Создание электронного учебника по специальному курсу "Компьютерное моделирование физических процессов"

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание

Введение

1. Электронные учебные пособия, как современный метод обучения

1.1 Основные средства создания обучающих программ и формирование требований к учебнику

1.2 Основные принципы разработки и проектирования электронных учебных пособий

2. Проектирование электронного учебника

2.1 Выбор программного инструментария

2.2 Язык гипертекстовой разметки HTML

2.3 Описание программных модулей

2.4 Реализация приложения

3. Руководство пользователя

4. Охрана труда и техника безопасности при работе с ПК

Заключение

Список используемых источников

Введение

Актуальность темы. На сегодняшний день остро стал вопрос о развитии науки и образования. Образование становится неотъемлемым условием повышения конкурентоспособности экономической системы, способом занять достойное место на региональном и мировом уровнях, укрепить государственность и развивать национальные интересы, связанные с другими странами.

Конкурентоспособность нации в первую очередь определяется уровнем её образованности, поэтому необходимо перестраивать систему образования на международный уровень. Для этого необходимо внедрять информационные технологии в систему образования.

Для получения нужного эффекта необходимо перевести все материалы с бумажных носителей на электронные.

"Учебный материал" - 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.

Структурирование учебного материала на основе рабочей программы в распространенной практике, как правило, направлено лишь на детализацию содержания путем декомпозиции дидактических единиц на составляющие и на группирование их в виде "блоков", "модулей".

В результате получается линейная структура, отражающая более технологию преподавания, даже более узко -- последовательность изучения дидактических единиц [1].

А путь возможен иной, предположительно -- более короткий. Использовать в учебном процессе электронных учебных пособий, архитектурно-генетической основой, которых являются структурно-логические схемы соответствующих областей знания.

Наблюдение за продолжительным использованием электронного самоучителя на лекциях и при самостоятельной работе с электронным пособием позволяет сделать оценку такого способа структурирования учебного материала как возможно более эффективного в смысле организации взаимодействия между лектором и слушателями, между обучаемым и электронным пособием и обладающего дидактическим потенциалом, значимость которого предстоит исследовать.

Основной целью дипломного проекта является создание электронного учебника по специальному курсу "Компьютерное моделирование физических процессов".

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. провести аналитическое исследование электронных учебных пособий и технологий в современном мире. Результаты исследования отразить в первом разделе дипломного проекта.

2. выбрать инструментальное средство разработки программного продукта.

3. систематизировать информацию по разделам специального курса.

4. разработка программного продукта с понятным интерфейсом.

Объект дипломного исследования - современные электронные учебные пособия, как метод повышения качества образовательного процесса.

Предмет исследования - процесс создания электронных учебных пособий и обучающих систем средствами визуальной среды программирования Delphi.

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

Практическая значимость. Разработанный электронный учебник может применяться в качестве основного или дополнительного учебного материала преподавателями и обучающимися для подготовки или проведения занятий по дисциплине "Компьтерное моделирование физических процессов".

Дипломный проект имеет традиционную структуру: введение, аналитический раздел, раздел проектирования, раздел охраны труда, заключение, список литературы.

1. Электронные учебные пособия, как современный метод обучения

1.1 Основные средства создания обучающих программ и формирование требований к учебнику

За последние десятилетия наблюдается существенное увеличение объемов и сложности учебных материалов, изучаемых в средней и высшей школах. 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 [2].

Разработка и применение интерактивных информационных обучающих систем в высшей школе это одна из составляющих компонент информатизации вуза.

Главная цель информатизации в вузе - это повышение качества подготовки специалистов посредством внедрения в учебный и научный процессы новых информационных технологий, средств мультимедиа и телекоммуникаций.

Проблема информатизации высшего образования состоит в том, что развитие и использование отдельных информационных технологий в вузе должно являться одним из составляющих частей поэтапного формирования и развития единой информационной среды высшего учебного заведения.

Учебный процесс специфицируется по видам занятий, специальностям и предметным областям или дисциплинам, в этой связи приоритетность разработки и внедрения информационных технологий и объектов учебного и учебно-методического назначения имеет первостепенное значение.

Информационные технологии (ИТ) в образовании играют все более существенное значение.. Современный учебный процесс сложно представить без использования компьютерных учебников, задачников, тренажеров, лабораторных практикумов, справочников, энциклопедий, тестирующих и контролирующих систем и других компьютерных средств обучения (КСО). Последние составляют обширный класс средств, относящихся к образовательным ИТ.

Роль ИТ в системе образования соотносится с тремя уровнями их применения (рисунок 1.). На первом ИТ выступают в качестве инструментария для решения отдельных педагогических задач в рамках традиционных форм образования и методов обучения. КСО на данном уровне обеспечивают поддержку учебного процесса наравне с прочими (некомпьютерными) учебно-методическими средствами.

Рисунок 1. Уровни применения ИТ

Место КСО и возлагаемые на них функции определяются сложившимися принципами организации обучения. Другими словами, КСО используются в пассивном качестве, т.е. не оказывают влияния на образовательную систему.

