Разработка компьютерного практикума по информатике

В данном пункте представлены: модель «сущность-связь», модель, основанная на ключах, а также полная атрибутивная модель.

Модель «сущность-связь» представляет собой модель данных верхнего уровня и включает сущности и взаимосвязи, отражающие основные отношения их в предметной области. Такая диаграмма не слишком детализирована, она может включать связи многие-ко-многим и не включать описание ключей. Модель «сущность-связь» представлена на рисунке 4.1.



Рисунок 4.1. Модель «сущность-связь»

Модель данных, основанная на ключах, является более подробным представлением данных. Она описывает все сущности и первичные ключи и предназначена для представления структуры данных, которые должны соответствовать предметной области.

На рисунке 4.2 представлена модель, основанная на ключах.

И полная атрибутивная модель наиболее детальное представление структуры данных по сравнению с другими уровнями, т.к. она представляет данные в третьей нормальной форме и включает все сущности, атрибуты и связи между всеми сущностями.

Полная атрибутивная модель представлена на рисунке 4.3.

Рисунок 4.2. Модель, основанная на ключах



Рисунок 4.3. Полная атрибутивная модель

4.3 Описание таблиц базы данных

В пункте описываются таблицы, имеющиеся в базе данных, а также представляется физическая модель данных.

Физическая модель данных описывает данные реляционной СУБД. В данном случае отношения, разработанные на стадии формирования логической модели данных, преобразуются в таблицы, атрибуты становятся столбцами таблиц, для ключевых атрибутов создаются уникальные индексы.

Описание структуры реляционных таблиц представлено в таблице 4.5.

Физическая модель данных представлена на рисунке 4.4

Таблица 4.5. Описание таблиц БД

Атрибут	Признак ключа	Формат поля
Обозначение	Наименование		Тип	Длина	Точность
«Студенты»
NUM_ZK	Номер_зачетной книжки	П., У.	Числовой	18	-
SEC_N	Фамилия		Текстовой	35
FIR_N	Имя		Текстовой	35
TH_N	Отчество		Текстовой	35
D_ADR	Домашний_адрес		Текстовой	255
PHN	Телефон		Текстовой	18
LOGIN	Логин		Текстовой	35
PASSW	Пароль		Текстовой	35
«Журнал успеваемости»
NUM_ZP	Номер_записи	П., У.	Числовой	18	-
NUM_ZK	Номер_зачетной книжки		Числовой	18
ID_TMW	Код_темы_работы		Числовой	18
ID_TPW	Код_типа		Числовой	18
ID_MARK	Код_оценки		Числовой	18
«Оценки»
ID_MARK	Код_оценки	П., У.	Числовой	18	-
FROM_INT	ОТ_(нижн_граница_интервала_в%)		Числовой	3
TO_INT	ДО_(верх_граница_интервала_в%)		Числовой	3
MARK	Оценка		Числовой	1
«Темы работ»
ID_TMW	Код_темы_работы	П., У.	Числовой	18	-
NAM_TH	Наименование темы		Текстовой	100
«Типы работ»
ID_TPW	Код_типа	П., У.	Числовой	18	-
NAM_TIPE	Наименование_типа		Текстовой	100

Рисунок 4.4. Физическая модель данных

4.4 Содержание компьютерного практикума по информатике

Содержание самого компьютерного практикум состоит из трех тем: системы счисления, представление информации, измерение информации (рисунок 4.5).

Рисунок 4.5. Семантические отношения тем курса

В представленном курсе будет проходить обучение по данным темам и будет проверяться степень усвоения материала.

Для практикума приготовлены три основные части: практическая, тестовая и контрольная.

Но прежде всего, предусмотрено изучение теоретического материала, после которого студент переходит к решениям.

Практическая часть состоит из нескольких разделов в зависимости от выбранной темы. Например, для темы «системы счисления» включены такие разделы как: перевод из шестнадцатеричной в десятичную систему и наоборот, из восьмеричной в двоичную и наоборот, а также переводы из двоичной, десятичной в другие системы и наоборот. Задания представляют собой открытые вопросы.

Вторая часть включает в себя тестирование. Здесь разработаны задания в целом по теме и объединяют разделы из практики. В части имеются пять вариантов, для решения выбирается лишь один. Приступить к этой части можно только, если студент выполнил правильно определенный процент практических заданий. Вопросы не являются однотипными, есть такие как: выбор правильного варианта ответа, открытые задания и вопросы из категории «сопоставление».

