Разработка компьютерного практикума по информатике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

программный информационный компьютерный практикум

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

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

Данная работа состоит из шести разделов.

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

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

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

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

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

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

1. Аналитический обзор программных средств для обучения

1.1 Особенности и классификация программных комплексов

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

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

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

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

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

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

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

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

Основные преимущества КСО:

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

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

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

возможность представления и взаимодействия с виртуальными трехмерными образами изучаемых объектов;

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

возможность автоматизированного контроля и более объективное оценивание знаний и умений;

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

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

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

К отрицательным сторонам КСО относятся:

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

необходимость обладать навыками работы на компьютере;

сложность восприятия больших объемов текстового материала с экрана дисплея;

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

отсутствие непосредственного и регулярного контроля над ходом выполнения учебного плана.

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

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

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

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

Схема классификации КСО показана на рисунке 1.1.

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

К первому классу относятся следующие виды КСО:

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

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

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

Класс средств практической подготовки включает два вида КСО.



Рисунок 1.1. Классификация КСО

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.2 Обзор существующих программных средств для обучения

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

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

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

В целом, Томский Государственный Университет имеет сетевые электронные учебно-методические комплексы. Это учебные курсы в Moodle для контроля знаний. Они включают в себя ЭУП (электронные учебные пособия), АПИМ или Аттестационные педагогические измерительные материалы (объёмом не менее 100 тестовых заданий различного типа в формате LMS Moodle или Microsoft Word), вопросы для самоконтроля (не менее 15 для каждого раздела ЭУП), задания для самостоятельной работы, темы рефератов и т.п., дополнительные материалы, такие как списки литературы, ссылки на интернет-ресурсы по курсу, мультимедийные материалы (не менее 10 анимации и 5 видио-либо аудиозаписей). Он рассчитан на один семестр обучения.

Помимо этого там также имеется немалое количество ВЛР (виртуальные лабораторные работы) более чем по двадцати темам из разделов физики, химии, биохимии и естествознания. Данные комплексы моделируют реальные явления, процессы.

Например, в Тихоокеанском Государственном Университете разработаны несколько электронных учебников, таких как электронное пособие Кудинова Н.Т. «История России IX-XX веков» и «История России» [16].

Первое пособие разработано с помощью Adobe Acrobat в PDF формате. Помимо лекции на данную тему в пособии предложено также словарь исторических терминов, иллюстрации, карты событий и видеофрагменты, все это представляет собой дополнительную информацию для студентов о данном периоде в истории государства. Текст оснащен всплывающими подсказками, которые раскрываются после наведения на выделенные фрагменты текста. Доступ ко всем дополнительным материалам осуществляется под средством гиперссылок.

Второе пособие было разработано совместно со студией «SPN» и представляет собой интерактивное пособие. Материал насыщен фото- и видеоматериалами, историческими документами. Помимо всего этого, имеется встроенная система тестирования.

Этот университет имеет также электронные издания для студентов заочного отделения. Созданы такие пособия как «Отечественная история», «История отечественного государства и права», «История государства и права зарубежных стран». Материалы содержат темы контрольных работ с планом изложения, справочными источниками и советами по написанию, требованиями к оформлению.

Башлаковым А.С. был создан компьютерный комплекс под названием MyTest (версии MeTestX и MyTestXPro) [17]. Программа предназначена для создания и проведения компьютерного тестирования. Также она сама обрабатывает результаты и выставляет балл за пройденный тест.

Типы заданий, поддерживаемых в программе: одиночный выбор, множественный выбор, установление порядка следования, установление соответствия, указание истинности или ложности утверждений, ручной ввод числа, ручной ввод текста, выбор места на изображении, перестановка букв, заполнение пропусков (MyTestXPro). В задании максимально может быть 10 вариантов ответов.

Программа имеет три модуля: модуль тестирования, редактор тестов и журнал результатов. Программа имеет собственный текстовый редактор. Имеется возможность настраивать параметры для теста: время тестирования сложность теста, прикрепление подсказок, объяснение ответа. Варианты ответов и задания перемешиваются. Оценки могут быть в любой системе оценивания от 2-ух до 100-бальной. Также каждый тест хранится в отдельном файле и для них можно задать пароли, что дает дополнительную защиту, а также файлы защищены от несанкционированного получения ответов.

Программа может использоваться как для локального, так и для сетевого тестирования. Системные требования - ОС Windows XP, Vista, 7, 8, 8.1, 10. Такая программа может быть использована в любом учебном заведении (университеты, школы). Даже предприятия могут использовать ее для аттестации и классификации своих сотрудников.

