Разработка обучающей системы по дисциплине "Экспертные системы"

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Принципы разработки и применения обучающих систем

1.1 Основные характеристики современных автоматизированных обучающих систем

1.2 Требования к электронным образовательным ресурсам

1.3 Технологии создания электронных учебно-методических комплексов

1.4 Основные принципы применения компьютерных обучающих систем

2. Основы визуального программирования

2.1 Объектно-ориентированная среда программирования delphi

2.2 Структура программ delphi

2.3 Структура проекта

2.4 Структура модуля

2.5 Элементы программы

2.6 Принципы создания html - документов

2.7 Сфера применения программы

3. Руководство пользователя

3.1 Описание установки программного продукта

3.2 Описание интерфейса программы

4. Техника безопасности при работе за компьютером

4.1 Типовая инструкция по охране труда

4.2 Требование к помещениям

4.3 Требования к освещению

4.4 Мероприятия по защите от вредных и опасных факторов.

Заключение

Список использованной литературы

Введение

В современном мире, идущем по пути глобализации, способность быстро адаптироваться к условиям международной конкуренции становится основным фактором успешного и устойчивого развития. Вступление Казахстана в Болонский процесс по своей сути явилось первой ступенью на пути интеграции в международное образовательное пространство.

Кардинальные качественные изменения в системе образования РК способствуют интеграции образовательной системы в международное образовательное пространство, выразившейся в подписании государством Болонской декларации, а вузами - Великой Хартии университетов, когда-то легшей в ее основу. Без всякого преувеличения можно утверждать, что в настоящее время формируется новая образовательная реальность [1].

Именно поэтому реформирование и совершенствование системы образования и науки является определяющим фактором решения большинства проблем. Меняется парадигма образования, которую характеризуют не только высокое качество профессионального образования, но и новая философия образования как фундамент гражданского общества.

Новые образовательные технологии сопровождают результаты значительных научных исследований. Так, развитие кибернетики и вычислительной техники обусловило развитие программированного обучения.

Результаты исследований закономерностей развития человеческого мышления привели к развитию проблемного обучения. Деятельностный подход возник на основе исследований психологов и философов в области человеческой деятельности.

Тенденции развития современных образовательных технологий напрямую связаны с гуманизацией образования, способствующей самоактуализации и самореализации личности.

В некоторых технологиях обучения рассматривается как системный метод создания, применения и определения всего процесса преподавания и усвоения знаний с учётом технических, человеческих ресурсов и их взаимодействия.

На смену отдельным формам и методам активного обучения, делающим процесс обучения разорванным на части, приходят целостные образовательные технологии вообще и технологии обучения, в частности. Технологичность учебного процесса состоит в том, чтобы сделать учебный процесс полностью управляемым.

Образование вошло в число основных государственных приоритетов многих стран мира. Большинство из них сегодня приступили к радикальным изменениям, стремясь создать гибкую мобильную систему высшего образования, отвечающую новым требованиям в условиях глобальной конкуренции.

При этом главную цель - повышение адаптационного потенциала вузов и программ подготовки - планируется достичь через реформу академической и организационной структуры, обновление инфраструктуры, методов и технологий обучения, совершенствование педагогического процесса, улучшение качества преподавания и знания [2].

Актуальность темы.

Современный мир предоставляет огромное количество информации совершенно разного характера и назначения. Большинство воспринимаемой нами информации является графической. Компьютерные технологии открывают широкие возможности в создании и представлении этой информации.

Понятие «учебный материал» многоаспектно и зачастую употребляется без конкретной определенности. Как правило, контекстно под этим термином видится научная информация, представленная в формах, ориентированных на обучение. Это могут быть в различных сочетаниях текст, рисунки, графики, диаграммы, формулы, модели, образцы и т. п. Все эти формы представления научной (технической или иной) информации группируются на основе своего наполнения, на основе содержания научного знания, вокруг образований, называемых дидактическими единицами. Множество всех дидактических единиц, сформированное на основе рабочей программы учебного курса, составляет его содержание. Практикуемая технология составления и использования рабочей программы определяет содержание курса в виде перечня дидактических единиц, отражающего, как правило, предполагаемую последовательность проработки учебного материала на занятиях.

За последние десятилетия наблюдается существенное увеличение объемов и сложности учебных материалов, изучаемых в средней и высшей школах [3].

При этом во многих учебных заведениях наблюдается недостаток высококвалифицированных преподавательских кадров. Большие трудности часто возникают при оперативной подготовке, изготовлении и распространении учебных пособий различных видов. Указанные факторы негативно сказываются на качестве подготовки обучаемых. В связи с этим большое внимание уделяется применению прогрессивных методик обучения, в том числе предполагающих использование вычислительной техники.

Цель работы:

Разработка обучающей системы по дисциплине Экспертные системы

Задачи:

1. Провести аналитическое исследование проблем создания электронных обучащих систем, рассмотреть основные требования и классификации.

2. Подготовить методический материал по выбранной дисциплине.

3. Определить общую структуру проекта.

4. Выбрать язык программирования.

5. Написать и отладить программный продукт.

6. Оформить пояснительную записку к дипломной работе.

Объект исследования:

Современное состояние проблемы разработки, внедрения электронных обучающих систем.

Предмет исследования:

Процесс создания электронных обучающих систем при помощи визуальных языков программирования.

Методы исследования: изучение и анализ литературы, применение программы в практике.

Научная новизна и степень самостоятельности исследования заключаются в систематизации методического матриала по дисциплине.

