Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Диплом

Программный модуль учебного назначения по разделу математики «Многогранники»



Содержание

• Введение
• 1. Электронный учебник как средство дистанционного обучения
• 1.1 Информационные ресурсы для образовательных целей
• 1.2 Информатизация образования
• 1.3 Теоретические основы создания и использования программных средств учебного назначения
• 1.4 Обоснование разработки программного продукта
• 2. Описание предметной области
• 3. Разработка программного продукта
• 3.1 Постановка задачи
• 3.1.1 Характеристика комплекса задач
• 3.1.2 Входная информация
• 3.1.3 Выходная информация
• 3.2 Выбор технологии разработки программного продукта
• 3.2.1 Современные технологии разработки
• 3.2.2 Выбор среды программирования
• 3.3 Программная документация
• 3.3.1 Руководство пользователя
• 3.3.2 Руководство преподавателя
• 3.3.3 Руководство по инсталляции и сопровождению
• Заключение
• Список используемых источников



Введение

В современном информационном обществе на смену традиционному подходу приходят инновационные подходы к обучению. Современные технологии образования - это приложение информационных технологий для создания новых возможностей передачи знаний, восприятия знаний, оценки качества обучения, и, безусловно, всестороннего развития личности обучаемого в ходе учебно-воспитательного процесса [14].

Сегодня возрастает роль и значение самостоятельной работы студентов, что предполагает внедрение активных методов овладения информацией, развитие творческих способностей студентов, переход от комплексного к индивидуальному обучению с учетом потребностей и возможностей обучающихся.

Использование компьютера в процессе обучения дает возможность качественного изменения всего процесса обучения. Но готовые педагогические программные средства не всегда обеспечивают качественное изложение определенной темы или раздела, к тому же, создание собственных учебных программных средств позволяет проявить творческий педагогический потенциал и индивидуальную методику. Всё это обуславливает актуальность создания электронного учебного пособия, открывающего новые перспективы для повышения эффективности образовательного процесса.

Цель дипломного проекта состоит в разработке и внедрении информационного и программного обеспечения для изучения одной из сложных тем геометрии «Многогранники» в школах и в средних специальных учебных заведениях среднего профессионального образования, предусматривающего визуализацию материала и контроль знаний [10].

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1) представить теоретические основы создания и использования программных средств учебного назначения;

2) изучить методические подходы к подготовке учебного материала для электронных курсов;

3) рассмотреть применение принципа наглядности при разработке электронных учебных курсов;

4) охарактеризовать принципы проектирования учебно-методических комплексов;

5) разработать технологию реализации информационно-программного обеспечения интерфейса электронного учебного курса.

Суть работы заключается не только в использовании современных технологий для создания инновационного электронного учебного курса, но и в систематизации и реализации четкой логики изложения сложнейшего теоретического материала с использованием методов информационного моделирования и виртуальной реальности, что обеспечит принципиально новые возможности для обучения [12].

Программа должна разрабатываться в соответствии с требованиями к системе обучения в целом, и ее информационно-методической основой являются раздаточные материалы, контролирующие и тестирующие материалы, методики проведения групповых, индивидуальных и самостоятельных занятий [18].

Учебные материалы в такой программе обычно представляются в виде: презентаций, самостоятельных занятий, которые реализуют обратную связь с пользователем через практические упражнения, симуляторы контроля знаний с вопросами различных видов.

Таким образом, практическая значимость непосредственно связана с применением настоящей работы в учебном процессе.

Дипломный проект включает в себя:

1) Аналитическую часть, в которой рассматриваются возможности обучающих интерактивных электронных курсов, требования, предъявляемые к ним, и обосновывается разработка данного программного продукта.

2) Теоретическую часть, в которой показаны преимущества разрабатываемой системы, задачи, решаемые в дипломном проекте, требования, предъявляемые к системе, использованные методики и проектирование системы.

3) Описание разработки программного продукта.

4) Практическая часть - руководство пользователя и преподавателя по внедряемой системе.

5) Список используемой литературы.

6) Приложение.

1. Электронный учебник как средство дистанционного обучения

1.1 Информационные ресурсы для образовательных целей

Современные информационные технологии открывают новые перспективы для повышения эффективности образовательного процесса. Изменяется сама парадигма образования. Все большая роль отводится методам активного познания, самообразованию, дистанционным образовательным программам, что чаще всего предполагает использование обучающих интерактивных электронных курсов [20].

Информационные ресурсы для образовательных целей можно разделить на следующие категории:

1) электронные учебники;

2) электронные справочники (словари, энциклопедии и т. п.);

3) электронные библиотеки объектов (базы данных текстовой, графической, звуковой и видеоинформации).

Создание электронных справочников и библиотек объектов -- прерогатива крупных компаний -- разработчиков программного обеспечения (ПО), так как требует наличия специалистов в области современного программирования, сред разработки ПО (лицензионное использование которых весьма дорого), а также значительных объемов работ, выполнение которых лучше доверить авторским коллективам.

Все вышесказанное можно отнести и к разработке электронных учебников, но именно здесь есть ниша для работы отдельного автора или небольшого авторского коллектива. Обусловлено это спецификой учебного процесса и подходов к созданию учебного программного обеспечения: большинство современных электронных учебников, представленных компаниями -- разработчиками ПО, не ориентированы непосредственно на обеспечение учебного процесса в средней школе, не учитывают особенности классно-урочной системы, их содержание часто не соответствует стандартам образования. Поэтому многие учителя-предметники предпочитают самостоятельно разрабатывать электронные пособия по отдельным разделам школьной программы (реже -- по целым курсам), тем более что современные технологии позволяют создавать достаточно качественные программные продукты [9].