Активная роль ИТ проявляется на втором и третьем уровнях. Она обусловлена тем, что по сравнению с традиционными учебно-методическими средствами КСО обеспечивают новые возможности, а многие существующие функции реализуются с более высоким качеством.

Назовем основные преимущества КСО [2-5]:

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

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

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

4. возможность представления и взаимодействия с виртуальными трехмерными образами изучаемых объектов;

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

6. возможность автоматизированного контроля и более объективное оценивание знаний и умений;

7. возможность автоматической генерации большого числа не повторяющихся заданий для контроля знаний и умений;

8. возможности поиска информации в КСО и более удобного доступа к ней (гипертекст, гипермедиа, закладки, автоматизированные указатели, поиск по ключевым словам, полнотекстовый поиск и др.);

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

Перечисленные достоинства характеризуют КСО в дидактическом и функциональном отношениях. К технологическим преимуществам КСО относятся [6]:

1. повышение оперативности разработки;

2. более простое обновление и развитие;

3. легкое тиражирование;

4. более простое распространение (особенно при использовании Internet).

Программы, предназначенные для передачи обучаемому знаний и/или умений, получили название "Автоматизированные обучающие системы" (АОС). Интерес к разработке АОС наблюдается с конца 50-х -- начала 60-х годов.

Развитие обучающих систем в настоящее время идет в направлении придания им свойства адаптации к целям и условиям обучения.

В течение почти ста лет психологи значительную часть своих научных усилий тратили на то, чтобы понять процесс научения. При этом исследовались, главным образом, факторы, влияющие на быстроту усвоения и утрату полученных знаний.

В результате этих усилий был установлен ряд надежных принципов, которые могут быть использованы для построения схем обучения.

Принципы обучения имеют прямое отношение к разработке автоматизированных обучающих систем. Рассмотрим кратко каждый из этих принципов [7]:

Обучение идет быстрее и усваивается глубже, если учащийся проявляет активный интерес к изучаемому предмету.

Обучение является более эффективным, если формы приобретения знаний и навыков таковы, что без труда могут быть перенесены в условия "реальной жизни", для чего они и предназначены. Обычно это означает, что учащемуся важнее научиться находить правильные ответы на вопросы, чем просто узнавать их.

Обучение идет быстрее, если учащийся "узнает результат" каждого своего ответа немедленно. Если ответ правилен, то учащийся должен тотчас получить подтверждение этого, если неправильный - он столь же быстро должен узнать об этом. Даже незначительная задержка резко тормозит обучение. В настоящее время наши учащиеся вынуждены часто подолгу ждать результатов своего ответа.

Обучение идет быстрее, если программа по предмету построена по принципу последовательного усложнения материала. Занятия следует начинать с самых простых заданий, для выполнения которых учащийся уже владеет необходимыми навыками и знаниями. Постоянно уровень сложности материала повышается. Это продолжается до тех пор, пока не будет достигнута желательная степень опытности и умения.

Знание результатов своей работы стимулируют выполнение очередного задания. Трудности, которые учащемуся необходимо преодолевать, должны возникать перед ним последовательно одна за другой, а успешное их преодоление развивает высокий уровень активности.

Поскольку обучение само по себе индивидуально, процесс обучения следует организовать так, чтобы каждый ученик мог проходить программу соответственно своим индивидуальным особенностям. По ряду причин одни усваивают материал быстрее других, поэтому обучение тех и других в одной группе затруднительно [8].

Решение многих из этих проблем возможно только с использованием обучающих программ. Лишь очень немногие из тех, кто работает в области создания таких программ, намереваются создать средство, предназначенное для замены учителя в классной аудитории.

Самое большое, на что можно реально рассчитывать, - это надеяться, что эти системы облегчат труд учителя, освободив его от функций которые учитель и так почти не может выполнить, а именно на протяжении всего курса предмета, на каждом этапе немедленно после усвоения материала контролировать результат. Тогда у учителя будет больше возможностей для выполнения задач, которые под силу только человеку-учителю и в выполнении которых никакая машина не может его заменить [9].

Для реализации большинства вышеизложенных принципов обучения в автоматизированной обучающей системе просто необходима четкая структуризация учебного материала.

Большинство же имеющихся на сегодняшний день систем разработки не обеспечивает возможности подробной структуризации учебного материала.

Во многих случаях разработчику автоматизированной обучающей системы требуется наглядно представить ее структуру не только в общем виде, с точностью в лучшем случае до целой темы, как это позволяет сделать большинство систем, но и более конкретно, с деталировкой до более мелких структур, таких как определения, теоремы, алгоритмы и др.

Это позволит разработчику увидеть возможные недоработки, неполноту материала, отсутствие каких-либо промежуточных элементов, необходимых для логической связи понятий. По данной структуре сразу можно будет увидеть базовые понятия, являющиеся основополагающими для данного учебника, знание которых необходимо перед началом процесса обучения. электронный учебный пособие интерфейс

По такой структуре можно легко определить правильность последовательности подачи материала для обучаемого, проверить корректность введенных определений.

Наличие подобной структуры может послужить отправной точкой для построения интеллектуальной системы обучения, позволяющей 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.

Реализация вышеперечисленных возможностей послужила основанием для разработки системы формирования и обработки структуры электронного учебника.

