Дипломная (вкр): Разработка компьютерного практикума по информатике

Разработка компьютерного практикума по информатике

Введение

программный информационный компьютерный практикум

В современной учебной программе для закрепления теоретического материала проводятся практические и лабораторные занятия, на которых студент показывает уровень своих знаний по изучаемому предмету. Преподавателю это помогает проверить, насколько обучающийся усвоил необходимую информацию по курсу. Здесь и проявляется необходимость создания автоматизированных систем. Такие программные комплексы разрабатываются для более удобного и эффективного изучения, в них представлен в полном объеме материал для проверки знаний.

Целью выпускной квалификационной работы является создание системы, представляющей собой компьютерный практикум по информатике, содержащий в себе задания и тесты по данному курсу.

Данная работа состоит из шести разделов.

Первый раздел представляет собой литературный обзор программных комплексов и существующих автоматизированных систем для обучения.

Второй раздел включает в себя описание предметной области и постановку необходимых задач перед разрабатываемым ПО. Также дается характеристика основных документов и указывается требования к системе в целом, ее функциям и видам обеспечения.

В третьем разделе рассматривается функционально-ориентированное и объектно-ориентированное проектирование, строятся диаграммы различных видов и дается оценка трудоемкости разработки проекта.

В четвертом разделе проводится информационный анализ предметной области, устанавливаются функциональные зависимости реквизитов; все реквизиты разделяются на группы описательных и ключевых, между ними устанавливается соответствие; определяются структурные связи, рассматривается содержание создаваемого программного комплекса.

Пятый раздел содержит алгоритм решения задачи, а также проводится функциональное и структурное тестирование, дается оценка надежности создаваемой системы, описывается структура интерфейса.

Шестой раздел включает в себя представление компьютерной реализации практикума для пользователей автоматизированной системы: преподавателя и студента.

1. Аналитический обзор программных средств для обучения

.1 Особенности и классификация программных комплексов

Для изучения вопроса, прежде всего, дадим определение, что собой представляет компьютерное средство обучения (КСО). Автор книги «Разработка компьютерных учебников и обучающих систем» Башмаков А.И. пишет следующее:

«КСО - это программное средство (программный комплекс) или программно-технический комплекс, который предназначен для решения определенных педагогических задач, который имеет предметное содержание и ориентирован на взаимодействие с обучаемым.

Приведенное определение фиксирует то, что КСО является средством, специально созданным для решения педагогических задач, т.е. использование в учебном процессе - его главное назначение.

Требования предметного содержания подразумевает, что КСО должен включать учебный материал по определенной ПО. Под учебным материалом понимается информация как декларативного (описательного, иллюстративного) характера, так и задания для контроля знаний и умений, а также модели и алгоритмы, представляющие изучаемые объекты и процессы. Наличие предметного содержания позволяет отделить КСО от вспомогательных средств, обеспечивающих техническую и методическую поддержку учебного процесса (электронные журналы успеваемости, мониторы для дистанционного контроля и консультирования и др.).

Ориентация на обучаемых означает, что они составляют базовую категорию пользователей, в расчете на которые определяются содержание и функции, воплощаемые в КСО. характеристика КСО. Прочие участники учебного процесса (преподаватели, инструкторы, методисты) применяют КСО в своей профессиональной деятельности, но не входят в базовую категорию их пользователей».

С течением времени КСО претерпевало изменения, которые привели к созданию разных его разновидностей. Они выделяются по нескольким признакам.

Во-первых, КСО строились как электронные аналоги учебно-методических пособий на бумажных носителях. Этому основанию соответствуют автоматизированные учебники, задачники, справочники и т.п. Во-вторых, в КСО воплощались функции технических, но не компьютерных учебных средств: физических тренажеров и лабораторных установок. Так появились более универсальные, компактные и менее дорогостоящие компьютерные тренажерные системы и лабораторные практикумы. В-третьих, КСО соотносились с видами учебных занятий и мероприятий, на поддержку которых они ориентировались. Данная ориентация обусловила выделение мультимедийных лекций, автоматизированных контрольных работ, рубежных контролей. Наконец, в-четвертых, КСО ассоциировались с решаемыми с их помощью педагогическими задачами. Последнему аспекту соответствуют автоматизированные восстановительные курсы, системы контроля знаний [1].

Как любая информационная технология КСО имеет как свои определенные преимущества, так и недостатки.