Практическая значимость. Разработанная обучающая система может применяться в качестве учебного материала преподавателями и обучающимися для подготовки или проведения занятий и контроля знаний по дисциплине «Экспертные системы».

1. Принципы разработки и применения обучающих систем

1.1 Основные характеристики современных автоматизированных обучающих систем

В настоящее время в процесс обучения активно внедряются программные технологии на базе персональных ЭВМ, применяемые для передачи студенту учебного материала и контроля степени его усвоения.

При этом на рынке программного продукта за последнее десятилетие появилось большое количество обучающих систем, в том числе и автоматизированных (АОС), которые охватывают различные предметные области, и призваны решать задачи обучения на всех этапах жизни человека - от начальных классов средней школы до процесса обучения в высших учебных заведениях. [4].

Автоматизированные обучающие системы (АОС) имеют следующие характерные черты:

Гибкость. Возможность заниматься в удобное для себя время, в удобном месте и темпе. Нерегламентированный отрезок времени для освоения дисциплины.

Модульность. Возможность из набора независимых учебных курсов - модулей формировать учебный план, отвечающий индивидуальным или групповым потребностям.

Параллельность. Параллельное с профессиональной деятельностью обучение, т.е. без отрыва от производства.

Охват. Одновременное обращение ко многим источникам учебной информации (электронным библиотекам, банкам данных, базам знаний и т.д.) большого количества обучающихся. Общение через сети связи друг с другом и с преподавателями.

Экономичность. Эффективное использование учебных площадей, технических средств, транспортных средств, концентрированное и унифицированное представление учебной информации и мультидоступ к ней снижает затраты на подготовку специалистов.

Технологичность. Использование в образовательном процессе новейших достижений информационных и телекоммуникационных технологий, способствующих продвижению человека в мировое постиндустриальное информационное пространство.

Социальное равноправие. Равные возможности получения образования независимо от места проживания, состояния здоровья, элитарности и материальной обеспеченности обучаемого.

Интернациональность. Экспорт и импорт мировых достижений на рынке образовательных услуг.

Новая роль преподавателя. АОС расширяет и обновляет роль преподавателя, который должен координировать познавательный процесс, постоянно усовершенствовать преподаваемые им курсы, повышать творческую активность и квалификацию в соответствии с нововведениями и инновациями.

Позитивное влияние оказывает АОС и на студента, повышая его творческий и интеллектуальный потенциала за счет самоорганизации, стремления к знаниям, умения взаимодействовать с компьютерной техникой и самостоятельно принимать ответственные решения. Обучение в автоматизированных обучающих системах делится на две категории [5]:

1. синхронное

2. асинхронное.

При синхронной модели студенты и преподаватели общаются в реальном времени через виртуальные аудитории, используя сочетание различных методов передачи информации.

При асинхронном подходе студент сам определяет темп обучения. В частности, он выбирает различные носители информации, может выполнять задания в соответствии с аудиторной программой или планом, а затем передавать готовую работу преподавателю для оценки.

При разработке интерфейса пользователя разработчик должен учесть все аспекты, связанные с этим: начиная от удобства работы с программой, и заканчивая умением пользователя работать с ЭВМ.

При проектировании базы данных необходимо решить сложнейший комплекс задач, связанный с выбором СУБД, ее архитектурой, взаимосвязью и целостностью данных.

Методы объектно-ориентированного проектирования обладают, в известной степени, гибкостью и имеют большую возможность к стандартизации и согласованию чем методы структурного проектирования.

К наиболее важным преимуществам объектного подхода к решению задачи является тот факт, что природа объектов, составляющих обучающую систему, остается неизменной во всех задачах данного класса. Отсюда следует, что в качестве объектов обучающей системы можно рассматривать набор объектов, входящих в стандартную обучающую систему.

Исходя из стандартного набора задач проектирования, можно сделать вывод, что возможна разработка методики автоматизации проектирования обучающих систем, с использованием принципов объектно-ориентированного проектирования[6].

Для разработки такой методики, выделим, прежде всего, объекты составляющую стандартную обучающую систему, которую в дальнейшем будем называть типовой обучающей системой (ТОС). Сформулируем понятия ТОС.

В ТОС обязательно присутствие следующих функциональных блоков:

1. обучающий блок - реализует средства обучения учащегося и ориентирован на определенную предметную область;

2. контролирующий блок - реализует средства оценки эффективности обучения в виде тестов или иного способа контроля усвоения материала;

3. блок базы данных - реализует средства хранения информации по предметной области и процесса обучения;

4. блок средств интерфейса с пользователем - реализует средства взаимодействия с пользователем.

Прогноз относительно перспектив АОС с помощью современных технологий дать не так уж просто, поскольку их судьба зависит от многих обстоятельств, на часть которых создатели обучающих программ и их потенциальные клиенты никак повлиять не могут.

Как показывает практика, когда требуется урезать бюджет, часто первыми кандидатами на сокращение становятся образовательные программы.

Кроме того, возникает проблема закупки дорогостоящего оборудования.

Наконец, перспективы распространения дистанционного обучения зависят от таких глобальных факторов, как общее состояние экономики. Сейчас высокий спрос на высококвалифицированных специалистов по ИТ способствует активному развитию рынка обучения, но этот баланс может нарушиться, если ситуация на рынке труда существенно изменится [7].

1.2 Требования к электронным образовательным ресурсам

автоматизированный обучающий электронный компьютерный

Электронная обучающая система представляет собой программное средство, позволяющее представить для изучения теоретический материал, организовать апробирование, тренаж и самостоятельную творческую работу, помогающее учащимся и преподавателю оценить уровень знаний в определенной тематике, а также содержащее необходимую справочную информацию [8].