Третья часть включает в себя один вариант контрольной работы. Допуск к ней осуществляется после решения теста. Как правило, нужно набрать не меньше трех баллов. Эта часть выявляет степень усвоения студентами материала. Заключительной частью является кроссворд, потому как объединяет в себя все три темы. Поэтому без изучения материала по темам и без выполнения контрольной части к нему приступить нельзя.

Одно из требований, которые предъявляются к заданиям в практикуме, это соответствие их теоретическому материалу курса. Преподаватель разрабатывает задания для всех тем, проверяет, совпадают ли они с материалами, представленными для изучения в практикуме, и заносит их. Алгоритм заполнения практикума заданиями представлен на рисунке 4.6.

Рисунок 4.6. Алгоритм заполнения практикума заданиями

Порядок действий студента при работе с программой можно увидеть на диаграмме деятельности, представленной на рисунке 3.7 в разделе 3.

Примеры некоторых вопросов по темам представлены в таблицах 4.6 - 4.9.

Таблица 4.6. Вопросы по теме «Представление информации»

Практическая работа по теме «Представление информации»
№ п/п	Вопрос	Ответ
1	Данные числа записаны в римской системе MMMD, IV, XIX, MCMXCVII, переведите их в арабскую. Ответ введите через запятую.	3500, 4, 19, 1997
2	Каково минимальное основание системы, если в ней могут быть записаны числа: 201, 21, 1201, 10?	3
3	Каково минимальное основание системы, если в ней могут быть записаны числа: 506, 666, 125, 403?	7
4	В саду 100 деревьев - 14 яблонь, 42 груши. В какой системе счисления посчитаны деревья?	6
5	«Шифр перестановки». В данном случае кодирование осуществляется перестановкой букв в слове по одному и тому же общему правилу. Угадайте правило и восстановите слова: ЛБКО, ЕРАВШН, УМЫЗАК, АШНРРИ, РКДЕТИ. Введите ответ через запятую.	БЛОК, РЕВАНШ, МУЗЫКА, ШАРНИР, КРЕДИТ
6	Какому из представленных ниже слов соответствует код Х0:$=+0=? Орнамент, доминион, рифление, строение, смекалка	рифление
7	Правило кодирования: после каждой после согласной ставится Т, а после гласной - А. Теперь попробуйте расшифровать слова: иантфтоартмт-ааттиактаа, птртиантттеарт.	Информация, принтер
8	Если в корзине лежат 8 черных шаров и 24 белых, то сколько информации несет сообщение о том, что достали черный шар?	2 бита
9	В корзине лежат черные и белые шары. Известно, что среди них 18 черных. Из корзины достали белый шар, сообщение об этом несет 2 бита. Сколько всего в корзине шаров?	24
10	Автобусы с разными номерами подошли к остановке. В сообщении о том, что подошел автобус с номером N1 4 бита информации. Вероятность появления автобуса с номером N2 в 2 раза меньше, чем автобуса с номером N1. Сколько информации несет сообщение о появлении автобуса с номером N2.	5 бит
Тест по теме «Представление информации»
1	В крупном морском порту имеется 20 терминалов. Сколько бит информации потребуется, чтобы закодировать номера всех этих терминалов?	5
2	Набор символов для представления информации	Код
3	Верно ли утверждение, что один бит информации это количество информации, снижающее неопределенность в два раза. В ответе укажите «да» или «нет».	Да
4	Изображение из пикселей?	Растровое
5	Стандарт кодирования символов, представляющий знаки почти всех письменных языков	Юникод
6	Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц).	187,5 Кбайт
7	Что относиться к числовому виду информации? Выберите правильный вариант ответа. 1) Пример из математической задачи 2) Новостной репортаж 3) Статья в газете 4) Иллюстрация в журнале	1) Пример из математической задачи
8	Что относиться к звуковому виду информации? Выберите правильный вариант ответа. 1) Таблица умножения 2) Объявление в журнале 3) СМС-сообщение 4) Голосовое сообщение	4) Голосовое сообщение
9	Что относиться к текстовому виду информации? Выберите правильный вариант ответа. 1) Музыкальное произведение 2) Фото 3) Ф.И.О. на водительских удостоверениях 4) Таблица	3) Ф.И.О. на водительских удостоверениях
10	Что относиться к графическому виду информации? Выберите правильный вариант ответа. 1) Таблица умножения 2) Статья в газете 3) Опера 4) Иллюстрация в учебнике	4) Иллюстрация в учебнике
Контрольная работа по теме «Представление информации»
1	Черно-белое растровое графическое изображение имеет размер 10 на 10 точек. Какой объем памяти займет это изображение?	100 бит
2	Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 2 мин при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 битов. Ответ дайте в Мбайтах.	10,33
3	Найти необходимый объем видеопамяти при режиме экрана 640*480 если глубина цвета: 1) 4 бита 2) 16 бит 3) 24 бита Ответ дайте в килобайтах.	150, 600, 1200
4	Какое количество информации несет сообщение о том, что человек живет в первом или втором подъезде, если в доме 16 подъездов?	4 бита
5	Два текста содержат одинаковое количество символов. Первый текст записан на русском языке, а второй на языке племени нагури, алфавит которого состоит из 16 символов. Чей текст несет большее количество информации и во сколько раз?	Русский, 5/4
6	Известно, что видеопамять компьютера имеет объем 512 Кбайт. Разрешающая способность экрана 640 на 200. Сколько страниц экрана одновременно разместится в видеопамяти при палитре а) из 8 цветов; б) 16 цветов; в) 256 цветов?	10, 8, 4
7	Определить количество уровней звукового сигнала при использовании устаревших 8 - битных звуковых карт.	256