1.2 Информатизация образования

Информационное обеспечение является важнейшим ресурсом управления развитием образовательных систем любого уровня. Однако на каждом уровне управления, содержание и способы информационного обеспечения имеют свою специфику. В современных условиях важнейшими принципами становятся информатизация обучения и управления [14].

С каждым годом появляются новые средства и технологии, важные с точки зрения информатизации образования. Перечислить, и тем более, изучить их все невозможно. Важно понимать, что при определенных условиях многие из этих технологий способны существенно повлиять на повышение качества обучения и воспитания учащихся.

В то же время любой опытный учитель подтвердит, что на фоне достаточно частого положительного эффекта от внедрения информационных технологий, во многих случаях использование средств информатизации никак не сказывается на повышении эффективности обучения, а в некоторых случаях такое использование имеет негативный эффект. Очевидно, что решение проблем уместной и оправданной информатизации обучения должно осуществляться комплексно и повсеместно. Обучение корректному, оправданному и уместному использованию средств информационных и коммуникационных технологий должно войти в содержание подготовки педагогов в области информатизации образования.

К задачам информатизации общества и всех его сфер, к числу которых относится и образование, уделяется повышенное внимание государства. Необходимость системного государственного подхода к процессу развития информатизации общества начала осознаваться в начале 90-х годов прошлого века. Так, например, еще в 1990 году была разработана и принята «Концепция информатизации общества», а понятие «информатизация» стало все шире использоваться как в научной, так и в общественно-политической терминологии, постепенно вытесняя понятие «компьютеризация» [17].

Относительно широкое определение понятия «информатизация» дал в своих публикациях академик А.П. Ершов. Он писал, что информатизация - это комплекс мер, направленный на обеспечение полного использования достоверного, исчерпывающего и своевременного знания во всех общественно значимых видах человеческой деятельности. При этом А.П. Ершов подчеркивал, что информация становится стратегическим ресурсом общества в целом, во многом обусловливающим его способность к успешному развитию.

В то же время, по заключению ЮНЕСКО, информатизация - это широкомасштабное применение методов и средств сбора, хранения и распространения информации, обеспечивающей систематизацию имеющихся и формирование новых знаний, и их использование обществом для текущего управления и дальнейшего совершенствования и развития.

Очевидно, что с одной стороны оба указанных определения не противоречат друг другу, и с другой стороны, определяют, в том числе и информатизацию сферы образования, являющейся одной из областей деятельности человека.

Таким образом, понятие информатизация образования может быть введено адаптацией этих двух определений.

Информатизация образования представляет собой область научно-практической деятельности человека, направленной на применение технологий и средств сбора, хранения, обработки и распространения информации, обеспечивающее систематизацию имеющихся и формирование новых знаний в сфере образования для достижения психолого-педагогических целей обучения и воспитания.

Информатизация образования на практике невозможна без применения специально разработанных компьютерных аппаратных и программных средств, которые называются средствами информатизации образования [12].

Средствами информатизации образования называются компьютерное, аппаратное и программное обеспечение, а также их содержательное наполнение, используемые для достижения целей информатизации образования.

Использование только средств информатизации образования недостаточно для полноценного применения информационных и телекоммуникационных технологий в образовании. На практике такие средства обязательно должны быть дополнены идеологической базой информатизации образования, а также деятельностью специалистов в различных областях знаний, чье участие необходимо для достижения целей информатизации.

Очевидно, что понятия средств информатизации образования и средств ИКТ оказываются тесным образом связанными. Во многих случаях эти два понятия означают одно и то же. При этом понятие средств информатизации образования является более широким и включает в себя средства ИКТ.

Информатизация образования, независимо от направления ее реализации, является широкой, многоаспектной областью деятельности человека, влияющей на функционирование всей системы образования, и без преувеличения, на жизнь всего общества в целом.

Особую задачу представляет собой информатизация деятельности каждой отдельно взятой школы или другого учреждения общего среднего образования.

Информатизация конкретного учебного заведения представляет собой комплекс мероприятий, нацеленных на применение средств информационных технологий для повышения эффективности процессов обработки информации во всех, без исключения, видах деятельности современного учреждения общего среднего образования.

К сожалению, очень часто под информатизацией образования подразумевается внедрение информационных и телекоммуникационных технологий в учебный процесс. Это, действительно, важнейшее направление информатизации образования, оказывающее определяющее влияние на повышение качества подготовки школьников. Однако, изучая информатизацию образования, важно понимать, что собственно учебный процесс является основной, но далеко не единственной областью деятельности современной школы, в которой в настоящее время происходит массовое внедрение различных информационных технологий.

Приоритетным направлением в обучении информатизации образования должен стать переход от обучения техническим и технологическим аспектам работы с компьютерными средствами к обучению корректному содержательному формированию, отбору и уместному использованию образовательных электронных изданий и ресурсов, к системной информатизации образования. Современный учитель должен не только обладать знаниями в области информационных и коммуникационных технологий, что входит в содержание курсов информатики, изучаемых в педагогических вузах, но и быть специалистом по применению новых технологий в своей профессиональной деятельности в школе.