Оренбургский государственный аграрный университет использует систему электронного тестирования JoliTest v1.0 [18].

JoliTest v1.0 - это автоматизированная электронная сессия. Пакет программ для тестирования знаний. Компоненты - клиент, сервер, конструктор тестов, база данных, которая хранит всю о студентах, заданиях для тестов и экзаменах (в данном случае указывается даже дата и список допущенных студентов), а также результаты тестирования. Администратор заполняет базу данных и в конце отправляет результаты в MS Word. Все остальное программа делает сама.

Основными компонентами являются: JTRun - клиент, с помощью которого студенты проходят тестирование, JTServer - сервер, к которому подключаются клиенты, JTEditor - конструктор тестовых заданий, JTBase - средство для работы с БД.

Возможности данной системы: централизованное хранение списков студентов, данные по экзаменам и оценкам по ним, все компоненты работают без установки, ни один параметр не записывается в реестр, программа поддерживает несколько тем, можно задать количество задании по каждой теме, задания представляются в различных формах (открытой, закрытой, на соответствие, установление правильной последовательности), удобное средства манипулирования данными, их сортировка и фильтрация, возможность заполнение БД под средством импорта, всторенные алгоритмы проверки корректности тестов.

1С имеет целую образовательную коллекцию, куда входят несколько электронных учебников, состоящих из материала для обучаемых и мультимедийных файлов, предназначенных для изучения иностранных языков для студентов всех вузов и специальностей.

С помощью1С: Электронное обучение. Экзаменатор [19] можно провести тестирование в локальной сети и через интернет с помощью многих браузеров, что не требует установки на рабочем месте. Поддерживается работа по низкоскоростным каналам связи. Возможности для обучающегося: работать с любого компьютера, включенного в локальную сеть, проходить учебные курсы в удобное время и в комфортном для себя режиме, контролировать усвоение материала, выполняя тесты и получая результаты сразу же, предусмотрены подсказки и комментарии. Программа настроена на несколько ролей Администратор, Преподаватель, Разработчик и Ученик. Есть возможность наложить индивидуальные настройки доступа.

2. Предметная область автоматизации и постановка задачи

2.1 Описание предметной области автоматизации

Использование компьютерного практикума позволяет автоматизировать процесс проверки знаний студентов. Такое средство обучения помогает учащемуся эффективно освоить курс, а преподавателю оценить уровень подготовки. Компьютерные практикумы имеют теоретические материалы для подготовки и включают в себя несколько этапов проверки. Задания обычно подбираются, проверяются и вносятся преподавателям. После прохождения каждого из этапов, записываются результаты. Их и просматривает преподаватель в журнале.

Проанализировав предметную область, выделим необходимые входные документы.

Студент должен заносить следующие сведения о себе: номер зачетной книжки, фамилию, имя, отчество, домашний адрес, телефон, логин и пароль для входа в систему. Чтобы оценить решение, необходимы критерии оценивания. В случае их изменения будут корректироваться границы интервалов, при которых будет выставляться определенный балл. Также необходимо описать темы и типы работ в практикуме.

Теперь представим формы входных документов.

Форма документа «Студенты» представлена на рисунке 2.1

Номер зачетной книжки	Фамилия	Имя	Отчество	Домашний адрес	Телефон	Логин	Пароль

Рисунок 2.1. Форма документа «Студенты»

Форма документа «Темы работ» представлена на рисунке 2.2

Код темы работ	Наименование темы

Рисунок 2.2. Форма документа «Темы работ»

Форма документа «Типы работ» представлена на рисунке 2.3

Код типа	Наименование типа

Рисунок 2.3. Форма документа «Типы работ»

Форма документа «Оценки» представлена на рисунке 2.4

Код оценки	От (нижняя граница интервала в%)	До (верхняя граница интервала в%)	Оценка

Рисунок 2.4. Форма документа «Оценки»

Журнал служит методом контроля над успеваемостью студентов. Один и тот же учащийся может быть внесен несколько раз в зависимости от решенных работ. Каждая тема и каждый тип работы имеют уникальные номера. В журнале записываются такие сведения как: номер зачетной книжки студента, код темы, типа и оценки работы.

Теперь представим форму выходного документа «Журнал успеваемости» на рисунке 2.5.