Основные преимущества КСО:

создание условий для самостоятельной проработки учебного материала (самообразования), позволяющих обучаемому выбирать удобные для него место и время работы с КСО, а также темп учебного процесса;

более глубокая индивидуализация обучения и обеспечение условий для его вариативности (особенно в адаптивных КСО, способных настраиваться на текущий уровень подготовки обучаемого и области его интересов);

возможность работы с моделями изучаемых объектов и процессов (в том числе тех, с которыми сложно познакомится на практике);

возможность представления и взаимодействия с виртуальными трехмерными образами изучаемых объектов;

возможность представления в мультимедийной форме уникальных информационных материалов (картин, рукописей, видеофрагментов, звукозаписей);

возможность автоматизированного контроля и более объективное оценивание знаний и умений;

возможность автоматической генерации большого числа не повторяющихся заданий для контроля и более удобного доступа к ней (гипертекст, гипермедиа, закладки, автоматизированные указатели, поиск по ключевым словам, полнотекстовый поиск);

создание условий для эффективной реализации прогрессивных психолого-педагогических методик (игровые и состязательные формы обучения, экспериментирование, «погружение» в виртуальную реальность).

Перечисленные достоинства характеризуют КСО в дидактическом и функциональном отношениях. К технологическим преимуществам КСО относятся: повышение оперативности разработки; более простое обновление и развитие; легкое тиражирование; более простое распространение (особенно при использовании Internet).

К отрицательным сторонам КСО относятся:

необходимость иметь компьютер (в ряде случаев с выходом в Internet) и соответствующее программное обеспечение для работы КСО;

необходимость обладать навыками работы на компьютере;

сложность восприятия больших объемов текстового материала с экрана дисплея;

недостаточная интерактивность КСО (существенно большая по сравнению с книгой, но меньшая, чем при очном обучении);

отсутствие непосредственного и регулярного контроля над ходом выполнения учебного плана.

Часто к ним добавляются субъективные недостатки, вызванные неграмотным проектированием КСО и концептуальными недочетами, допущенными их создателями.

Разработчики КСО и преподаватели, применяющие их в своей практической деятельности, должны знать недостатки и стараться компенсировать их при создании и эксплуатации данных средств. Способы компенсации могут быть разными: техническими, организационными, методическими, дидактическими, функциональными [1].

Можно сказать, что нынешняя тенденция показывает, как велика потребность в КСО и сейчас существует огромное количество программных комплексов по различным предметным областям. И в каждой из таких предметных областей есть определенные педагогические задачи, решаемые с помощью КСО.

Виды КСО, как правило, соотносится не с отдельными задачами, а с группами наиболее коррелирующих задач.

Схема классификации КСО показана на рисунке 1.1.

В зависимости от решаемых педагогических задач КСО подразделяется на четыре класса: средства теоретической и технологической подготовки, средства практической подготовки, вспомогательные средства, комплексные средства.

К первому классу относятся следующие виды КСО:

компьютерный учебник (КУ) - КСО для базовой подготовки по определенному курсу (дисциплине), содержание которого характеризуется относительной полнотой и представлено в форме учебника (книги).

компьютерная обучающая система (КОС) - КСО для базовой подготовки по одному или нескольким разделам (темам) курса (дисциплины).

компьютерная система контроля знаний (КСКЗ) - КСО для определения уровня знаний обучаемого (тестируемого) по данной дисциплине, курсу, разделу, теме или фрагменту ПО и его оценивания с учетом установленных квалификационных требований.

Класс средств практической подготовки включает два вида КСО.

Рисунок 1.1. Классификация КСО

компьютерный задачник (КЗ), или компьютерный практикум - КСО для выработки умений и навыков решения типовых практических задач в данной ПО, а также развития связанных с ними способностей.

компьютерный тренажер (КТ) - КСО для выработки умений и навыков определенной деятельности, а также развития связанных с ней способностей

К вспомогательным средствам относятся КСО, способствующие решению задач теоретической, технологической или практической подготовки, но в самостоятельном качестве не достаточные для достижения соответствующих целей. Данный класс объединяет следующие виды КСО:

компьютерный лабораторный практикум (КПП), компьютерный справочник (КС), мультимедийное учебное занятие (МУЗ).

В классе комплексных средств, покрывающих широкий круг педагогических задач, выделим два вида КСО: компьютерный учебный курс (КУК), компьютерный восстановительный курс (КВК). Наряду с КУК и КВК встречаются и другие виды комплексных средств, не показанные на схеме классификациями. Они либо объединяют КСО разных видов, либо реализуют функции, присущие им. К подобным средствам относятся, например, тренажерно-обучающие системы профессиональной аттестации и др.