В чем обучающая система , безусловно, вырывается вперед, так это в наглядности. Здесь его преимущество над традиционным "собратом" неоспоримо.

Наглядность представления материала (видео, звук); Быстрая обратная связь (встроенные тест-системы обеспечивают мгновенный контроль учащихся за усвоением материала; интерактивный режим позволяет учащимся самим контролировать скорость прохождения учебного материала); возможность быстро найти необходимую информацию; восприятие нового учебного материала идёт через активизацию не только зрения (текст, цвет, статичные изображения, видео, анимация), но и слуха (голос диктора или актёра, музыкальное или шумовое оформление), что позволяет создать определённый, можно сказать, заданный эмоциональный фон, который повышает эффективность усвоения предъявляемого материала.

Обучающая система , как правило, выполняется в формате, допускающем гипертекстовое представление материала и систему навигации, которые дают возможность обучаемому оптимально перемещаться по разделам учебника, по уровням учебного материала, быстро получать необходимый справочный материал, что активизирует их самостоятельную познавательную деятельность.

Применение мультимедийных средств позволяют создавать дополнительные психологические структуры, оказывающие на учащегося положительное эмоциональное воздействие и способствующие восприятию и запоминанию материала. [9, 10]

Управленческие возможности могут быть реализованы через интерактивность обучения, предполагающую наличие практически мгновенной обратной связи, самоконтроль своей учебно-познавательной деятельности и осуществление функций самоменеджмента (выбор личного маршрута обучения).

Организационно-технологические возможности применения электронных учебников заключаются, прежде всего, в возможности работать с электронным учебником в разных режимах, в том числе дистанционно.

При этом учащиеся занимаются в удобное для себя время, в удобном месте и удобном темпе, тем самым обеспечивается предъявляемые к обучающим системам требования комфортности и удобства работы с ними. Особенностью электронного учебника является и то, что он может быть и самоучителем, и тренажером, и репетитором.

Важным моментом применения электронных учебником является интенсификация труда, как преподавателя, так и учащегося, например, за счет экономии времени при поиске нужного материала или при организации контроля знаний учащихся.

Максимальная реализация этих и других дидактических возможностей - представляет главную задачу, стоящую перед разработчиками электронного учебного средства [11].

Исходным моментом проектирования являются педагогические цели. Для достижения поставленных педагогических целей проектировщик ЭОРа разрабатывает его структуру: т.е. осуществляет разбиение содержания учебного материала на отдельные самостоятельные части - модули. С педагогической точки зрения модуль - это относительно самостоятельная часть учебной информации, по которой возможно осуществить как самопроверку, так и педагогическое тестирование знаний. Структура ЭОРа представлена на рисунке 1.



Рисунок 1. Структурная схема электронного образовательного ресурса (ЭОР).

Модуль - это содержательный слой ЭОРа, на котором может осуществляться принцип многоуровневости обучения. Критерии уровней обучения разрабатываются педагогом-проектировщиком ЭОРа. Согласно нашей концепции первоначальный уровень обучения по конкретному ЭОРу выбирает сам учащийся. В дальнейшем уровни прохождения модулей ЭОРа обуславливаются успешностью усвоения учебной информации и направляются системой обучения.

Страница - логически самостоятельная часть учебного материала, входящая в модуль. Страница состоит из медиаресурсов, разворачивающих учебный материал в логической последовательности, предполагаемой автором-проектировщиком ЭОР и индивидуально реализуемой учащимся (индивидуальная траектория обучения).

Медиаресурсы - минимальная единица учебной информации, различной модальности: текст, видео, изображение, звук, тест, гиперссылки. Медиаресурсы представляют собой единицы медиатекста.

Для каждого модуля (в случае его многоуровневости) педагог-проектировщик разрабатывает отдельные уровни-слои содержания модуля и соответствующие им тесты самопроверки и итогового тестирования. На основании результатов итогового тестирования по модулю, система может предложить более высокий уровень изучения следующего модуля ЭОРа, оставить прежний уровень или изучить модуль повторно.

В пределах модуля пользователь может осуществлять произвольное путешествие по гиперссылкам, руководствуясь только своими познавательными интересами [12]. Однако он должен при этом отдавать себе отчет, на какой уровень знаний он претендует, поскольку модуль может быть ему зачтен только по результатам тестирования знаний. Соответственно он может вызывать тестовую программу по изученному модулю соответствующего уровня. Логическая структура страницы многоуровневого модуля показана на рисунке 2.



Рисунок 2. Логическая структура страницы многоуровневого модуля с активизацией уровневых гиперссылок

Разработчик модуля должен проектировать педагогические тесты оценивания уровня знаний исходя из того, что для успешного тестирования на достаточном уровне необходимо усвоение учебного материала первичного учебного текста (без активизации гиперссылок); для успешного тестирования на хорошем уровне необходимо знание учебного текста с активизацией всех гиперссылок первого уровня; для отличного уровня знаний необходимо знание учебного текста с активизацией как гиперссылок I-го так и всех гиперссылок второго уровня.