Номер записи	Номер зачетной книжки	Код темы работы	Код типа	Код оценки

Рисунок 2.5. Форма документа «Журнал успеваемости»

2.2 Постановка задачи

Главной целью данной работы является проектирование и разработка компьютерного практикума по информатике. Его основная задача - проверка уровня знаний студентов по представленному курсу. Автоматизация этого процесса позволит более эффективно использовать учебные часы. Программа сама выполнит проверку выполненных работ и предоставит преподавателю все результаты. За основу взяты три темы из информатики: представление информации, измерение информации и системы счисления. По ним и будут разрабатываться все задания для проверки знаний. В каждой теме должны иметься практическая, тестовая и контрольная части. Преподаватель должен иметь возможность изменять критерии оценивания работ и просматривать журнал успеваемости студентов. Ему также должен быть предоставлен доступ к вводу и редактированию вопросов, вариантов ответов и правильных ответов для всех тем данного практикума. Перед началом работы с компьютерным практикумом необходимо выполнить регистрацию студента. В каждой практической части нужно разработать несколько разделов. Для тестов необходимо несколько вариантов, среди которых будет выбираться только один для решения. Студенту должны быть предоставлены материалы по темам для изучения.

Вот какие задачи, требующие решения, можно сформулировать:

1) хранение большой базы заданий для работ по информатике;

2) редактирование заданий для практикума;

3) проведение тестирования для выявления уровня знаний студентов;

4) обработка итогов тестирования и выставление баллов;

5) хранение результатов успеваемости студентов.

После изучения предметной области разработана функциональная структура, которая представлена на рисунке 2.6.

Компьютерный практикум состоит из следующих восьми модулей: модуль студента, модуль преподавателя, модуль авторизации, модуль выполнения практических заданий, модуль тестирования, модуль выполнения контрольных заданий, модуль решения кроссворда и модуль редактирования.

Модуль преподавателя хранит данные для доступа его в систему.

Модуль студента содержит информацию о студентах, которые используют данный практикум.

Модуль авторизации служит для регистрации студентов и доступа пользователей программы к ее функциям.

Модуль выполнения практических заданий предназначен для студентов и разделен на три темы, из которых состоит весь практикум: системы счисления, представление информации, измерение информации. В каждой из них эта часть поделена на несколько разделов и содержит вопросы с открытым ответом. Доступ к тестам и контрольной осуществляется только после прохождения определенного количества задач.

Рисунок 2.6. Функциональная структура компьютерного практикума по информатике

Модуль тестирования включает в себя пять вариантов тестов для решения студентами. Прежде чем перейти к контрольной части, необходимо набрать проходной балл.

Контрольные работы по темам представлены в модуле выполнения контрольных заданий.

Модуль решения кроссворда как заключительная часть проверки знаний содержит в себе вопросы из курса информатики.

Модуль редактирования предназначен для преподавателей и предоставляет доступ к добавлению, изменению и удалению заданий компьютерного практикума, а также критериев оценивания.

2.3 Требования к разрабатываемому компьютерному практикуму

Требования к системе в целом

К программе должен предъявляться ряд требований, чтобы сделать работу пользователя с ней удобной и безопасной.

Разрабатываемый компьютерный практикум должен обеспечивать хранение, добавление, удаление всей необходимой информации, такой как: данные студентов, данные преподавателя, темы, типы работ представленных в нем и результаты выполнения заданий. Он должен иметь возможность добавления, изменения и удаления вопросов и ответов и должен вести учет успеваемости студентов в журнале. К компьютерному практикуму предъявляются также следующие требования: надежность и безопасность при работе; дружелюбный интерфейс, чтобы пользователь без труда ориентировался в программе; обеспечивать переносимость и не зависеть от версии ОС Windows.

Требования к функциям

Для студента в компьютерном практикуме должны быть доступны следующие функции: ввод данных для регистрации в программе, просмотр и изучение материала по представленным темам, решение практических, тестовых и контрольных частей, решение кроссворда.

В программе необходимо выставлять баллы за проделанную работу и записывать их в журнал.

Преподаватель должен иметь возможность осуществлять: ввод и редактирование заданий для каждой темы, критериев оценивания и просмотр журнала с результатами проверки учащихся.

Также для всех категории пользователей должен осуществляться ввод данных для проверки их доступа к компьютерному практикуму.

Требования к видам обеспечения

Для корректной работы компьютерного практикума на компьютере пользователя должны быть соблюдены несколько минимальных требования: версия ОС не ранее Windows XP, с тактовой частотой процессора 550 МГц и выше, 512 Мб ОЗУ, программное обеспечение - Delphi 7.0, клавиатура и мышь.

3. Проектирование компьютерного практикума по информатике

3.1 Функционально-ориентированное проектирование компьютерного практикума

Для данного проектирования будем использовать методологию функционального моделирования SADT. Она отражает функциональную структуру объекта. При применении данной методологии результатом является модель, которая состоит из нескольких диаграмм. Это главные компоненты модели. Все функции программных комплексов и информационных систем и интерфейсы на них представлены как блоки и стрелки. Стрелка сверху отражает управляющую информацию, данные, которые подвергаются обработке, показаны с левой стороны, выходные данные показаны с правой стороны блока диаграммы, механизм (человек или автоматизированная система), который осуществляет операцию, указан стрелкой снизу блока [3].