1.3 Теоретические основы создания и использования программных средств учебного назначения

В учебном процессе важна не информационная или телекоммуникационная технология как таковая, а то, насколько ее использование служит достижению собственно целей изучения. Более дорогостоящие и наиболее современные технологии не обязательно обеспечивают наилучший образовательный результат. При выборе технологий необходимо учитывать наибольшее их соответствие характерным чертам обучаемых. При использовании компьютерных и телекоммуникационных технологий в процессе обучения необходимо постоянно оценивать их эффективность для реализации целей обучения и их стоимость [13].

Программа разрабатывается в соответствии с требованиями к системе обучения в целом, и ее информационно-методической основой являются раздаточные материалы; контролирующие и тестирующие материалы; методики проведения групповых, индивидуальных и самостоятельных занятий.

Электронный учебник должен решать те задачи и поддерживать те функции обучения или администрирования учебного процесса, которые были определены на стадии общей проработки проекта по реализации учебного процесса.

От разработчиков учебника требуется наличие таких навыков, как тщательное планирование учебника, управлением проектом, умение преподнести материал, понимание специфики принимаемых технологий при создании учебника, хороший эстетический вкус, разумный подход к использованию элементов дизайна и спецэффектов.

Учебные материалы в таком учебнике обычно представляются в виде: презентации, самостоятельных занятий, которые реализуют обратную связь с пользователем через практические упражнения, симуляторы контроля знаний с вопросами различных видов.

1.4 Обоснование разработки программного продукта

Все большая роль отводится методам активного познания, самообразованию, дистанционным образовательным программам, что чаще всего предполагает использование обучающих интерактивных электронных курсов, что открывает новые перспективы для повышения эффективности образовательного процесса.

Но готовые педагогические программные средства не всегда обеспечивают качественное изложение определенной темы или раздела, к тому же, создание собственных учебных программных средств позволяет проявить творческий педагогический потенциал и индивидуальную методику. Стремительное и повсеместное усложнение всех аспектов профессиональной деятельности, острая потребность в овладении большим объемом разноплановых знаний вступают в противоречие с ограниченными возможностями человеческого мозга перерабатывать поступающую информацию. Учитывая это, можно сделать следующие выводы:

1) процесс познания и понимания учебного материала -- один из наиболее сложных видов умственного труда;

2) производительность этого труда недопустимо мала и разительно отстает от растущих потребностей;

3) чтобы переломить неблагоприятные тенденции, необходимо резко поднять производительность (скорость) понимания;

4) для этого нужно кардинально улучшить качество учебных материалов, увеличить их понимаемость.

Понимаемость учебного материала -- это свойство, которое позволяет минимизировать интеллектуальные усилия, необходимые для его усвоения. Минимизация интеллектуальных затрат учащихся - важная обязанность автора учебно-методических материалов системы открытого образования.

Всё это обуславливает актуальность создания программного модуля учебного назначения по разделу математики «Многогранники». Данный модуль должен будет иметь возможность динамического изменения своей структуры, то есть возможность добавлять, убирать учебный материл, а также возможность изменения вопросов теста, их количества, как в большую, так и в меньшую сторону.

Тема «Многогранники» одна из основных в традиционном курсе школьной геометрии. Многогранники составляют центральный предмет стереометрии, в котором изучаются свойства фигур в пространстве. Они сами по себе представляют чрезвычайно содержательный предмет исследования, выделяясь среди всех тел многими интересными свойствами, специально к ним относящимися теоремами и задачами [11].

Таким образом, изучив различные средства обучения, можно сказать, что электронные средства обучения значительно превосходят традиционные средства по возможностям поиска и навигации, а создание собственных учебных программных средств, с возможность динамического изменения своей структуры, позволяет значительно упростить процесс обучения.

2. Описание предметной области

В настоящее время процесс обучения переходит на новый качественный уровень и особую актуальность приобретают разработки связанные с электронными учебными курсами для конкретных дисциплин или даже по отдельным разделам. При разработке электронного учебного курса необходимо иметь в виду, что технологии виртуального обучения меняются сегодня стремительными темпами [12,14].

Можно выделить следующие требования, предъявляемые к электронному учебному пособию:

1) изложение материала должно быть достаточно подробным, чтобы не возникло никаких трудностей в понимании этого материала, вместе с тем не должно быть излишеств;

2) изложение материала должно быть замкнутым, т.е. все используемые понятия должны быть введены здесь же, чтобы не обращаться к другим учебникам;

3) изложение не должно быть рецептурным, везде должна быть ясной мотивировка всех описываемых действий, событий, и т.д.

4) рассматриваемые вопросы должны быть упорядочены по степени важности, и более важным вопросам должно быть уделено больше внимания, то же относится к ранжированию вопросов по степени сложности;

5) изложение материала должно быть достаточно конкретным;

6) объем материала, излагаемого в учебнике, должен быть строго привязан к программе в нем не должно быть ничего лишнего;

7) материал должен излагаться не формально, а содержательно;

8) в тексте учебника в обязательном порядке должны содержаться методические и педагогические приемы, облегчающие самостоятельное освоение предмета;

9) в основном тексте не должно быть никаких справочных сведений, все они должны быть вынесены в приложение.

В автоматизированной обучающей системе необходима четкая структуризация учебного материала. Большинство же имеющихся на сегодняшний день систем разработки не обеспечивают возможности подробной структуризации учебного материала. Можно построить интеллектуальную систему обучения, позволяющую в зависимости от уровня знаний пользователя указывать оптимальный путь обучения и контролировать усвоенные знания, выработать рекомендации по изменению плана учебного процесса. Все это в целом позволит усовершенствовать цикл обучения и уменьшить временные затраты, необходимые на изучение [11].