Технология обучения является информационной, если она существенно опирается на компьютерные средства и методы приема, обработки, передачи и отображения учебной информации.

Эффекты компьютеризации практически совпадают с источниками интенсификации учебного процесса: оперативность обращения к обширным и легко обновляемым базам знаний и банкам данных в дружественном диалоге; возможность логических выводов; возможность имитаций, игр; индивидуализация и вместе с тем возможность коллективного обучения в локальных и глобальных сетях.

Эти и другие возможности информационных средств естественным образом активизируют процессы обучения на всех его этапах усвоения знаний.

Применение интерактивных информационных обучающих систем повышает динамику и содержательность учебных заданий, процесса их выполнения, а также самоконтроля, самооценки и оценки успешности обучения.

Компьютеризация и информационные технологии, будучи мощным дополнением мастерства преподавателя, являются вместе с тем новым источником и стимулом его самосовершенствования.

В настоящее время создано довольно большое количество автоматизированных обучающих систем и средств их создания. По виду представления учебного материала их можно разделить на три основных вида - в виде простого, мультимедийного или гипертекстового документов [10].

Системы на основе линейного текста

Представление материала в виде обычных документов, то есть линейного текста, подразумевает наличие некоторого текстового материала, разбитого на темы и страницы, может быть, содержащего некоторые рисунки.

Ознакомление обучаемого с данным текстом идет в заранее определенной последовательности, которую он не может изменить. В лучшем случае подобная система предлагает вернуться на шаг назад или к начать обучение с самого начала.

Системы с подобной организацией данных обычно не предполагают каких-либо тестовых программ, а если таковые имеются, то все на что они способны, это вернуть обучаемого к предыдущей пройденной теме или выставить ему оценку за прочитанный материал. Именно прочитанный, а не изученный.

Как видно из вышеизложенного, системы подобного типа мало подходят для реализации сколько-нибудь серьезных задач обучения [11].

Мультимедийные обучающие системы

Мультимедийные обучающие системы позволяют гармонично объединить лекцию с демонстрацией учебного материала, практикум в виде компьютерного имитатора, тестирующую систему и все дополнительные материалы в едином интерактивном компьютерном учебнике.

Мультимедийный учебник не просто разгружает преподавателя от каждодневных рутинных функций, но значительно повышает интерес обучаемых к предмету, ускоряет обучение и обеспечивает лучшее усвоение знаний.

Но мультимедийные системы обучения требуют соответствующей аппаратной поддержки, занимают большие объемы памяти, что несколько ограничивает область их применения.

Системы на основе гипертекста

Третьей разновидностью обучающих систем являются гипертекстовые системы обучения.

Гипертекст как подход к управлению информацией отличается от других подходов (например, СУБД) тем, что основной вид деятельности пользователя при работе с ним состоит не столько в поиске нужной информации, сколько в ознакомлении с определенным предметом посредством просмотра ряда информационных фрагментов, связанных между собой по смыслу.

Ознакомление осуществляется в определенной последовательности, обусловленной целями пользователя.

Возможность варьирования последовательности ознакомления с содержанием гипертекста, в отличие от линейного текста, осуществляется за счет разбиения информации на фрагменты (темы) и установления между ними связей, как правило, позволяющих пользователю перейти от изучаемой в текущий момент темы к одной из нескольких связанных с ней тем.

Очевидно, что большей гибкостью в смысле удовлетворения различных целей пользователей обладает гипертекст с большим количеством связей между темами.

Рассмотрим некоторые средства создания гипертекстовых систем [11].

Справочная система ОС Windows

Один из подходов состоит в создании структуры данных на основе справочной системы Windows.

Этот подход имеет несколько очевидных плюсов, главный из которых - уже реализованная навигационная система, включающая в себя систему поиска по ключевым словам, автоматическое создание глоссария, возможность вывода документов на печать.

Файлы справочной системы могут содержать как форматированный текст, так и графику, и анимацию.

Однако создание таких файлов требует специального программного обеспечения, с помощью которого производится процесс компиляции, сами файлы справки не могут бать изменены "на лету" - для этого требуется компилятор.

Файлы справки не могут содержать программных элементов, справочная система не содержит какого-либо внутреннего языка для их создания. Но, взамен этого, существует средство, с помощью которого мы можем запускать исполняемые файлы, находящиеся на жестком диске локального компьютера.

Присутствует также некоторая разъединенность текстового материала и обучающих (или тестирующих) программ.

Самым же главным минусом использования справочной системы Windows является невозможность ее модификации, невозможность изменения интерфейса. Окно просмотра учебника является встроенным в операционную систему объектом и возможности внести изменения в его навигационный механизм не предоставлено [12].

Пакет ГиперМетод

Система разработки Пакет ГиперМетод - инструмент для создания электронных каталогов, учебников и рекламных изданий на CD-дисках, систем помощи и публикаций в Internet, а также других мультимедиа приложений и электронных изданий.

ГиперМетод позволяет создавать красивые и сложные мультимедиа приложения, отвечающие самым современным стандартам, объединяя в одно целое звук, видео, рисунки, анимацию, текст и гипертекст.