На рисунке 3.1 представлена контекстная диаграмма.

Рисунок 3.1. Контекстная диаграмма

Любой компонент функциональной модели может быть декомпозирован на другой диаграмме, которая иллюстрирует внутреннее строение блока на родительской диаграмме. Уровней таких диаграмм может быть несколько, так как любой компонент функциональной модели может быть декомпозирован на диаграмме нижнего уровне, которая иллюстрирует внутреннее строение блока на родительской диаграмме. Такая последовательность формирует иерархию диаграмм [11]. На рисунке 3.2 представлена диаграмма декомпозиции первого уровня IDEF0. На рисунке 3.3 представлена диаграмма декомпозиции второго уровня.

Рисунок 3.2. Диаграмма декомпозиции первого уровня

Рисунок 3.3. Диаграмма декомпозиции второго уровня

В таблице 3.1 представлены основные элементы представленных диаграмм IDEF0 и в таблице 3.2 представлено описание функциональных блоков.

Таблица 3.1. Основные элементы диаграммы IDEF0

Название проекта: Разработка компьютерного практикума по информатике
Цель проекта: Реализация структурной функциональной модели компьютерного Практикума
Технология моделирования: метод функционального моделирования IDEF0
Инструментарий: программный продукт BP Win 4.1
Список данных	Перечень функций
Данные студентов Задания к практическим, тестовым и контрольным работам Критерии оценивания Рабочая программа Компьютерный практикум Преподаватель Журнал успеваемости	А0. Разработка компьютерного практикума по информатике
Данные студентов Задания к практическим, тестовым и контрольным работам Список студентов, имеющим доступ к программе Критерии оценивания Рабочая программа Компьютерный практикум Журнал успеваемости	A1. Регистрация и вход в систему А2. Выбор темы А3. Выполнение практических заданий А4. Решение тестов А5. Выполнение контрольных заданий А6. Решение кроссворда
Данные студентов Задания к практическим, тестовым и контрольным работам Критерии оценивания Рабочая программа Компьютерный практикум Преподаватель Журнал успеваемости	А21. Выбор раздела практической части А22. Получение результата А23. Проверка, набрано ли достаточное количество баллов А24. Переход к выполнению тестовой части

Таблица 3.2. Описание функциональных блоков диаграммы IDEF0

Наименование блока	Описание решаемых задач
A1. Регистрация и вход в систему	Этап, на котором пользователь регистрируется и авторизуется в системе
А2. Выбор темы	Этап выбора студентом темы для выполнения заданий
А3. Выполнение практических заданий	На данном этапе обучающийся решает задания из всех разделов практической части
А4. Решение тестов	Этап, на котором выбирается тестовый вариант, и студент выполняет задания
А5. Выполнение контрольных заданий	Обучающийся решает задачи из контрольной части
А6. Решение кроссворда	Завершающий этап проверки знаний в виде кроссворда
А21. Выбор раздела практической части	На данном этапе происходит выбор раздела, задания которого будут прорешиваться студентом
А22. Получение результата	Этап, на котором система обрабатывает результат и сообщает его студенту
А23. Проверка, набрано ли достаточное количество баллов	На этом этапе система проверяет, набрал ли обучающийся необходимое количество баллов, чтобы приступить к тесту
А24. Переход к выполнению тестовой части	При достаточном количестве баллов выполняется переход студентом к следующем части - тесту

Методология IDEF3 в основном используется для построения процессов нижнего уровня. Назвать отличием можно то, что данная нотация не отображает «механизмы» и управляющие стрелки, однако показывает порядок выполнения работ [7]. На рисунке 3.4 представлена диаграмма IDEF3, в таблице 3.3 дано описание основных её элементов и в таблице 3.4 - её функциональных блоков.