Траектории навигации по гиперссылкам как первого, так и второго уровней могут быть двух видов - замкнутые и открытые. Замкнутые траектории указывают на мультитексты, предложенные педагогом-проектировщиком и содержащиеся в БД медиаобразовательной среды. Т.е. каждый текст (мультитекст) привлечен для решения конкретных педагогических целей (как педагогических целей медиаобразовательной среды в целом, так и педагогических целей ЭОРа и его компонентов). Поэтому вся совокупность текстов ЭОРа и привлекаемых по гиперссылкам медиатекстов должна быть замкнута относительно педагогических целей медиаобразовательной среды.

Требования к электронным образовательным ресурсам (ЭОР) [13]

1. Дидактические (научность, доступность, проблемность, наглядность, активизация, систематичность и последовательность, прочность усвоения, единство обучения, развития и воспитания)

2. Специфические (адаптивность, интерактивность, визуализация, интеллектуальное развитие, системность, полнофункциональность, целостность и непрерывность)

3. Методические (взаимосвязь и взаимодействие, разнообразие тренировки)

4. Психологические (вербально-логическое и сенсорно-перцептивное восприятие, устойчивость и переключаемость внимания, память, теоретическое понятийное и практическое наглядно-действенное мышление, воображение, мотивация, учет возраста)

5. Технические (надежные и универсальные ПК, периферия, ММ, устойчивые и защищенные ЭОР, простые, тестируемые, различные носители)

6. Сетевые (архитектура «клиент-сервер»,телекоммуникации, сетевые ОС и Интернет-навигаторы, средства администрирования процесса обучения, коллективной работы, внешней обратной связи)

7. Эргономические (дружественность, выбор темпа, последовательности, адаптация к индивидууму)

8. Эстетические (упорядоченность, выразительность элементов, цвета, размера, расположения, сочетания возсту)

9. Документация (полнота для эффективности эксплуатации, мобильности испольования компонентов)

10. По уровням образования (общее - специальное, профессиональное, дополнительное) и типам занятий (лекции, семинары, лабораторные, консультации, аттестация).



Рисунок 3. Модель процесса проектирования ЭОР

Системная педагогическая цель ЭОРа с необходимостью должна отражать педагогические цели проектировщиков медиаобразовательной среды (рисунок 3).

ЭОР является для студента средством, с помощью которого он может индивидуально, в соответствии со своим уровнем личностного развития, удовлетворять свои образовательные потребности, вступая во взаимодействие с ЭОРами, и со всей медиаобразовательной средой. Основной способ взаимодействия субъектов образовательного процесса с медиаобразовательной средой - это диалог. Поэтому задача разработчиков ЭОРа состоит в том, чтобы обеспечить пользователю как можно более полные возможности диалогового взаимодействия с ЭОРом, с учетом личностно-индивидуальных особенностей пользователя (уровень первоначальной подготовки, мотивация, когнитивный стиль, предпочитаемая модальность восприятия информации и т.д. и т.п.).

Чтобы диалог был педагогически эффективен, каждый вид диалогового взаимодействия с ЭОРом и его структурными элементами, также должен иметь осознанную педагогическую цель.

Таким образом, педагогическое проектирование педагогических целей как медиаобразовательной среды в целом, так и её отдельных элементов - электронных образовательных ресурсов (ЭОРов) является самым первым и ответственным этапом системного проектирования педагогической системы на базе новых информационных технологий [14].

1.3 Технологии создания электронных учебно-методических комплексов

Разработка электронных учебно-методических комплексов в среде мультимедиа является длительным и дорогостоящим процессом, поэтому важно хорошо представлять себе все основные этапы создания компьютерного учебного курса и возможные принимаемые на каждом этапе разработки решения.

На предварительном этапе осуществляется выбор темы мультимедиа-издания для представления в среде мультимедиа [15]. Должны быть выявлены уже существующие мультимедиа-издания по данной дисциплине, определены предполагаемые затраты и время, необходимые для создания комплекса, а также его возможный тираж и аудитория, которой адресован курс.

Тип аудитории позволяет определить общие требования к мультимедиа-изданию. Электронные учебно-методические комплексы должны учитывать особенности обучения, связанные с различным уровнем общей подготовки обучаемых и уровнем их компьютерных знаний, что может потребовать введения средств предварительного тестирования для оценки имеющихся знаний и подстройки системы для оптимального изложения.

Мультимедиа-материал специального образования должен учитывать уровень подготовки, давать возможность не повторять уже известные темы, обеспечивать наличие самой последней информации в данной предметной области.

Любой электронный учебно-методический комплекс должен содержать электронный учебник, основой которого является [16, 17]:

1 текстовая информация;

2 системы проверки знаний: программы тренажеры (учебно-пробные), тесты (экзаменационно-проверочные).

Поэтому на подготовительном этапе предполагается написание текста курса, подбор иллюстративного и справочного материала, создание эскизов интерфейса и сценария обучающей программы, а также сценариев отдельных блоков (анимационных фрагментов, видеофрагментов, программ, реализующих компьютерное моделирование, блоков проверки знаний и т.п.).

На этом же этапе при желании (или необходимости) разрабатываются различные варианты представления учебного материала (как по форме, так и по содержанию) в зависимости от психологического типа обучаемого. В этом случае может оказаться необходимым проведение также и входного психологического тестирования.

При работе с текстом учебного курса необходимо выполнить его структуризацию с определением точного перечня всех необходимых тем, которые должны быть изложены в данном курсе, делением на главы, параграфы и т.п.

Каждый раздел и весь учебный курс в целом достигнут цели, если изначально определено, какие знания и навыки ученик должен приобрести. Исходя из этого, целесообразно использовать разные мнемонические приемы, включая шрифтовые выделения, использование графики, рисунков и мультипликации.