С помощью этого пакета сделаны профессиональные мультимедиа продукты: образовательная энциклопедия "Русский музей. Живопись", справочник "Компьютерный софт", диск "Ваша собака", мультимедиа учебник "Социальная компетентность", а также множество других электронных изданий, каталогов продукции, информационных систем.

Стандартный вариант пакета содержит всего два модуля - Монтажный Стол, предназначенный для общего дизайна и просмотра приложения и программу просмотра, представляющую собой тот же монтажный стол без элементов редактирования.

Профессиональный вариант пакета дополнен следующими модулями [12]:

1. ассистент по связям - создает гипертекстовые связи автоматически по заданным разработчиком правилам;

2. ассистент по текстам - автоматически генерирует гипертексты из больших текстов;

3. ассистент по структуре - помогает проверять структуру разрабатываемого приложения;

4. ассистент по установке - автоматически создает дистрибутив мультимедиа CD ROM приложения.

Как видно из вышеизложенного, данный пакет более ориентирован на разработку мультимедиа-приложений, и не является специализированным средство для создания обучающих систем.

Хотя в нем присутствуют некоторые возможности, которые необходимы при разработке обучающих систем, например, возможность анализа структуры, автоматическое генерирование гипертекстов и связей, но отсутствие таких вещей, как возможность вставки тестирующих программ и анализ их результатов делают эту систему непригодной для разработки качественной обучающей системы [13].

Формулирование требований к учебному пособию

Подводя итог всему вышесказанному, можно отметить отсутствие или недостаточную развитость во всех рассмотренных системах некоторых средств, весьма важных и полезных для разработчиков и пользователей автоматизированной обучающей системы. Можно сформулировать список возможностей, которые должны быть в автоматизированной обучающей системе.

Для пользователей:

1. Организация обучения разного уровня - от начального знакомства до подробного усвоения материала.

2. Возможность предоставления материала исходя из цели обучения.

3. Компоновка материала по результатам тестовых проверок.

4. Для разработчиков:

5. Проверка корректности введенных определений.

6. Формирование списка неопределяемых понятий.

7. Построение для выделенных понятий (и для всего учебника) графа связи с определяющими понятиями - иерархический граф понятий.

В данном проекте реализована вторая часть этих возможностей, относящаяся к разработчикам обучающих систем. Но на основе данного проекта с некоторыми доработками можно реализовать и часть возможностей, относящуюся к пользователям.

1.2 Основные принципы разработки и проектирования электронных учебных пособий

В настоящее время в процесс обучения активно внедряются программные технологии на базе персональных ЭВМ, применяемые для передачи ученику 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.

Для эффективной разработки и использования компьютерных учебников (КУ) и компьютерных обучающих систем (КОС) нужно знать возможности и характеристики этих видов.

Во-первых, на практике разные виды КСО часто применяются в комплексе, что требует знания возможностей их взаимодействия и совместного использования [14].

Во-вторых, многие методические и технологические аспекты создания КУ и КОС являются общими для всего класса КСО. Изучать подобные вопросы лучше, имея в виду их инвариантный характер.

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

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

Средства, применяемые при обучении, но имеющие другое основное назначение и не реализующие педагогические функции, не относятся к КСО.

Данное замечание представляется важным, так как широко распространена неверная точка зрения, объединяющая в класс КСО любые программные системы, используемые в учебном процессе.

Выделим следующие основные педагогические задачи, решаемые с помощью КСО (таблица 1):

1) начальное ознакомление с ПО, освоение ее базовых понятий и концепций;

2) базовая подготовка на разных уровнях глубины и детальности;

3) выработка умений и навыков решения типовых практических задач в данной ПО;

4) выработка умений анализа и принятия решений в нестандартных (нетиповых) проблемных ситуациях;

5) развитие способностей к определенным видам деятельности;

6) проведение учебно-исследовательских экспериментов с моделями изучаемых объектов, процессов и среды деятельности;

7) восстановление знаний, умений и навыков (для редко встречающихся ситуаций, задач и технологических операций);

8) контроль и оценивание уровней знаний и умений.

Таблица 1.

Виды КСО и педагогические задачи

Вид КСО	Номера решаемых педагогических задач
Компьютерный учебник	1, 2, 8
Компьютерная .обучающая система	2, 8
Компьютерная система контроля знаний	8
Компьютерный задачник	3, 8
Компьютерный тренажер	3, 4, 5, 8
Компьютерный лабораторный практикум	5, 6
Компьютерный справочник	7
Мультимедийное учебное занятие	1, 2, 3
Компьютерный учебный курс	1, 2, 3, 8
Компьютерный восстановительный курс	3, 7, 8

Требование предметного содержания подразумевает, что КСО должен включать учебный материал по определенной ПО (дисциплине, курсу, разделу, теме).

Под учебным материалом понимается информация как декларативного (описательного, иллюстративного) характера, так и задания для контроля знаний и умений, а также модели и алгоритмы, представляющие изучаемые объекты и процессы [15].

Наличие предметного содержания позволяет отделить КСО от вспомогательных средств, обеспечивающих техническую и методическую поддержку учебного процесса (электронные журналы успеваемости, мониторы для дистанционного контроля и консультирования и др.).

