как массив принципиально возможных технологических решений, количество которых превосходит желаемое, а следовательно, возникает необходимость выбора решения; блок формирования массива критериев оценки; блок формирования коэффициентов весомости (приоритетов) критериев оценки технологических решений; блок сбора мнений экспертов в локальных оценках по бальной шкал; блок анализа согласованности (ранговой корреляции) мнений экспертов в принятии решений по коэффициенту конкордации; блок определения качества экспертизы по параметрам точности, достоверности, согласованности и сравнения расчетных показателей с требуемыми; блок генерации экспертного заключения с определением показателей качества научно- технической экспертизы по параметрам точности, достоверности и согласованности [7].