Для этой цели имеет смысл усилить обобщение выводов: включить сводку основных формул, сформулировать основные положения, составить таблицы. Текст желательно тщательно отредактировать, чтобы не вносить в него в дальнейшем больших изменений. Окончательно отредактированный текст преобразуется в гипертекст.

На основном этапе выполняются работы по непосредственному созданию Электронного пособия. Содержание при этом должно превалировать над формой его представления. Форма представления материала должна быть как можно более строгой [18].

Страница не должна содержать лишней информации (графической или текстовой), которая могла бы отвлечь внимание читающего. Фон должен быть монотонным, но необязательно белым.

Предпочтительно использование светлого фона, при этом текст должен быть написан темным цветом, например, черным или темно-синим.

Не стоит использовать темный фон и светлый шрифт - это будет утомлять глаза читателя. При подборе гарнитуры шрифта следует исходить из того, что читаемость текста, написанного гарнитурой без серифов (засечек), выше, чем текста, написанного гарнитурой с засечками. При этом следует полностью отказаться от использования мелких размеров шрифтовых гарнитур.

При включении в программу графических изображений нужно учитывать, что страницы будут просматриваться в системах с разным графическим разрешением и глубиной цвета, и ориентироваться на аппаратные средства, доступные большинству потенциальных пользователей обучающей программы.

Использование графических форматов, поддерживающих сжатие изображения (GIF, JPEG и т.п.), позволит сократить общий объем обучающей программы.

Электронное пособие для достижения максимального эффекта должно быть составлено несколько иначе по сравнению с традиционным печатным пособием: главы должны быть более короткие, что соответствует меньшему размеру компьютерных экранных страниц по сравнению с книжными, затем каждый раздел, соответствующий рубрикациям нижнего уровня, должен быть разбит на дискретные фрагменты, каждый из которых содержит необходимый и достаточный материал по конкретному узкому вопросу.

Как правило, такой фрагмент должен содержать один-три текстовых абзаца (абзацы также должны быть короче книжных) или рисунок и подпись к нему, включающую краткое пояснение смысла рисунка.

Таким образом, студент просматривает не непрерывно излагаемый материал, а отдельные экранные фрагменты, дискретно следующие друг за другом.

Дискретная последовательность экранов находится внутри (и в пределах) наименьшей структурной единицы, позволяющей прямую адресацию, т. е. внутри параграфа или подпараграфа (того, что характеризуется заголовком третьего уровня) содержится один или несколько фрагментов, последовательно связанных друге другом гипертекстовыми связями.

На основе таких фрагментов проектируется слоистая структура учебного материала, которая содержит [19]:

1 слой, обязательный для изучения;

2 слой для более подготовленных пользователей;

3 слой для более глубокого изучения определенных разделов;

4 вспомогательные слои;

5 дополнительный слой рекомендаций по применению полученных знаний.

Такая организация учебного материала обеспечивает дифференцированный подход к обучаемым в зависимости от уровня их подготовленности, результатом чего является более высокий уровень мотивации обучения, что приводит к лучшему и ускоренному усвоению материала.

В связи с существенно различной природой печатного материала и электронного издания в последнем возникают две новые и существенные проблемы [20]:

1 проблема размещения и оформления текстового и графического материла на рабочей поверхности экрана, а также размер этой поверхности, использование признака цветности и субъективная реакция пользователей на наличие этих элементов;

2 проблема ориентации и перемещения пользователя внутри электронного издания: между разделами, графикой и рисунками, страницами, включая овладение различными уровнями материала и перемещение между ними, фиксация своих шагов в процессе изучения для обеспечения возможности контроля и статистических исследований.

Размещение информации на поверхности экрана

При работе с электронными материалами следует учитывать несколько моментов:

1 гарнитура, кегль и начертание отдельных символов;

2 размещение текста и свободное пространство на поверхности экрана (в полиграфии говорят об "осветленном" пространстве);

3 виды используемых иллюстраций и графики;

4 читаемость, логическая структура и другие языковые качества электронного текста;

5 особенности реакции пользователя на электронный материал (на то, как материал классифицирован, связь осознания материала пользователем сего представлением и пр.).

Хотя печатные гарнитуры несколько отличаются от экранных компьютерных шрифтов, последние в настоящее время получили достаточное распространение и характеризуются широким разнообразием рисунка.

Как правило, читатель предпочитает работать с простыми по начертанию гарнитурами (Times, Courier, Arial, Sans Serif). Вероятнее всего, это связано с тем, что экранное разрешение в несколько раз меньше, чем у печатного текста.

Во многих работах отмечено также, что большинству пользователей предпочтительнее работать с более плотными экранными текстами (т.е. с малыми размерами кеглей), которые расположены на экране компактно, легче воспринимаются взглядом как нечто единое, цельное [21].

Аналогичные данные получены при исследовании работы пользователей с телетекстом на экране телевизора: большинство (56%) работающих с ним предпочитают иметь на экране предельно большое количество информации, что может быть достигнуто как за счет уменьшения кегля, так и более компактного размещения блоков текста на экране[22].

Размещение блоков информации на поверхности экрана и их взаимодействие с осветленным пространством экрана относится уже ко второй позиции.

Именно количество и размещение осветленного пространства на экране играет самую важную роль как в нахождении нужного фрагмента материала из общего их экранного множества, так и в восприятии информационного содержания фрагментов текста. Здесь важно не только расстояние между отдельными разделами текста, но и размещение заголовков и соотношение кеглей и начертаний заголовков и фрагментов рядового текста.