По мере развития технологии КСО создавались их новые разновидности, которые традиционно выделялись по следующим признакам.

Во-первых, КСО строились как электронные аналоги учебно-методических пособий на бумажных носителях. Этому основанию соответствуют автоматизированные учебники, задачники, справочники и т.п.

Во-вторых, в КСО воплощались функции технических, но не компьютерных учебных средств: физических тренажеров и лабораторных установок. Так появились более универсальные, компактные и менее дорогостоящие компьютерные тренажерные системы и лабораторные практикумы.

В-третьих, КСО соотносились с видами учебных занятий и мероприятий, на поддержку которых они ориентировались. Данная ориентация обусловила выделение мультимедийных лекций, автоматизированных контрольных работ, рубежных контролей и др.

Наконец, в-четвертых, КСО ассоциировались с решаемыми с их помощью педагогическими задачами. Последнему аспекту соответствуют автоматизированные восстановительные курсы, системы контроля знаний и т.п.

В зависимости от решаемых педагогических задач КСО подразделяются на четыре класса (рисунок 2) [16]

1. средства теоретической и технологической подготовки;

2. средства практической подготовки;

3. вспомогательные средства;

4. комплексные средства.



Рисунок 2 Классификация КСО

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

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

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

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

Компьютерный тренажер (КТ) -- КСО для выработки умений и навыков определенной деятельности, а также развития связанных с ней способностей [17].

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

Компьютерный лабораторный практикум (КПП) -- КСО для поддержки автоматизированных лабораторных работ, в рамках которых изучаемые объекты, процессы и среда деятельности исследуются с помощью экспериментов с их моделями.

Компьютерный справочник (КС) -- КСО, содержащее справочную информационную базу по определенной дисциплине, курсу, теме или фрагменту ПО и обеспечивающее возможности ее использования в учебном процессе.

Мультимедийное учебное занятие (МУЗ) -- КСО, основным содержанием которого является мультимедийная запись реального учебного занятия или мероприятия (лекции, семинара, демонстрации).

Компьютерный учебный курс (КУК) -- КСО для подготовки по определенному курсу (дисциплине), в котором интегрированы функции или средства для решения основных задач теоретической, технологической и практической подготовки.

Компьютерный восстановительный курс (КВК) -- КСО для восстановления знаний и умений в рамках определенного курса, в котором интегрированы функции или средства, поддерживающие разные этапы процесса повышения квалификации.

Разработка электронных учебных пособий является сегодня ведущим направлением деятельности системы образования, осваивающих дистанционное образование.

Между тем отсутствие теории таких данных учебных средств приводит к ряду серьезных недостатков. Так отсутствует дефиниция "электронный учебник", не разработаны принципы его создания и использования в учебном процессе.

Максимально эффективная реализация этих требований возможна путем создания дидактической системы, основанной на использовании в обучении компьютерных средств и технологий. К ним относятся электронная почта, телеконференции, электронные библиотеки, базы данных, электронные учебники, видео и аудиоматериалы и др.

Электронный учебник - это часть дидактической системы, включающей следующие компоненты [18]:

1. субъекты образовательного процесса

2. педагог - организатор образовательной среды, консультант, контролер;

3. обучаемый - конструктор собственного знания;

4. образовательная информация;

5. образовательные технологии;

6. информационные технологии.

Электронный учебник представляет собой совокупность образовательной информации и информационных технологий, при этом являясь одним из средств организации взаимодействия между субъектами образовательного процесса (педагог, обучаемый) на основе образовательных технологий.

Образовательная информация это те знания, которые необходимо передать обучаемому для того, чтобы он мог квалифицированно выполнять ту или иную деятельность.

В дисциплинарной модели обучения, присущей очной системе образования, интерпретатором знаний выступает преподаватель.

При дистанционной форме интерпретатором в большей мере является сам студент и поэтому к качеству образовательной информации и способам ее предъявления должны предъявляться повышенные требования.

Прежде всего, это относится к создаваемым электронным учебникам и учебным пособиям, а также информационным базам и банкам знаний, справочным и экспертным системам, используемым для целей обучения.

Опыт показывает, что представляемая в них информация должна иметь организацию и структуру, существенно отличающуюся от полиграфической. Это обусловлено как психофизиологическими особенностями восприятия информации с монитора, так и технологией доступа к ней.

В связи с вышеизложенным очевидно, что создание электронного учебника представляет собой сложную дидактическую задачу.

Современные компьютерные технологии предоставляют реальные возможности для ее решения, при этом должны соблюдаться следующие требования [17]

1. представление курса как совокупности разделов (тем);

2. модульность и свободный доступ к фрагментам содержания;

3. включение в модуль системы образовательных действий;

4. использование различных видов информации;

5. адаптация содержания учебного материала к особенностям обучаемых.

Разработка содержания образования предполагает учет индивидуальных образовательных особенностей разных категорий обучаемых.

Какая информация представляется, как, в какой последовательности, какие методики преподавания используются, как они строятся - все это должно определяться в зависимости от индивидуальных черт, характеризующих тот или иной процесс обучения.