Мой программный продукт сможет применяться, как в средних общеобразовательных школах, так и в средних специальных учебных заведениях среднего профессионального образования, при изучении раздела геометрии «Многогранники». Изучение этого раздела дает особенно богатый материал для развития пространственных представлений, для развития того соединения живого пространственного воображения со строгой логикой, которое составляет сущность геометрии. Использование многогранников с самого начала изучения стереометрии служит различным дидактическим целям. На многогранниках удобно демонстрировать взаимное расположение прямых и плоскостей в пространстве, показывать применение признаков параллельности и перпендикулярности прямых и плоскостей в пространстве.

Изучая свойства геометрических фигур - воображаемых объектов, мы получаем представление о геометрических свойствах реальных предметов и можем использовать эти свойства в практической деятельности. Геометрия, в частности стереометрия, широко используется в строительном деле, архитектуре, машиностроении, геодезии, во многих других областях науки и техники. В этом состоит практическое значение изучения раздела геометрии «Многогранники» [19].

Данная схема показывает взаимодействие программы, учащегося и преподавателя. Преподаватель может управлять программой, запрещать или разрешать запуск того или иного модуля программы, изменять вопросы теста, последовательность их вывода, создавать и изменять комментарии для каждой оценки за тест, а также изменять содержимое той или иной темы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1. Взаимодействие объектов

Программа предоставляет учащемуся не только текстовую информацию, но и графическую с использованием визуальных эффектов, трёхмерных моделей, которые помогают обучающемуся гораздо легче воспринимать информацию и понимать её, после прохождения тестирования программа выдаёт комментарии, позволяющие учащемуся понять, как хорошо он выучил материал.

Таким образом, данный проект позволит повысить эффективность обучения за счёт его использования для самостоятельного изучения и закрепления материала.



3. Разработка программного продукта

3.1 Постановка задачи

3.1.1 Характеристика комплекса задач

Целью и назначением данной системы является разработка обучающе-тестирующей программы «Многогранники», которая предусматривает визуализацию материала и контроль знаний. Практическая значимость непосредственно связана с применением настоящей работы в учебном процессе и самостоятельной деятельности учащихся.

Исходя из требований, предъявляемых к электронному учебному пособию, программный продукт должен выполнять следующие функции:

1) предоставление справочной информации по компонентам программы;

2) вывод текстовой и графической информации;

3) контекстный поиск;

4) сохранение информации;

5) вывод на печать;

6) тестирование;

7) защита компонентов программы.

Программа будет состоять из теоретической и практической части. Информационный блок будет содержать следующие элементы:

1) наименование курса;

2) сведения об авторе;

3) учебную программу (в части списка и содержания тем курса);

4) руководство по изучению дисциплины;

5) содержательную часть (учебная информация, разбитая на блоки);

6) тесты (итоговые);

7) глоссарий (толкование терминов и понятий, используемых в дисциплине);

8) справочную систему.

Учебный курс «Многогранники» будет разработан в соответствии с типовой структурой комплексного программного средства учебного назначения [18].

Практическая часть будет содержать: тестирование, которое сейчас широко применяется для оценки уровня знаний в учебных заведениях, при приеме на работу, для оценки квалификации персонала учреждений, то есть практически во всех сферах деятельности человека. Контроль знаний учащихся - неотъемлемая часть обучения, оценки качества образования. Каждый субъект образовательного процесса (преподаватель, учащийся, родители) заинтересован в обеспечении качества образования.

Качество образования имеет два аспекта:

1) соответствие стандартам или спецификации;

2) соответствие запросам потребителя.

Анализируя особенности состояния проблемы проверки и оценки знаний, следует отметить, что эта проблема многогранна и рассматривается исследователями в самых различных аспектах.

В зависимости от функций, которые выполняет контроль в учебном процессе, можно выделить три основных его вида:

1) предварительный контроль (предварительное тестирование) - установление индивидуального уровня знаний учащегося по предыдущим темам курса;

2) текущий контроль (текущее тестирование) - позволяет преподавателю получать сведения о ходе процесса усвоения знаний у каждого учащегося в течение определенного промежутка времени;

3) итоговый контроль (итоговое тестирование) - заканчивается оценкой знаний.

Итог может касаться, как отдельного цикла обучения, так и целого предмета. Именно на этом этапе дидактического процесса систематизируется и обобщается учебный материал (в вузе - промежуточная аттестация).

В дистанционном обучении при использовании тестовых заданий текущего и итогового контроля процедура реализации процесса тестирования может осуществляться, как самим преподавателем, так и с помощью компьютерной тестирующей программы.

Испытуемому будет предлагаться ряд вопросов (тест), на которые он должен ответить. К каждому вопросу дается несколько вариантов ответа, из которых надо выбрать правильный. Каждому варианту ответа соответствует некоторая оценка. Суммированием оценок за ответы получается общий балл, на основе которого делается вывод об уровне подготовленности испытуемого.

Вопросы будут выводиться в случайном порядке, с новой выборкой при каждом запуске приложения. Это гарантирует то, что при каждой попытке пройти тест испытуемый столкнется с различными вопросами. Во время теста он не сможет вернуться на предыдущие вопросы и изменить свои ответы. В конце тестирования будет сообщаться оценка по стобалльной системе.