Интересно отметить, что упомянутые выше элементы, как показали многие исследования, играют важную роль не только в осознании и понимании содержания материала пользователем, но и в его последующем кодировании и переводе в долговременную память для последующего длительного хранения и дальнейшего использования (запоминания) [23].

Исключительно негативную роль, как с точки зрения производительности, так и осознания и запоминания информации играет мигание и дрожание строк текста.

Важнейшим положительным фактором является использование при отображении признака цветности. В печатном материале применение цвета существенно увеличивает информационную избыточность материала, и, что еще важнее, резко увеличивает затраты на подготовку печатного материала.

В то же время при работе с электронным материалом ничто не препятствует широкому использованию признака цветности, так как в компьютере, в большинстве случаев, используется цветной монитор. Цветом могут выделяться следующие фрагменты:

1 текстовые заголовки;

2 блоки определенного текста;

3 графика и иллюстрации;

4 осветленные пространства, которые обычно выделяются светлыми тонами (например, желтым, светло-зеленым, бледно-розовым и пр.);

5 цветом может выделятся и фактура (подложка, т. е. нечто, подобное тонированию бумаги) трех первых позиций;

6 цветом же рекомендуется выделять все гипертекстовые ссылки, не зависимо оттого, относятся ли они к текстовому или графическому фрагменту учебника.

Виды используемой графики и иллюстраций - еще один из аспектов оформления пользовательского интерфейса поверхности экрана. Иллюстрации и графика сложны для разработки, но являются, в большинстве случаев, предпочтительными для пользователей, так как графическая форма представления материала характеризуется многократно большим информационным объемом и скоростью восприятия информации.

Здесь также нет соответствия между печатным и электронным материалами. Если читатель печатного текста в большинстве случаев не ждет графику (или ожидает ее достаточно редко), то компьютерный пользователь автоматически предполагает высокий процент графики и иллюстраций.

В обучающем и познавательном материале эти ожидания проявляются особенно остро. Ведь графика и иллюстрация - нормальная часть рабочего материала, а в печатных изданиях их число обычно искусственно занижено, что связано с дополнительными расходами на их подготовку и включение в учебник.

В электронных изданиях, в отличие от печатных, графика может не только находится внутри текста, но и выводится в отдельном окне, которое открывается (активизируется) и закрывается пожеланию пользователя [24].

Языковые качества электронного текста также значительно отличаются от соответствующих характеристик печатного текста. В электронных изданиях следует использовать преимущественно короткие четкие предложения и сжатые параграфы, позволяя пользователя предельно быстро просмотреть экран, отыскивая нужную информацию.

Множество исследователей интересовалось реакцией пользователя на использование аббревиатур и сокращений с тем, чтобы лучше использовать ограниченную поверхность экрана, но пока рекомендуется ограничиваться только общеупотребительными элементами этого типа.

Последний фактор состоит в субъективной реакции пользователя на оформление текста. Если пользователю неприятен стиль оформления текста, то его производительность при работе с ним конечно снизится. Большинство специалистов считают, что познавательная ценность электронного текста измеряется тремя характеристиками: первоначальная реакция пользователя на текст; привлекательность текста; его ясность [25].

Из этих характеристик привлекательность наиболее субъективна, поэтому привлекательность текста для пользователя может быть достигнута предоставлением ему возможности (в определенных пределах) самостоятельно установить формат представления материала на экране, а может быть, даже управлять системой в целом, включая расположения фрагментов текста, иллюстраций и осветленного пространства, т. е. полностью конфигурировать экранный интерфейс.

Ориентация учащегося в учебнике достигается несколькими путями. Прежде всего, как и в печатном изданий, с помощью заголовков. Рубрикация электронного учебника должна характеризоваться большей глубиной (большим числом уровней), чем у печатного. Разделы электронного учебника должны быть достаточно короткими, каждый раздел должен содержать исчерпывающую информацию по одному конкретному вопросу.

Другой вариант ориентации связан с использованием в электронном учебнике колонтитулов (как и в печатном пособии). Колонтитул может быть предусмотрен на каждой экранной странице и позволяет контролировать название изучаемой главы и параграфа, т. е. пользователь не теряет ориентации в учебнике.

Перечисленные средства ориентации наиболее распространены, хотя можно использовать и некоторые другие, например, в форме всплывающей подсказки, содержащей название раздела или даже в виде представления на экране фрагмента графа рубрикаций, в котором указано (например, выделено цветом) название изучаемого раздела.

Перемещение внутри электронного учебника, в подавляющем большинстве случаев, производится с помощью гипертекстовых ссылок. Известно, что в печатном пособии для перемещения также используются ссылки типа: (см. параграф ...) или (см. стр. ...), или же оглавление, где указаны номера страниц соответствующих разделов.

Таким образом, пользователь не просто листает по порядку страницы текста, он может отклониться от линейного описания по какой-либо ссылке, т.е. сам управляет процессом выдачи информации. В гипермедиа системе в качестве фрагментов могут использоваться изображения, а информация может содержать текст, графику, видеофрагменты, звук.

1.4 Основные принципы применения компьютерных обучающих систем

Обучающие системы могут использоваться при организованном образовании и при самообразовании. Под организованным образованием понимается учебный процесс в учебных заведениях разных уровней образования, а также в соответствующих подразделениях промышленных организаций (учебно-тренажерных центрах, пунктах и т.п.), входящих в отраслевые образовательные системы.