Использование возможностей, представляемых новыми информационными технологиями, ведет к преодолению многих принципиальных проблем развития содержания образования, связанных с резким ростом объема преподаваемого материала, его обновлением, трудностями подготовки образовательных текстов и развитием образовательной среды.

Новый технологический уровень развития содержания образования обеспечивает новое качество обучения.

Образовательные технологии - это комплекс дидактических методов и приемов, используемых для передачи образовательной информации от ее источника к потребителю и зависящих от форм ее представления.

Среди образовательных технологий, использующих компьютеры в качестве дидактических средств, наибольшее признание среди специалистов получили метод информационного ресурса, ассоциативный метод обучения, метод компьютерного моделирования.

Согласно методу информационного ресурса обучение выступает главным образом как процесс ориентации в море самой разнородной информации - текстовой, графической, звуковой, видео - с целью извлечения именно той информации, которая необходима конкретному обучаемому и удовлетворяет его образовательные потребности.

Развитие таких компьютерных технологий как гипертекст, гипермедиа, мультимедиа и другое позволяет формировать метод, основанный на анализе информационных ресурсов.

Разработанный комплекс электронных учебно-методических материалов "Физика: компьютерное моделирование" включает в себя учебный текст, задания для компьютерного моделирования, экспериментальные задания и рассчитан на работу в контексте этого метода.

В основе ассоциативного метода обучения лежит обогащение обучающей среды на базе гипертехнологий и предоставление обучаемым возможности изучать материал не в каком-то иерархическом или вообще предопределенном порядке, а свободно руководствуясь ассоциациями, какими-либо предпочтениями.

Предполагается множество ракурсов, аспектов и позиций освоения материала.

В соответствии с ассоциативным методом обучения преподаватель структурирует и организует учебную среду, а пути и последовательности работы в ней определяются самим обучающимся.

При обучении посредством этого метода специфична роль преподавателя, она проявляется не в выборе того или иного пути преподавания материала, а в способе структурирования и организации знаний.

Учебный текст представляет собой сжатую лекционную информацию.

Раздел "Моделирование" содержит 8 лабораторных заданий с примерами моделирования различных физических процессов.

В разделе "Эксперименты" приведены 18 примеров экспериментов по данной тематике.

Таким образом, все формы предъявления учебной информации находятся во взаимосвязи и позволяют учащемуся пользоваться той, которая в наибольшей степени отвечает его особенностям.

Среди методов образования, развитых на базе новых информационных технологий, значительную образовательную ценность по общему признанию специалистов имеет метод компьютерного моделирования.

Вышеперечисленные методы позволяют достаточно полно реализовать одно из основных требований современной дидактики, заключающееся в максимальной активизации обучаемого.

Подводя итог, следует сказать, что электронные учебники представляют собой средство обучения в педагогической системе дистанционного образования, которая включает в себя элементы, присущие любой дидактической системе.

В настоящее время электронные учебники являются дополнительным средством при организации учебного процесса в рамках традиционной образовательной системы.

Однако с течением времени их функции будут специализироваться в связи с развитием методов собственно дистанционного образования, что приведет к освоению новых технологий в процессе их создания.

Развитее системы образования [18, 19]:

1. плюралистический подход к концептуальному обоснованию социальной значимости высшего образования;

2. создание интернациональных образовательных структур. Процесс интернационализации образования затрагивает содержание образования, методику обучения и организационные формы образовательного процесса;

3. образование становится инструментом взаимопроникновения не только знаний и технологий различных стран, но и капитала, инструментом борьбы за рынок, решения геополитических задач;

4. рост роли образования как средства достижения социальной значимости личности, успешности в профессиональной сфере, участия в деятельности властных структур;

5. поиск нетрадиционных форм образования, основные характеристики которых - гибкость и индивидуализация. Под гибкостью понимаются такие организационные формы, которые позволяют студенту обучаться в режиме и темпе, удобном для него; под индивидуализацией - разработку содержания образования и методики обучения, соответствующих индивидуальным психолого-педагогическим потребностям каждого студента;

6. приобретение образованием качества непрерывности.

Организация учебной деятельности по следующим направлениям:

1. проверка усвоения теоретического материала путем тестирования учащихся

2. проверка уровня мотивированности студентов к учебной деятельности и рефлексивных способностей студентов

3. формирование виртуальных команд

4. проверка уровня творческих способностей и профессионализма студентов.

2. Проектирование электронного учебника

2.1 Выбор программного инструментария

Для написания данной дипломной работы использовался язык объектно-ориентированного программирования DELPHI.

Программирование в Delphi строится на тесном взаимодействии двух процессов: процесса конструирования визуального проявления программы 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 [20].

Среди большого разнообразия продуктов для разработки приложений Delphi занимает одно из ведущих мест. Delphi отдают предпочтение разработчики с разным стажем, привычками, профессиональными интересами.

С помощью Delphi написано колоссальное количество приложений, десятки фирм и тысячи программистов-одиночек разрабатывают для Delphi дополнительные компоненты.

В основе такой общепризнанной популярности лежит тот факт, что Delphi, как никакая другая система программирования, удовлетворяет изложенным выше требованиям.