Широкие, в содержательном плане, КСО, в целом покрывающие материал определенного учебного курса, называются интегральными. Интегральные КСО включают большой объем учебного материала или объединяют несколько КСО одного вида.

Результатом объединения КСО разных видов является комплексное средство. Комплекс как единое средство должен обеспечивать централизованное управление учебным процессом и синхронизированное использование входящих в него КСО как звеньев системы.

В зависимости от использования телекоммуникационных технологий КСО подразделяются на локальные, работающие на базе автономных вычислительных систем, и сетевые, функционирующие в рамках вычислительных сетей (локальных или глобальных).

КСО, функционирующие на базе глобальны вычислительных сетей, используются в режиме удаленного доступа.

Сетевые КСО, предусматривающие взаимодействие обучаемых, ориентированы на групповые формы подготовки.

Интеллектуальными называют КСО, реализующие функции традиционно ассоциируемые с человеческим интеллектом.

Среди интеллектуальных КСО наибольшую известность получили экспертно-обучающие и адаптивные обучающие системы. Первые основываются на интеграции технологий КСО и предназначены для освоения методов решения так называемых слабоструктурированных задач.

Адаптивные обучающие системы представляют собой КСО, реализующие обратные связи между обучаемым и системой, которые используются для управления учебным процессом: по результатам работы обучаемого (входного тестирования, рубежных контролей и т.п.) осуществляется корректировка сценария его взаимодействия с КСО (последовательности, глубины и формы представления учебного материала, условий учебных заданий).

Условия, в которых следует применять КСО, определяются возможностями их видов. Выбор видов КСО и конкретных средств, которые удовлетворяют данным образовательным потребностям, осуществляется преподавателями и методистами, планирующими использование КСО в учебном процессе. В настоящее время большинство решений, связанных с внедрением в учебный процесс КСО, приводят к необходимости разработки новых продуктов [1].

Программные комплексы сейчас играют очень важную роль в обучении и подготовки будущих специалистов. Потребность в качественном и программном средстве, наиболее полно отражающем какую либо тему или профиль изучения, очень велика. Об их ценности и роли более подробно рассмотрено в учебном пособии «Информационные технологии в образовании» автора Захаровой И.Г [6].

Каждый из создаваемых КСО должен обеспечивать должную защиту данных, если таковые имеются и соответствовать общим требованиям руководителей и преподавателей к их содержанию и структуре.

Для их создания потребуются навыки по разработке таких систем и комплексов. Учебные пособия «Информационные системы» автора Федоровой Г.Н., «Автоматизированные информационные системы» автора Мезенцева К.Н. и «Проектирование информационных систем» автора Емельяновой Н.З. содержат достаточно полную информацию о том, из чего состоят ИС, об их архитектурах, о правильном анализе предметной области, о подходах и этапах их программирования.

Создаваемые КСО могут иметь личные данные своих пользователей и хранить другую важную информацию. Такая информация хранится в БД. Если КСО в сети, то эти данные необходимо защитить. В книгах Гуда А.Н. «Информатика. Общий курс» и Василькова А.В «Информационные системы и их безопасность» описывается общие сведения о создании БД и защите информации в КСО.

.2 Обзор существующих программных средств для обучения

Современно обучение в высших учебных заведениях включает в себя целые программные комплексы и электронные учебники, что позволяет качественно оценить уровень знаний студентов и отслеживать успехи студентов в различных дисциплинах.

Томский технологический университет имеет огромное количество компьютерных разработок, среди которых электронные учебники на тему Рейзлин В.И «Численные методы решения краевых задач проектирования», Рейзлин В.И «Численные методы оптимизации», Рейзлин В.И «Программирование С++» [15]. В целом, это кроссплатформенный формат электронных документов, созданный фирмой Adobe Systems с использованием ряда возможностей языка PostScript. В первую очередь он предназначен для представления в электронном виде полиграфической продукции, однако позволяет интегрировать и элементы мультимедиа, такие как интерактивные иллюстрации, анимации, аудио- и видео.

Учебники содержат несколько разделов. Раздел «Учебник» знакомит с материалом по выбранному курсу, «Тест» позволяет проверить знания, по результатам прохождения выставляется оценка. Раздел «Задания» содержит несколько вариантов заданий для прохождения лабораторных работ. «Требования» - информация и советы по оформлению выполненных заданий. Для подготовки к экзамену по курсу есть раздел «Экзаменационные вопросы». Пособия разработаны специально для студентов и аспирантов для лучшего изучения способов программирования или для тех, кто использует в своем решении численные методы.