Основные решаемые задачи:

1) активизация механизма умственной деятельности обучаемого за счет реализации его познавательной способности при самостоятельной работе с информационными ресурсами;

2) объективность результатов проверки;

3) повышение до очень высокой эффективности контроля знаний со стороны преподавателя.

3.1.2 Входная информация

В процессе проектирования были изучены принципы построения электронных учебных пособий и требования, предъявляемые к ним [14].

В основе изложения теоретической части были использованы следующие материалы:

1) Учебники и пособия, рекомендуемые Министерством образования и дополнительная информация, отобранная из разных источников (в том числе информационные образовательные ресурсы глобальной сети Интернет), необходимая для полноты изложения тем [19].

2) Изученные методические аспекты сочетания традиционной и информационной технологий в обучении позволили отобрать учебный материал традиционного курса, а принципы построения электронных обучающих средств, грамотно изложить его и внедрить в учебный курс [18].

Данный подход содействует более успешному и быстрому освоению учебного материала, приобретению практических навыков, развитию логического мышления обучаемых.

3) Принципы классификации тестов и построения тестирующих программ, режимы их эксплуатации.

4) Рекомендации и консультации специалистов.

Электронное учебное пособие предоставляет ряд преимуществ по сравнению с традиционными технологиями обучения:

- позволяет студенту самому осуществлять текущий контроль получаемых им знаний, развивая тем самым навыки самоконтроля;

- увеличивает время самостоятельной работы студентов с изучаемым материалом, при этом они приобретают навыки самостоятельного поиска необходимой информации;

- объективизирует контроль, так как освобождает студента от субъективного влияния преподавателя на его сознание и психику при ответах на вопросы;

- дает возможность преподавателю использовать больше времени на индивидуальные занятия со студентами в процессе изучения учебной дисциплины.

3.1.3 Выходная информация

Анализ принципов создания электронных учебников позволил выделить основные этапы и аспекты формирования учебного курса:

- постановка целей, достигаемых в процессе обучения;

- выбор различных способов управления учебной деятельностью;

- моделирование учебных ситуаций;

- соблюдение соответствия содержания учебного материала и уровня трудности учебных заданий требованиям ГОСТа;

- тщательный отбор, структурирование практического материала, формулировка вопросов и тестовых заданий;

- учет ранее усвоенных знаний, умений и навыков;

- выбор или разработка аппарата оценки полученных знаний и уровня подготовленности обучаемых.

Выходная информация представлена в виде теоретического курса, практической части, иллюстративного вспомогательного материала и вопросов тестирования.

Вспомогательный материал включает в себя:

1) Иллюстрации, сделанные в Adobe Photoshop CS2 и анимации, написанные на JavaScript.

Использование анимаций и иллюстраций позволяет учащемуся гораздо проще понять и усвоить учебный материал. Преподавателю гораздо проще объяснять, используя чертежи, рисунки. А так же все это способствует пробуждению желания изучать конкретную тему, так как обучающемуся становится интересен процесс обучения. Пример иллюстрации, показан на рис. 2, по ней преподавателю гораздо проще объяснить, сколько граней, вершин, ребер имеет эта фигура, а так же из чего вытекает та или иная формула. Преподавателю не придется чертить ее на доске, тем самым он сможет сэкономить время для объяснения или для проверки знаний.

Рис. 2.

2) Динамические трехмерные модели.

Использование динамических моделей дает возможность учащемуся реально увидеть, как изменяется та или иная фигура в пространстве, что значительно улучшает его восприятие. Форма трёхмерных каркасных моделей Платоновых тел показана на рис. 3.

Рис. 3

3) Мультимедийную презентацию

В презентации показывается решение задач на нахождение сечений многогранников. Все задачи имеют соответствующие пояснения. Эту презентацию очень удобно использовать для наглядного объяснения решения той или иной задачи на сечения. Она уменьшает время необходимое учащемуся для восприятия, так как он сможет видеть процесс решения на экране и ему не придется прорисовывать процесс решения у себя в голове (форму мультимедийной презентации см. на рис. 9).

3.2 Выбор технологии разработки программного продукта

3.2.1 Современные технологии разработки

Широкое внедрение вычислительной техники в различные сферы деятельности человека стимулировало развитие автоматизированных методов и инструментальных средств создания прикладного программного обеспечения (ПО). Производство современного ПО происходит на фоне высоких требований к его качеству, так как сложность и ответственность выполняемых им функций непрерывно возрастает. Создание качественной программы, как и любого другого продукта, зависит не только от опыта разработчика, но и от инструмента, которым он пользуется. На данный момент наиболее распространены такие технологии программирования, как объектно-ориентированное программирование, технология COM и технология OLE [15].

Объектно-ориентированное программирование (ООП) - это способ программирования с ориентацией на объекты. При таком способе создаются крупные программные образования - классы, куда закладываются общие свойства будущих объектов, которые станут получаться по определенным правилам из этих классов.

Класс - это тип, описывающий устройство объектов - экземпляров. Класс можно сравнить с чертежом, согласно которому создаются объекты. Обычно классы разрабатывают таким образом, чтобы их объекты соответствовали объектам предметной области.

Языки объектного программирования принято делить на объектные, в которых существуют классы и объекты, и объектно-ориентированные, в которых программист может не только пользоваться предопределёнными классами, но и задавать собственные пользовательские классы.

Объектное и объектно-ориентированное программирование возникло в результате развития идеологии процедурного программирования, где данные и подпрограммы (процедуры, функции) их обработки формально не связаны. Кроме того, в современном объектно-ориентированном программировании часто большое значение имеют понятия события (событийно-ориентированное программирование) и компонента (компонентное программирование).