Действительно, приложения с помощью Delphi разрабатываются быстро, причем взаимодействие разработчика с интерактивной средой Delphi не вызывает внутреннего отторжения, а наоборот, оставляет ощущение комфорта.

Delphi-приложения эффективны, если разработчик соблюдает определенные правила (и часто - если не соблюдает). Эти приложения надежны и при эксплуатации обладают предсказуемым поведением [21].

Пакет Delphi - продолжение линии компиляторов языка Pascal корпорации Borland. Pascal как язык очень прост, а строгий контроль типов данных способствует раннему обнаружению ошибок и позволяет быстро создавать надежные и эффективные программы. Корпорация Borland постоянно обогащала язык.

Когда-то в версию 4.0 были включены средства раздельной трансляции, позже, начиная с версии 5.5, появились объекты, а в состав шестой версии пакета вошла полноценная библиотека классов Turbo Vision, реализующая оконную систему в текстовом режиме работы видеоадаптера. Это был один из первых продуктов, содержавших интегрированную среду разработки программ [22].

В классе инструментальных средств для начинающих программистов продуктам компании Borland пришлось конкурировать со средой Visual Basic корпорации Microsoft, где вопросы интеграции и удобства работы были решены лучше.

В начале 70-х годов Н. Вирт опубликовал сообщение о Pascal, это был компактный, с небольшим количеством основных понятий и зарезервированных слов язык программирования, нацеленный на обучение студентов.

Язык, на котором предстоит работать пользователю Delphi, отличается от исходного не только наличием множества новых понятий и конструкций, но и идейно: в нем вместо минимизации числа понятий и использования самых простых конструкций (что, безусловно, хорошо для обучения, но не всегда оправдано в практической работе), предпочтение отдается удобству работы профессионального пользователя.

Как язык Turbo Pascal естественно сравнивать с его ближайшими конкурентами - многочисленными вариациями на тему языка Basic (в первую очередь с Visual Basic корпорации Microsoft) и с C++. Cчитается, что Turbo Pascal существенно превосходит Basic за счет полноценного объектного подхода, включающего в себя развитые механизмы инкапсуляции, наследование и полиморфизм.

Последняя версия языка, применяемая в Delphi, по своим возможностям приближается к C++. Из основных механизмов, присущих C++, отсутствует только множественное наследование. (Впрочем, этим красивым и мощным механизмом порождения новых классов пользуется лишь небольшая часть программистов, пишущих на С++).

Плюсы применения языка Pascal очевидны: с одной стороны, в отличие от Visual Basic, основанного на интерпретации промежуточного кода, для него имеется компилятор, генерирующий машинный код, что позволяет получать значительно более быстрые программы. С другой - в отличие от C++ синтаксис языка Pascal способствует построению очень быстрых компиляторов [23].

Среда программирования напоминает пакет Visual Basic. В вашем распоряжении несколько отдельных окон: меню и инструментальные панели, Object Inspector (в котором можно видеть свойства объекта и связанные с ним события), окна визуального построителя интерфейсов (Visual User Interface Builder), Object Browser (позволяющее изучать иерархию классов и просматривать списки их полей, методов и свойств), окна управления проектом (Project Manager) и редактора.

В смысле проектирования Delphi мало чем отличается от проектирования в интерпретирующей среде, однако после выполнения компиляции мы получаем код, который исполняется в 10-20 раз быстрее, чем тоже самое, сделанное при помощи интерпретатора.

Кроме того, компилятор компилятору рознь, в Delphi компиляция производится непосредственно в родной машинный код, в то время как существуют компиляторы, превращающие программу в так называемый p-код, который затем интерпретируется виртуальной p-машиной. Это не может не сказаться на фактическом быстродействии готового приложения [23].

По всей вероятности, такая высокая скорость объясняется в первую очередь отказом от демонстрации в процессе работы числа скомпилированных строк.

Следует отметить также, что благодаря опции оптимизации сегментов удается существенно сократить размер выполняемого файла. Можно запустить компилятор в режиме проверки синтаксиса. При этом наиболее длительная операция компоновки и изготовления исполняемого файла выполняться не будет.

Вероятно, то обстоятельство, что Delphi позиционируется как средство создания приложений, взаимодействующих с базами данных, и ориентировано преимущественно на рынок инструментальных средств клиент/сервер, где до настоящего момента доминируют интерпретируемые языки, позволило его авторам не задумываться над созданием оптимизирующего компилятора, способного использовать все достоинства архитектур современных процессоров [24].

Мощный объектно-ориентированный язык. Совместимость с программами, созданными ранее средствами Borland Pascal, сохраняется, несмотря на то, что в язык внесены существенные изменения. Необходимость в некоторых усовершенствованиях давно ощущалась.

Самое заметное из них - аппарат исключительных ситуаций, подобный тому, что имеется в C++, был первым реализован в компиляторах корпорации Borland. Не секрет, что при написании объектно-ориентированных программ, активно работающих с динамической памятью и другими ресурсами, немалую трудность представляет аккуратное освобождение этих ресурсов в случае возникновения нештатных ситуаций.