В рамках организованного образования выделяются следующие категории пользователей обучающих систем (ОС) [26]:

1 обучаемые -- школьники, студенты и слушатели учебных заведений, а также специалисты, повышающие квалификацию;

2 преподаватели (инструкторы), проводящие учебные занятия и мероприятия с применением ОС, а также координирующие учебный процесс, в котором используются данные средства;

3 системные администраторы, обеспечивающие работоспособность в конкретных условиях.

Обучаемые составляют базовую категорию пользователей ОС. Преподаватели (инструкторы) и системные администраторы создают необходимые условия для их работы и обеспечивают ее организационную, техническую и методическую поддержку.

Преподаватели (инструкторы) осуществляют:

1 начальное тестирование обучаемых, оценивание их исходной подготовленности и формирование индивидуальных заданий, в которых определяются состав и объем предусматриваемого для них учебного материала, а также показатели, отражающие требования к формируемым знаниям;

2 настройку ОС в соответствии с подготовленными заданиями;

3 проверку функционирования ОС с учетом выполненной настройки;

4 подготовку плановых графиков выполнения заданий обучаемыми;

5 организационную и методическую поддержку мероприятий, в рамках которых используются ОС;

6 контроль работы с ОС обучаемых, анализ и оценивание ее результатов, корректировку на основании этих оценок индивидуальных заданий и графиков их выполнения.

Системные администраторы осуществляют:

1 установку на компьютеры (инсталляцию) ОС;

2 настройку ОС на условия применения;

3 проверку функционирования ОС;

4 техническую поддержку мероприятий, в рамках которых используются ОС.

Условия, в которых следует применять ОС, определяются возможностями этих видов КСО, в самых общих чертах охарактеризованными в предыдущем разделе.

Выбор видов КСО и конкретных средств, удовлетворяющих данным образовательным потребностям, осуществляется преподавателями и методистами, планирующими использование КСО в учебном процессе. Если подходящие продукты на рынке КСО не найдены, формируется заказ на создание новых КСО.

Поскольку состояние этого рынка далеко до насыщения, а образовательные потребности обладают высокой динамикой, в настоящее время большинство решений, связанных с внедрением в учебный процесс КСО, приводят к необходимости разработки новых продуктов. Сформулируем условия, в которых целесообразно ставить задачу создания и применения КУ и КОС.

Для КУ выделяются пять основных условий [27, 28].

1 ОС используется для представления учебного материала большого объема, охватывающего в целом теоретическую и технологическую части какого-либо курса (дисциплины).

2 ОС разрабатывается в расчете на относительно широкий круг обучаемых. Следовательно, отражаемый в нем материал не должен обладать узкоспециальным характером. Соответствующие дисциплины, как правило, изучаются на первых четырех курсах вуза (т.е. до начала деления студентов по специализациям).

3 ОС целесообразно создавать, если имеется дефицит источников учебного материала, или когда материал рассредоточен по множеству слабо согласующихся друг с другом учебно-методических пособий, и есть необходимость его отражения в интегральном средстве, играющем системообразующую роль и обеспечивающем формирование целостного представления о предмете.

4 ОС используются для покрытия относительно устойчивых курсов. Под устойчивостью понимается неизменность структуры и содержания курса на протяжении определенного времени, по истечении которого требуется их корректировка. Постоянство структуры и содержания означает, что они сохраняют свою актуальность. Потребность в корректировке вызывается их устареванием и влечет за собой необходимость обновления ОС (выпуска его новой версии). Минимальный период устойчивости курса, отражаемого в ОС, составляет 3 года. Очевидно, что этот период соответствует времени жизни текущей версии ОС как целостного продукта.

5 Принимая решение о внедрении в учебный процесс ОС, следует учитывать, что наибольший эффект от его использования имеет место, когда основная часть теоретической и технологической подготовки осуществляется обучаемыми самостоятельно с помощью ОС, а возникающие затруднения и вопросы разрешаются на дополнительных семинарах и индивидуальных консультациях с преподавателями. Если организаторы учебного процесса ставят перед собой цель реализации подобной методики, выбор ОС как вида КСО является обоснованным.

2. Основы визуального программирования

2.1 Объектно-ориентированная среда программирования Delphi

Язык программирования служит инструментом для описания подлежащих выполнению действий и представляет собой набор концепций, которые использует разработчик для решения поставленных задач.

Выбор языка программирования

В качестве языка программирования для данной системы должен быть выбран универсальный язык программирования высокого уровня, который отвечает следующим требованиям:

1. возможность решения широкого класса задач;

2. набор операторов языка должен отражать принципы структурного проектирования;

3. возможность работы с базами данных;

4. возможности создания запросов к базам данных;

5. синтаксис языка должен быть достаточно не сложным и включать в себя возможность объектно-ориентированного программирования;

6. язык должен быть лёгок для изучения;

7. наличие компилятора с возможностью компоновки исполняемых файлов для работ под управлением операционных систем семейства Windows.

Программирование в Delphi строится на тесном взаимодействии двух процессов: процесса конструирования визуального проявления программы (т. е. ее Windows-окна) и процесса написания кода, придающего элементам этого окна и программе в целом необходимую функциональность.

Для написания кода используется окно кода, для конструирования программы - остальные окна Delphi и прежде всего - окно формы [29].

Между содержимым окон формы и кода существует неразрывная связь, которая строго отслеживается Delphi. Это означает, что размещение на форме компонента приводит к автоматическому изменению кода программы и наоборот - удаление тех или иных автоматически вставленных фрагментов кода может привести к удалению соответствующих компонентов.