Технология СОМ представляет собой строго регламентированную спецификацию, определяющую требования к общающимся программам. При соблюдении этих требований гарантировано взаимодействие любых программ независимо от использовавшегося при их создании языка программирования и места выполнения программ - в одном процессе, в разных процессах на одном компьютере, наконец, на разных компьютерах. Общающиеся программы называются клиентом и сервером. Клиент является инициатором общения. Он обращается к одной из служб (сервисов) сервера с требованием получения некоторых данных и выполнения некоторой работы с данными, которые передаются серверу. Службы сервера реализуются в виде одного или нескольких входящих в его состав объектов СОМ. Каждая служба описывается своим интерфейсом; один объект может содержать произвольное количество служб и, таким образом, специфицироваться множеством интерфейсов. Любой сервер содержит как минимум один объект СОМ. Он (сервер) реализуется в виде исполняемого файла или библиотеки DLL. Характерной особенностью технологии является автоматическая активизация сервера при обращении к нему клиента. Если сервер закончил обслуживание всех клиентов, он также автоматически выгружается из памяти.

Важная особенность СОМ заключается в том, что она представляет собой бинарный стандарт, позволяющий взаимодействовать программам, созданным на различных языках программирования.

OLE (Object Linking and Embedding) -- технология связывания и внедрения объектов в протокол, разработанная корпорацией Microsoft.

OLE позволяет передавать часть работы от одной программы редактирования к другой и возвращать результаты назад. Например, установленная на персональном компьютере издательская система может послать некий текст на обработку в текстовый редактор, либо некоторое изображение в редактор изображений с помощью OLE технологии.

Основное преимущество использования OLE (кроме уменьшения размера файла) в том, что она позволяет создать главный файл, картотеку функций, к которой обращается программа. Этот файл может оперировать данными из исходной программы, которые после обработки возвращаются в исходный документ.

Таким образом, выбранной технологией программирования является объектно-ориентированное программирование, в связи с тем, что очевидны следующие преимущества:

1) существенно сокращается время разработки программы;

2) повторное использование существующего кода;

3) сокращение сопровождаемого кода;

4) возможность внесения модификаций без переделки всего кода.

3.2.2 Выбор среды программирования

На сегодняшний день существует множество различных сред программирования. При выборе среды программирования необходимо учитывать много факторов, главными из них являются: выполнение поставленных задач, понятный и удобный пользовательский интерфейс. Рассмотрим такие как C++ Builder и Delphi 2007.

Новейшая система объектно-ориентированного программирования C++ Builder производства корпорации Borland обеспечивает скорость визуальной разработки, продуктивность повторно используемых компонентов в сочетании с мощью языковых средств C++, усовершенствованными инструментами и разномасштабными средствами доступа к базам данных.

Все компоненты, формы и модули данных, работающие в Delphi 2007, могут быть повторно использованы в приложениях C++ Builder для Windows без каких-либо изменений. Уникальная взаимосвязь этих систем программирования позволяет при создании приложения без труда переходить из одной среды разработки в другую. C++ Builder предоставляет свою мощность и широкие возможности языка C++ всему семейству систем объектно-ориентированного программирования [4].

Библиотека C++ Builder содержит более ста компонентов. Реализована и совместимость с элементами ActiveX. В C++ Builder применена технология инкрементного построения проекта, впервые реализованная в Delphi. Проект может быть создан в фоновом режиме, параллельно с редактированием исходного текста, что значительно сокращает время, затрачиваемое на его разработку.

Отладчик C++ Builder полностью интегрирован в пакет. При исполнении программы разработчик имеет доступ к окнам контроля значений переменных, точкам прерываний, потокам, регистрам и стекам вызовов. В любой момент программу можно приостановить, внести изменения и частично перестроить проект. Конструктор форм и другие инструментальные средства продолжают функционировать во время выполнения программы, что позволяет в ходе отладки добавлять новые события.

C++ Builder может быть использован везде, где требуется дополнить существующие приложения расширенным промышленным стандартом языка C++, повысить быстродействие и придать пользовательскому интерфейсу профессиональный облик.

Delphi 2007 пока еще продолжает оставаться самой легкой в использовании и самой продуктивной системой RAD, поэтому C++ Builder идеально подойдет тем разработчикам, которые предпочитают выразительную мощность языка C++, однако хотят сохранить продуктивность Delphi 2007.

Одной из наиболее сильных сторон среды программирования Delphi 2007 является ее открытая архитектура, благодаря которой Delphi 2007 допускает своего рода метапрограммирование, позволяя «программировать среду программирования». Такой подход переводит Delphi 2007 на качественно новый уровень систем разработки приложений и позволяет встраивать в этот продукт дополнительные инструментальные средства, поддерживающие практически все этапы создания прикладных систем. Столь широкий спектр возможностей открывается благодаря реализованной в Delphi 2007 концепции открытых интерфейсов, являющихся связующим звеном между IDE (Integrated Development Environment) и внешними инструментами. Delphi 2007 умело прячет от разработчика многие внутренние особенности реализации (например, оператор as в некоторых случаях выполняет вызов метода IUnknown.QueryInterface). В то же время при необходимости программист может перейти на уровень использования API [1]. Средства доступа к базам данных позволяют быстро создавать эффективные приложения для работы со всеми распространенными реляционными СУБД.