Особенно это актуально для среды Windows, где число видов ресурсов довольно велико, а неряшливая работа с ними может быстро привести к зависанию всей системы. Предусмотренный в Delphi аппарат исключений максимально упрощает кодирование обработки нештатных ситуаций и освобождения ресурсов.

Библиотека визуальных компонент [25]

Компоненты, используемые при разработке в Delphi 7, встроены в среду разработки приложений и представляют из себя набор типов объектов, используемых в качестве фундамента при строительстве приложения.

Этот костяк называется Visual Component Library. В ней есть такие стандартные элементы управления, как строки редактирования, статические элементы управления, строки редактирования со списками, списки объектов.

Еще имеются такие компоненты, которые ранее были доступны только в библиотеках третьих фирм: табличные элементы управления, закладки, многостраничные записные книжки. Все объекты разбиты на страницы по своей функциональности и представленный в палитре компонент. VCL содержит специальный объект, предоставляющий интерфейс графических устройств Windows, и позволяющий разработчикам рисовать, не заботясь об обычных для программирования в среде Windows деталях.

Ключевой особенностью Delphi 7является возможность не только использовать визуальные компоненты для строительства приложений, но и создание новых компонент.

Такая возможность позволяет разработчикам не переходить в другую среду разработки, а наоборот, встраивать новые инструменты в существующую среду. Кроме того, можно улучшить или полностью заменить существующие по умолчанию в Delphi 7 компоненты.

Рассмотрим некоторые из объектов [26-28].

MainMenu позволяет поместить главное меню в программу. При помещении MainMenu на форму это выглядит, как просто иконка. Иконки данного типа называют невизуальным компонентом, поскольку они невидимы во время выполнения программы.

Label служит для отображения текста на экране. Можно изменить шрифт и цвет метки, если дважды щелкнуть на свойство Font в Инспекторе Объектов. Это легко сделать и во время выполнения программы, написав всего одну строчку кода.

Edit - стандартный управляющий элемент Windows для ввода. Он может быть использован для отображения короткого фрагмента текста и позволяет пользователю вводить текст во время выполнения программы.

Button позволяет выполнить какие-либо действия при нажатии кнопки во время выполнения программы. В Visual Basic все делается очень просто. Поместив Button на форму, по двойному щелчку можно создать заготовку обработчика события нажатия кнопки.

CheckBox отображает строку текста с маленьким окошком рядом. В окошке можно поставить отметку, которая означает, что что-то выбрано.

OptionButton позволяет выбрать только одну опцию из нескольких.

ComboBox во многом напоминает ListBox, за исключением того, что позволяет водить информацию в маленьком поле ввода сверху ListBox. Есть несколько типов ComboBox, но наиболее популярен спадающий вниз (drop-down combo box), который можно видеть внизу окна диалога выбора файла.

ScrollBar1 - полоса прокрутки, появляется автоматически в объектах редактирования, ListBox'ах при необходимости прокрутки текста для просмотра.

StatusBar - Строка состояния.

Iameg - картинка или рисунок.

2.2 Язык гипертекстовой разметки HTML

Для создания электронных обучающих программ чаще всего используется язык гипертекстовой разметки документов (HTML).

Данный выбор обусловлен тем, что наряду с простотой создания данного вида документов, язык гипертекстовой разметки обладает колоссальными возможностями, такими, как вывод форматированного текста, использование графических объектов практически всех известных форматов, использование фонового рисунка, вставка таких объектов, как фоновый звук, видео и т.д.

Кроме этого, HTML позволяет легко организовывать ссылки на другие объекты или фрагменты текста самого документа [29].

Большим преимуществом HTML является то, что большинство современных инструментальных средств (такие, как, текстовые и графические редакторы, языки визуального программирования, Internet Explorer...) поддерживают работу и сохранение документов в HTML формате.

Поэтому зачастую именно HTML используется для создания подобных программных продуктов. Однако создание различного вида демонстрационных примеров, процедур тестирования и опроса, на мой взгляд, делается все же проще с помощью языков визуального программирования.

Поэтому в настоящей дипломной работе рассматриваются вопросы интеграции различных инструментальных средств, для создания обучающих, тестирующих программ и электронных учебников.

Тем не менее, использование HTML документов во многом облегчает написание теоретической части программы и делает ее более живой. Давайте рассмотрим несколько вопросов, связанных с созданием HTML документов. Можно работать на Web без знания языка HTML, так как тексты HTML могут создаваться различными специальными редакторами и конвертерами.

Однако лучше писать непосредственно на HTML или, по крайней мере, изредка контролировать и модифицировать код HTML. Писать непосредственно на HTML нетрудно. Возможно, это даже легче, чем изучать HTML-редактор или конвертер, которые часто ограничены в своих возможностях, содержат ошибки или производят плохой HTML код, который не работает на различных платформах [30].

Первая версия HTML была разработана в начале 90-х годов Тимом Бенерс-Ли для популярного в прошлом броузера Mosaic. Но в те времена ни для броузера, ни для самого языка еще не нашлось достойного применения. В 1993 году появился HTML+, и эта версия также осталась практически незамеченной. Начало широкому использованию гипертекста дала версия 2.0, которая появилась в июне 1994 года.