Помня об этом, программисты вначале конструируют форму, размещая на ней очередной компонент, а уже только после этого переходят, если это необходимо, к написанию фрагмента кода, обеспечивающего требуемое поведение компонента в работающей программе.

2.2 Структура программ Delphi

Основные принципы языка таковы:

1. структурное программирование. Суть его заключается в оформлении последовательностей команд как замкнутых функций или процедур и в объединении данных, связанных по смыслу, в сложные структуры данных. Благодаря этому повышается наглядность текста и упрощается его отладка.

2. проектирование сверху вниз. Программист разбивает свою задачу на несколько более простых, после чего каждая из задач решается по отдельности. Затем компонуются результаты проектирования простых задач, и решается задача проектирования в целом.

3. при объектно-ориентированном программировании данные объединяются со свойственными им операциями обработки в некоторые объекты. При этом свойства одних могут передаваться другим.

Любая программа в Delphi состоит из файла проекта (файл с расширением dpr) и одного или нескольких модулей (файлы с расширениями pas). Каждый из таких файлов описывает программную единицу Object Pascal [30].

2.3 Структура проекта

Файл проекта представляет собой программу, написанную на языке Object Pascal и предназначенную для обработки компилятором. Эта программа автоматически создается Delphi и содержит лишь несколько строк. Чтобы увидеть их, нужно запустить Delphi и щелкнуть по опции Project | View Source главного меню. Delphi покажет окно кода с закладкой Project1, содержащее следующий текст:

program Projecti;

uses

Forms, Unit1 in 'Unit1.pas' {fmExample};

{$R *.RES}

begin

Application.Initialize;

Application.CreateForm(TfmExample, fmExample);

Application.Run;

end.

В окне кода жирным шрифтом выделяются так называемые зарезервированные слова, а курсивом - комментарии (так же выделяются зарезервированные слова и комментарии в книге). Текст программы начинается зарезервированным словом program и заканчивается словом end с точкой за ним.

Сочетание end со следующей за ней точкой называется терминатором программной единицы: как только в тексте программы встретится такой терминатор, компилятор прекращает анализ программы и игнорирует оставшуюся часть текста [31].

Зарезервированные слова играют важную роль в Object Pascal, придавая программе в целом свойство текста, написанного на почти естественном английском языке.

Каждое зарезервированное слово (а их в Object Pascal несколько десятков) несет в себе условное сообщение для компилятора, который анализирует текст программы слева направо и сверху вниз. Комментарии, наоборот, ничего не значат для компилятора, и он их игнорирует.

Комментарии важны для программиста, который с их помощью поясняет те или иные места программы.

Наличие комментариев в тексте программы делает ее понятнее и позволяет легко вспомнить особенности реализации программы, которую вы написали несколько лет назад. В Object Pascal комментарием считается любая последовательность символов, заключенная в фигурные скобки. В приведенном выше тексте таких комментариев два, но строка

{$R *.RES}

на самом деле не является комментарием. Этот специальным образом написанный фрагмент кода называется директивой компилятора (в нашем случае - указание компилятору на необходимость подключения к программе так называемого файла ресурсов). Директивы начинаются символом $, который стоит сразу за открывающей фигурной скобкой.

В Object Pascal в качестве ограничителей комментария могут также использоваться пары символов (*, *) и //. Скобки (*...*) используются подобно фигурным скобкам т. е. комментарием считается находящийся в них фрагмент текста, а символы // указывают компилятору, что комментарий располагается за ними и продолжается до конца текущей строки:

{Это комментарий}

(*Это тоже комментарий*)

//Все символы до конца этой строки составляют комментарий

Слово Program со следующим за ним именем программы и точкой с запятой образуют заголовок программы. За заголовком следует раздел описаний, в котором программист (или Delphi) описывает используемые в программе идентификаторы [31].

Идентификаторы обозначают элементы программы, такие как типы, переменные, процедуры, функции (об элементах программы мы поговорим чуть позже). Здесь же с помощью предложения, которое начинается зарезервированным словом uses (использовать) программист сообщает компилятору о тех фрагментах программы (модулях), которые необходимо рассматривать как неотъемлемые составные части программы и которые располагаются в других файлах. Строки

uses

Forms, Unit1 in 'Unitl.pas' {fmExample};

указывают, что помимо файла проекта в программе должны использоваться модули Forms И Unit1. модуль Forms является стандартным (т. е. уже известным Delphi), а модуль Unit1 - новым, ранее неизвестным, и Delphi в этом случае указывает также имя файла с текстом модуля (in 'uniti.pas') и имя связанного с модулем файла описания формы {fmExample}.

Собственно тело программы начинается со слова begin (начать) и ограничивается терминатором end с точкой. Тело состоит из нескольких операторов языка Object Pascal. В каждом операторе реализуется некоторое действие - изменение значения переменной, анализ результата вычисления, обращение к подпрограмме и т. п. В теле рассматриваемой программы - три исполняемых оператора:

Application.Initialize;

Application.CreateForm(TfmExample, fmExample);

Application.Run;

Каждый из них реализует обращение к одному из методов объекта Application. Объектом называется специальным образом оформленный фрагмент программы, заключающий в себе данные и подпрограммы для их обработки. Данные называются полями объекта, а подпрограммы - его методами. Объект в целом предназначен для решения какой-либо конкретной задачи и воспринимается в программе как неделимое целое (иными словами, нельзя из объекта “выдернуть” отдельное поле или метод). Объекты играют чрезвычайно важную роль в современных языках программирования.