Delphi 2007 объединил несколько важнейших технологий:

1) Высокопроизводительный компилятор.

Этот компилятор в настоящее время является самым быстрым в мире, его скорость компиляции составляет свыше 120 тысяч строк в минуту на компьютере 486DX33. Он предлагает легкость разработки и быстрое время проверки готового программного блока [3].

2) Объектно-ориентированная модель.

Основной упор этой модели в Delphi 2007 делается на максимальном использовании кода. Это позволяет разработчикам строить приложения весьма быстро из заранее подготовленных объектов, а также дает им возможность создавать свои собственные объекты для среды Delphi 2007. В стандартную поставку Delphi 2007 входит более 400 компонентов, рассчитанных на самые разные сферы применения.

3) Визуальное построение приложений из программных прототипов.

Среда Delphi 2007 включает в себя полный набор визуальных инструментов для скоростной разработки приложений (RAD), поддерживающей разработку пользовательского интерфейса и подключение к корпоративным базам данных. VCL - библиотека визуальных компонент, включает в себя стандартные объекты построения пользовательского интерфейса, объекты управления данными, графические объекты, объекты мультимедиа, диалоги и объекты управления файлами. Но это не значит, что в Delphi 2007 могут работать только профессионалы. Среда разработки сохранила простоту и наглядность процесса создания приложений, основанного на использовании технологий визуального программирования.

С помощью этой среды программирования создается сложное корпоративное программное обеспечение для обработки большого объема данных. Поддерживается операционными средами Windows 98, ME, 2000, XP, NT, Vista.

Таким образом, в качестве основной среды разработки была выбрана Delphi 2007, так как эта среда является первоклассным инструментом для быстрого и качественного создания приложений под Windows, в том числе Web-ориентированных приложений, за счет современного объектно-ориентированного языка, комплексной поддержки различных технологий и высокопроизводительного компилятора. Синтаксис Delphi 2007 является простым и ясным, в то время как синтаксис C++ Builder является сложным, запутанным, в котором трудно разобраться, что замедляет написание программы и время ее компиляции.

3.3 Программная документация

3.3.1 Руководство пользователя

Программный модуль учебного назначения по разделу математики «Многогранники» ориентирован, как для самостоятельного обучения и контроля студентов, так и для использования его непосредственно во время учебных занятий.

1) Запуск программы

Двойной щелчок на ярлыке программы позволит запустить главную форму программы, которая предназначена для отображения основной информации системы. Свертывание главного окна приводит к исчезновению с экрана других окон этой программы, а его закрытие означает окончание работы с программой.



Рис. 4. Главное окно программы

Функционально главное окно программы, как показано на рис. 4, делится на следующие составляющие:

1) главное меню;

2) панель управления;

3) окно просмотра страниц;

4) статусная строка.

Как показано на рис. 4 главное окно программы содержит основные элементы управления и непосредственно справочный материал по многогранникам.

Работа с главным меню программы

Под заголовком окна находится строка меню, состоящая из четырех пунктов, через которые можно вызвать любую команду математического модуля. Для открытия меню необходимо щелкнуть мышью на его имени. После этого появятся команды этого меню.

Меню «Файл» - это элемент меню программы, изображен на рисунке 5. Оно состоит из трёх пунктов. Выбор пункта из этого меню означает выполнение действия в соответствии с названием данной позиции.



Рис. 5

1) Пункт «Сохранить как...» - вызывает стандартное диалоговое окно «Сохранение веб - страницы». Для получения справки по элементам этого окна, когда оно активно, можно воспользоваться кнопкой «F1».

2) Пункт «Печать...» - вызывает диалоговое окно «Print / Печать». Для получения справки по элементам этого окна, когда оно активно, можно воспользоваться кнопкой «F1». Если принтер подключен, то при нажатии на кнопку «Печать» текущая страница из «Окна просмотра страниц» будет отправлена на печать.

3) Пункт «Выход» - служит для закрытия программы. При выходе из программы появится диалоговое окно, показанное на рисунке 6.

Рис. 6

И если Вы действительно хотите выйти из программы, то надо подтвердить это, нажав на кнопку «Да». Если нет, то нажав на кнопку «Нет».

Меню «Вид» - это элемент меню программы, изображен на рисунке 7. Оно состоит из семи пунктов. Выбор пункта из этого меню означает выполнение действия в соответствии с названием данной позиции.



Рис. 7

1) Пункт «3-D модели» - открывает страницу, представляющую симуляции, демонстрирующие модели трёхмерных Платоновых тел.

Трехмерная модель многогранника из этой страницы показана на рис. 8

Рис. 8

2) Пункт «Сечения» - открывает мультимедийную презентацию, демонстрирующую сечения многогранников в различных примерах. Один из слайдов этой презентации показан на рис. 9.

Рис. 9

3) Пункт «Словарь» открывает страницу, которая отображает глоссарий (толкование терминов и понятий, используемых в дисциплине).

4) Пункт «Поиск» вызывает диалоговое окно для поиска фрагмента текста на страницы. При нажатии на эту кнопку появляется окно, изображенное на рис. 10.

Рис. 10

5) Пункт «Переход» - позволяет вызвать подменю, изображенное на рис. 11. Пункты из этого подменю обеспечивают навигацию по темам учебника.

Рис. 11

6) Пункт «Дизайн» - позволяет вызвать подменю для изменения дизайна программы.

7) Пункт «Во весь экран» - позволяет развернуть программу на весь экран.