Рисунок 3.4. Диаграмма IDEF3

Таблица 3.3. Описание функциональных блоков IDEF3

Название проекта: Разработка компьютерного практикума по информатике
Цель проекта: Реализация структурной функциональной модели КП
Технология моделирования: метод описания бизнес-процессов IDEF3
Инструментарий: программный продукт BP Win 4.1
Перечень действий	Тип соединения
	Название	Вид
3. Решение заданий на тему «Представление информации» 4. Решение заданий на тему «Измерение информации» 5. Решение заданий на тему «Системы счисления»	Соединение «ИЛИ» J1	Разворачивающее
6. Выполнение практической части на выбранную тему	Соединение «ИЛИ» J2	Сворачивающее

Таблица 3.4. Описание функциональных блоков IDEF3

Наименование блока	Описание решаемых задач
1. Вход в систему	Ввести логин и пароль для входа в систему
2. Выбрать темы	Перейти к выбору тем для решения
3. Решение заданий на тему «Представление информации»	Из списка тем выбрать «Представление информации».
4. Решение заданий на тему «Измерение информации»	Из списка тем выбрать «Измерение информации».
5. Решение заданий на тему «Системы счисления»	Из списка тем выбрать «Системы счисления».
6. Выполнение практической части на выбранную тему	Из представленных частей выбрать практическую и перейти к выполнению заданий
7. Выполнение практической части на выбранную тему	Из представленных частей выбрать тесты и перейти к выполнению заданий
8. Выполнение практической части на выбранную тему	Из представленных частей выбрать контрольную работу и перейти к выполнению заданий
9. Решение кроссворда	Из главного меню выбрать кроссворд и перейти к решению

Моделирование потоков данных или DFD - диаграмма, в ее основе лежит построение модели проектируемой или реально существующей ИС. На такой диаграмме источники информации (внешние сущности) порождают информационные потоки (потоки данных), которые переносят информацию к подсистемам или процессам дальше. А они уже преобразуют эту информацию и порождают новые потоки, которые переносят либо к потребителям информации, либо для дальнейшей обработки [3]. На рисунке 3.5 отражена DFD - диаграмма. В таблице 3.5 представлено описание основных элементов. В таблице 3.6 - описание её функциональных блоков.

Рисунок 3.5. DFD диаграмма

Таблица 3.5. Описание функциональных блоков DFD

Название проекта: Разработка компьютерного практикума по информатике
Цель проекта: Реализация структурной функциональной модели компьютерного Практикума
Технология моделирования: метод функционального моделирования DFD
Инструментарий: программный продукт BP Win 4.1
Список данных	Перечень объектов	Хранилища данных	Внешние сущности
Подготовленные задания	Ввод заданий для практических, тестовых и контрольных частей	БД заданий	Студент
Информация по критериям	Ввод и изменение критериев	Результаты успеваемости студентов	Преподаватель
Результаты выполнения заданий	Выполнение заданий по различным темам	Критерии оценивания
	Оценка решенных задач по критериям
	Запись в журнал

Таблица 3.6. Описание функциональных блоков DFD

Наименование блока	Описание решаемых задач
Ввод заданий для практических, тестовых и контрольных частей	Преподаватель вводит и редактирует задания для студентов
Ввод и изменение критериев	Преподаватель также выставляет критерии, по которым будет производиться оценка
Выполнение заданий по различным темам	Студент выполняет задания компьютерного практикума
Оценка решенных задач по критериям	Производится проверка и выставляется оценка за решенные задачи
Запись в журнал	Результаты студентов записываются в журнал

3.2 Объектно-ориентированное проектирование компьютерного практикума

Построение диаграммы вариантов использования

На диаграмме вариантов использования изображаются отношения между актерами и вариантами использования. Актер - это некоторая внешняя сущность по отношению к моделируемой системе, которая некоторым образом взаимодействует с ИС. Ему предписывается роль, которую он выполняет. Актером может являться как пользователь, так и внешняя система. Вариант использования это процесс или последовательность действий, которые система или другая сущность могут выполнять с актерами в процессе взаимодействия. Вариант использования изображается эллипсом, внутри которого записывается его название или краткое описание. Они соединяются с актерами при помощи сплошных линий [21].

Диаграмма вариантов использования изображена на рисунке 3.6. На ней представлены два действующих лица: Студент и Преподаватель. Преподаватель вносит задания, которые решает студент и просматривает журнал успеваемости, в который записываются результаты за проделанные учащимися работы. Из диаграммы видно, что в компьютерном практикуме представлено три темы, каждая из которой содержит практическую часть, тесты и контрольную работу.

Дополним диаграмму текстовым сценарием, шаблон которого представлен в таблице 3.7.

Представим сценарий на основе варианта использования «Редактирование практических заданий».



Рисунок 3.6. Диаграмма вариантов использования

Таблица 3.7. Шаблон для написания сценария отдельного варианта использования

Главный раздел	Раздел «Типичный ход событий»	Раздел «Исключения»	Раздел «Примечания»
Имя варианта использования	Типичный ход событий, приводящий к успешному выполнению варианта использования	Исключение №1 Исключение №2 Исключение №3	Примечания
Актеры
Цель
Краткое описание
Тип
Ссылки на другие варианты использования

«Главный раздел» представлен в таблице 3.8. «Типичный ход событий» отражен в таблице 3.9, а раздел «Исключения» - в таблице 3.10.