Меню «Режим» - это элемент меню программы, изображен на рисунке 12. Оно состоит из одного пункта. Выбор пункта из этого меню означает переход в режим тестирования.

Рис. 12

Пункт «Тестирование» - позволяет вызвать окно регистрации, показанное на рис. 13.

Рис. 13

В данном окне необходимо ввести свою ФИО и группу (класс) в соответствующие поля. Ввод этих данных необходим для последующего сохранения результатов теста в базу данных. Только после заполнения всех полей можно нажать кнопку «OK», иначе будет выдано предупреждение о необходимой регистрации. После прохождения регистрации откроется окно теста со справочной информацией о тесте. В нем может рассказываться о количестве вопросов, о правилах прохождения теста и по какой системе выставляется оценка учащемуся, проходящему тест. После ознакомления со справочной информацией о тесте, аттестуемый может приступить непосредственно к тестированию, для этого нужно нажать на кнопку «OK». Из предложенных нескольких вариантов ответов учащийся должен выбрать только один правильный ответ. Вопросы выводятся в случайном порядке, с новой выборкой при каждом запуске приложения. Это гарантирует то, что при каждой попытке пройти тест будут выводиться разные вопросы. Во время теста невозможно вернуться на предыдущие вопросы и изменить свой ответ, а так же прочитать теоретическую информацию из учебника, так как он во время теста находится в скрытом состоянии. Тестирование можно прервать в любой момент, но при следующем вызове теста учащемуся необходимо проходить тест заново. В конце тестирования сообщается оценка аттестуемого по стобалльной системе, в окне результатов. Это окно изображено на рис. 14.

Рис. 14

В окне «Результат» можно произвести операцию сохранения результатов в базу данных, для этого необходимо нажать на кнопку «Сохранить». При нажатии на кнопку «Выход» модуль из режима тестирования перейдет в режим обучения.

Меню «Справка» - это элемент меню программы, изображен на рис. 15. Оно состоит из двух пунктов.

Рис. 15

1) Пункт «Вызов справки» - вызывает справку, рассказывающую подробно о данном учебном модуле. Вид окна справки показан на рис. 16.

Рис. 16

2) Пункт «О программе» - вызывает окно с краткой информацией о возможностях программы и ее версии.

Работа с панелью управления программы

Панель управления содержит набор кнопок с пиктограммами (снабженных всплывающими подсказками), которые позволяют быстро выполнять наиболее важные команды главного меню. Другими словами, щелчок по какой-либо из кнопок приводит к тому же результату, что и выбор соответствующей команды в главном меню.

1) Окно просмотра страниц

2) Окно просмотра страниц - это главная рабочая область основного окна программы. В ней отражаются гипертекстовые страницы учебных или тестирующих материалов.

Статусная строка

Статусная строка является частью основного окна программы и содержит три основных элемента, в которых отображаются:

1) версия программы;

2) название темы;

3) шкала, показывающая в процентах количество пройденного материала или текущую дату.

Статусная строка изображена на рис. 17.

Рис. 17

Содержимое статусной строки может незначительно изменяться в зависимости от выполняемых действий пользователем.

3) Завершение работы

Для завершения работы с программой достаточно нажать кнопку системного меню или кнопку главного меню «Выход».



3.3.2 Руководство преподавателя

Для управления программным модулем учебного назначения по разделу математики «Многогранники» служит специально написанная утилита «Teacher» . Она позволяет открыть базу данных с результатами тестирования, произвести поиск в ней, изменить вопросы теста, а также позволяет разрешить или запретить возможность запуска программного модуля. Эта утилита во многом упрощает процесс настройки модуля и дает возможность защитить все важные компоненты, такие как базу данных с оценками за пройденный тест.

1) Запуск программы

Двойной щелчок на ярлыке программы позволит запустить главную форму программы, которая содержит функции управления программой, разделенные по категориям. Свертывание главного окна приводит к исчезновению с экрана других окон этой программы, а его закрытие означает окончание работы с программой. Главное окно этой программы изображено на рисунке 18.

Рис. 18 Главное окно программы

1.1) Работа с главным окном программы

Для того чтобы работать с одной из предложенных программой категорий действий, достаточно нажать на соответствующую кнопку в необходимой нам категории. К примеру, для открытия базы данных нужно щелкнуть левой кнопкой мыши по кнопке «Открыть базу данных» в категории «Работа с базой данных».

1.2) Поиск в базе данных

Для того чтобы произвести поиск в базе данных (БД) нужно щелкнуть левой кнопки мыши по кнопке «Поиск в базе данных». После чего откроется окно, показанное на рис. 19.

Рис. 19

В этом окне необходимо выбрать дату, за которую мы хотим узнать результат, ввести группу или класс, это два обязательных поля подлежащих заполнению, иначе будет выдано предупреждение, о невозможности произвести поиск, из-за отсутствия необходимых параметров поиска. Заполнение поля «ФИО» является необязательной процедурой, его необходимо заполнить, если нужно найти конкретного учащегося, проходившего тест. После ввода всех параметров, необходимо нажать на кнопку «Поиск» для начала поиска в БД (Приложение 1). По завершению процедуры поиска в БД откроется окно с результатами поиска. Это окно состоит из нескольких листов, оно представляет собой книгу Excel. На листе «Search» выводятся результаты поиска, а на листе «Chart» выводится в таблицу общее количество оценок и средний балл, данной группы, а также строится гистограмма. На рис. 20 показан лист «Search», а на рис. 21 лист «Chart».