Таблица 3.8. Главный раздел сценария выполнения варианта использования «Редактирование практических заданий»

Вариант использования	Редактирование практических заданий
Актеры	Преподаватель
Цель	Создание, ввод и редактирование вопросов и ответов для практической части
Краткое описание	Преподаватель составляет или подбирает задания для решения, редактирует их, подбирает варианты ответов к ним
Тип	Базовый

Таблица 3.9. Раздел «Типичный ход событий» сценария выполнения вариантов использования «Редактирование практических заданий»

Действия актеров	Отклик системы
1. Преподаватель осуществляет ввод данных для входа в систему Исключение №1: Преподаватель ввел неверные логин и пароль	2. Система открывает главную страницу для работы
3. Преподаватель редактирует задания для практической части	4. Система сохраняет изменения в заданиях для практической части
5. Преподаватель редактирует задания для тестовой части	6. Система сохраняет изменения в заданиях для тестов
7. Преподаватель редактирует задания для контрольных работ	8. Система сохраняет изменения в заданиях для контрольных работ
9. Преподаватель вносит изменения критериев оценивания	10. Система запоминает новые критерии
11. Преподаватель просматривает журнал успеваемости с результатами выполнения заданий	12. Система открывает форму с оценками студентов по выбранной теме и части

Таблица 3.10. Раздел «Исключения»

Действия актеров	Отклик системы
Исключение №1: Преподаватель вводит неверный логин и пароль
13. Пользователь вводит неверные логин и пароль	1Система предлагает ввести корректные данные

Построение диаграммы деятельности

Диаграмма деятельности представляет алгоритм некоторых действий, и позволяют моделировать сложный жизненный цикл объекта. Также они применимы и для детализации некоторой конкретной операции и описывают переход от одной деятельности к другой [21].

На рисунке 3.7 представлена диаграмма деятельности. Из диаграммы можно проследить ход действий пользователя программы. В данном случае видна последовательность действий со стороны студента. При первом использовании он не имеет логина и пароля и должен будет пройти регистрацию, при дальнейшем обращений к программе достаточно просто выполнить вход. Затем происходит выбор одной из трех тем и решение представленных заданий, разделенных на части. И только после решения всех контрольных работ можно приступить к решению кроссворда.

3.3 Оценка трудоемкости разработки проекта

Необходимо провести оценку трудоемкости разработки проекта. За основу возьмем методику, основанную на вариантах использования.

Все действующие лица системы делятся на три типа: простые, средние и сложные. Простое действующее лицо представляет внешнюю систему с четко определенным программным интерфейсом. Среднее действующее лицо представляет либо внешнюю систему, взаимодействующую с данной системой посредством протокола, либо личность, пользующуюся текстовым интерфейсом (например, алфавитно-цифровым терминалом). Сложное действующее лицо представляет личность, пользующуюся графическим пользовательским интерфейсом.

В таблице 3.11 представлены весовые коэффициенты действующих лиц.

Таблица 3.11. Весовые коэффициенты действующих лиц

Тип действующего лица	Весовой коэффициент
Простое	1
Среднее	2
Сложное	3

Общее количество действующих лиц каждого типа умножается на соответствующий весовой коэффициент, затем вычисляется общий весовой показатель.

Рисунок 3.7. Диаграмма деятельности

В таблице 3.12 представим типы действующих лиц для разрабатываемой системы.

Таблица 3.12. Типы действующих лиц для разрабатываемой системы

Действующее лицо	Тип
Студент	3
Преподаватель	3

Общий весовой показатель рассчитывается по формуле:

(3.1)

Вычислим общий весовой показатель для нашего случая:

Все варианты использования также подразделяются на три типа: простые, средние и сложные в зависимости от количества транзакций в потоках событий (основных и альтернативных). В данном случае под транзакцией понимается последовательность действий, которая выполняется полностью или отменяется. Общее количество вариантов использования каждого типа умножается на соответствующий весовой коэффициент, затем вычисляется общий весовой показатель.

В таблице 3.13 представлены весовые коэффициенты вариантов использования.

Таблица 3.13.- Весовые коэффициенты вариантов использования

Тип варианта использования	Описание	Весовой коэффициент
Простой	3 или менее транзакций	5
Средний	от 4 до 7 транзакций	10
Сложный	более 7 транзакций	15

В таблице 3.14 представлена сложность вариантов использования для разрабатываемой системы.

Таблица 3.14. Сложность вариантов использования для разрабатываемой системы

Вариант использования	Тип
Ввод собственных данных	простой
Вход в систему	простой
Выполнение практических заданий, тестовой и контрольной части	сложный
Решение кроссворда	средний
Редактирование заданий для практической, тестовой и контрольной частей	сложный
Редактирование критериев	простой
Просмотр журнала	средний

Общий весовой показатель для вариантов использования путем суммирования произведений, найденных по формуле (3.1):

Общий весовой показатель вычисляется по формуле:

(3.2)

Вычислим общий весовой показатель по формуле (3.2):

Техническая сложность проекта вычисляется с учетом показателей технической сложности. Каждому показателю присваивается значение Тi, в диапазоне от 0 до 5 (0 означает отсутствие значимости показателя, 5 - высокую значимость показателя для данного проекта).

В таблице 3.15 представлены показатели технической сложности проекта.

Таблица 3.15. Показатели технической сложности проекта

Показатель	Описание	Вес
Т1	Распределенная система	2
Т2	Высокая пропускная способность	1
Т3	Работа конечных пользователей в режиме он-лайн	1
Т4	Сложная обработка данных	1
Т5	Повторное использование кода	1
Т6	Простота установки	0,5
Т7	Простота использования	0,5
Т8	Переносимость	2
Т9	Простота внесения изменений	1
Т10	Параллелизм	1
Т11	Специальные требования к безопасности	1
Т12	Непосредственный доступ к системе со стороны внешних пользователей	1
Т13	Специальные требования к обучению пользователей	1

В таблице 3.16 представлены показатели технической сложности для рассматриваемой системы.

Таблица 3.16. Показатели технической сложности для рассматриваемой системы

Показатель	Вес	Значение	Значение с учетом веса
Т1	2	3	6
Т2	1	4	4
Т3	1	5	5
Т4	1	1	1
Т5	1	0	0
Т6	0,5	4	2
Т7	0,5	4	2
Т8	2	3	6
Т9	1	4	4
Т10	1	3	3
Т11	1	4	4
Т12	1	2	2
Т13	1	1	1
?			40

Техническая сложность проекта информационной системы вычисляется по формуле:

(3.3)

Вычислим техническую сложность проекта по формуле (3.3):

TCF=1

В таблице 3.17 представлены показатели уровня квалификации разработчиков

Таблица 3.17. Показатели уровня квалификации разработчиков

Показатель	Описание	Вес
F1	Знакомство с технологией	1,5
F2	Опыт разработки приложений	0,5
F3	Опыт использования объектно - ориентированного подхода	1
F4	Наличие ведущего аналитика	0,5
F5	Мотивация	1
F6	Стабильность требований	2
F7	Частичная занятость	-1
F8	Сложные языки программирования	-1

Каждому показателю присваивается значение от 0 до 5.

Для показателей F1 - F4: 0 - отсутствие, 3 - средний уровень, 5 - высокий уровень.

Для показателя F5: 0 - отсутствие мотивации, 3 - средний уровень мотивации, 5 - высокий уровень мотивации.

Для показателя F6: 0 - высокая нестабильность требований, 3 - средняя нестабильность требований, 5 - стабильные требования.

Для показателя F7: 0 - отсутствие специалистов с частичной занятостью, 3 - средний уровень, 5 - все специалисты с частичной занятостью.

Для показателя F8: 0 - простой язык программирования, 3 - средняя сложность языка программирования, 5 - высокая сложность языка программирования.

В таблице 3.18 представлены показатели уровня квалификации разработчиков для разрабатываемой системы.

Таблица 3.18. Показатели уровня квалификации разработчиков для разрабатываемой системы.

Показатель	Вес	Значение	Значение с учетом веса
F1	1,5	3	4,5
F2	0,5	3	1,5
F3	1	3	3
F4	0,5	3	1,5
F5	1	5	5
F6	2	3	6
F7	-1	0	0
F8	-1	3	-3
?			18,5

Уровень квалификации разработчиков вычисляется по формуле:

(3.4)

EF=0,845

Окончательное значение трудоемкости рассчитывается по формуле:

(3.5)

В качестве начального значения предлагается использовать 13 человеко-часов на один UCP. Общее количество человеко-часов на весь проект рассчитывается:

При сорока часовой рабочей неделе получается 20 недель. На всякий случай для непредвиденных ситуаций можно прибавить 2 недели.

4. Разработка информационного обеспечения

4.1 Информационный анализ предметной области и выделение информационных объектов

Разработка базы данных осуществляется путем анализа предметной области и выделения информационных объектов. Весь процесс завершается построением логической модели БД. Основными источниками информации служат входные документы [7].

При построении модели должна быть проведена нормализация. Чаще всего используется третья нормальная форма, которая сводит к минимуму количество избыточных данных, при этом сохраняя их целостность, её достаточно для определения структуры создаваемой БД [14].

Информационный объект отражает некоторую сущность, о которой в базе данных должна быть представлена информация. Он определяется рядом количественных и качественных характеристик называемых реквизитами [7].

Установим функциональную зависимость реквизитов и выделим информационные объекты.

Функциональная зависимость реквизитов представлена в таблице 4.1.

Таблица 4.1. Функциональная зависимость реквизитов

Документ	Наименование реквизита	Имя реквизита	Функциональная зависимость
Студенты	Номер_зачетной_книжки Фамилия Имя Отчество Домашний_адрес Телефон Логин Пароль	NUM_ZK SEC_N FIR_N TH_N D_ADR PHN LOGIN PASSW
Журнал успеваемости	Номер_записи Номер_зачетной книжки Код_темы_работы Код_типа Код_оценки	NUM_ZP NUM_ZK ID_TMW ID_TPW ID_MARK
Оценки	Код_оценки ОТ_(нижн_граница_интервала_в%) ДО_(верх_граница_интервала_в%) Оценка	ID_MARK FROM_INT TO_INT MARK
Темы работ	Код_темы_работы Наименование_темы	ID_TMW NAM_TH
Типы работ	Код_типа Наименование_типа	ID_TPW NAM_TIPE

Соответствие описательных и ключевых реквизитов представлено в таблице 4.2.

Таблица 4.2. Соответствие описательных и ключевых реквизитов

Описательные реквизиты	Ключевые реквизиты	Вид ключа	Имя ИО, включающего реквизит
Документ «Студенты»
SEC_N FIR_N TH_N D_ADR PHN LOGIN PASSW	NUM_ZK NUM_ZK NUM_ZK NUM_ZK NUM_ZK NUM_ZK NUM_ZK	Простой, универсальный (П., У) П., У П., У П., У П., У П., У П., У	Студенты Студенты Студенты Студенты Студенты Студенты Студенты
Документ «Журнал успеваемости»
NUM_ZK ID_TMW ID_TPW ID_MARK	NUM_ZP NUM_ZP NUM_ZP NUM_ZP	П., У П., У П., У П., У	Журнал Темы Типы Оценка
Документ «Оценки»
FROM_INT TO_INT MARK	ID_MARK ID_MARK ID_MARK	П., У П., У П., У	Оценка Оценка Оценка
Документ «Темы работ»
NAM_TH	ID_TMW	П., У	Темы
Документ «Типы работ»
NAM_TIPE	ID_TPW	П., У	Типы

В таблице 4.3 представлена группировка реквизитов. Также были проанализированы реальные отношения и функциональные связи между информационными объектами. Связи между информационными объектами приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.3. Группировка реквизитов

Реквизиты ИО	Признак ключа	Имя ИО	Семантика ИО
Документ «Студенты»
NUM_ZK SEC_N FIR_N TH_N D_ADR PHN LOGIN PASSW	П., У П., У П., У П., У П., У П., У П., У П., У	Студент	Информация о студентах, изучающих курс
Документ «Журнал успеваемости»
NUM_ZP NUM_ZK ID_TMW ID_TPW ID_MARK	П., У П., У П., У П., У П., У	Журнал	Данные результатов проделанных студентами работ
Документ «Оценки»
ID_MARK FROM_INT TO_INT MARK	П., У П., У П., У П., У	Оценка	Сведения о критериях, по которым выставляется балл
Документ «Темы работ»
ID_TMW NAM_TH	П., У П., У	Темы	Информация о темах, представленных в курсе
Документ «Типы работ»
ID_TPW NAM_TIPE	П., У П., У	Типы	Информация обо всех существующих в данной системе типах работ

Были проанализированы реальные отношения и функциональные связи между информационными объектами. Связи между информационными объектами приведены в таблице 4.4.

Таблица 4.4. Связи информационных объектов

Номер связи отношений	Главный ИО	Подчиненный ИО	Тип реального отношения
1 2 3 4	Студент Типы Темы Оценка	Журнал Журнал Журнал Журнал	1:М 1:М 1:М 1:М

4.2 Построение логической модели данных

Логическая модель данных является визуальным графическим представлением структуры данных. Требования к данным и необходимым документам учитываются при разработке и формировании логической модели. Построение модели данных предполагает определение сущностей и атрибутов, т.е. необходимо определить какая информация будет храниться в каждом из них. Логическая модель данных имеет три уровня, построим каждый из них.