Таблица 4.7. Вопросы по теме «Измерение информации»

Практическая работа по теме «Измерение информации»
№ п/п	Вопрос	Ответ
1	В алфавите племени Мульти 8 букв, выясните какое количество информации несет одна буква этого алфавита?	3 бита
2	Вычислите, сколько килобайтов составляет сообщение, содержащее в битах 12288.	1,5 Кбайта
3	Сколько килобит составит сообщение из 384 символов 16-ти символьного алфавита?	1.5 Кбит
4	В сообщении, записанном буквами из 64-х символьного алфавита, содержится 20 символов. Укажите, какой объем информации оно несет?	120 бит
5	Племя Мульти имеет 32-х символьный алфавит, а племя Пульти использует 64-х симв-ный. Их вожди племен обменялись письмами. Первое письмо племени Мульти содержало 60 символов, а письмо племени Пульти - 70. Назовите племя, чье сообщение несет больший объем информации.	Племя Пульти
6	Какое количество информации несет сообщение о том, что встреча назначена на 23 октября в 15.00?	13,1
7	В коробке лежат 7 цветных карандашей. Какое количество информации содержит сообщение, что из коробки достали красный карандаш?	3 бита
8	«Вы выходите на следующей остановке?» - спросили человека в автобусе. «НЕТ», - ответил он. Сколько информации содержит ответ?	1 бит
9	Какой объем информации содержит сообщение, уменьшающее неопределенность знаний в 4 раза?	2 бита
10	Вы подошли к светофору, когда горел желтый свет. После этого загорелся зеленый. Какое количество информации вы при этом получили?	1 бит
Тест по теме «Измерение информации»
1	Наименьшее количество информации	бит
2	Информационный объем одного символа некоторого сообщения равен 6 битам. Сколько символов входит в алфавит, с помощью которого было составлено это сообщение?	64
3	Для записи текста использовался 256-символьный алфавит. Каждая страница содержит 30 строк по 70 символов в строке. Какой объем информации содержат 5 страниц текста?	10 Кбайт
4	Даны формулы для определения количества информации в алфавитном подходе N=2, I=K*i i где А) i Б) N В) K Г) I 1) мощность алфавита 2) информационный вес символа, бит 3) информационный объем текста 4) количество символов в тексте	2, 1, 4, 3
5	Объем сообщения, содержащего 2048 символов, составил 1/512 часть мегабайта. Каков размер алфавита, с помощью которого записано сообщение?	256
6	Каждый символ алфавита записывается с помощью 4 цифр двоичного кода. Сколько символов в этом алфавите?	16
7	Получено сообщение, информационный объем которого равен 32 битам. Чему равен этот объем в байтах? Выберите правильный вариант ответа. 1) 3 2) 4 3) 6 4) 8	2) 4
8	Сколько мегабайт информации содержит сообщение объемом 223бит? Выберите правильный вариант ответа. 1) 1 Мбайта 2) 2 Мбайта 3) 3 Мбайта 4) 4 Мбайта	1) 1 Мбайта
9	Один символ алфавита «весит» 4 бита. Сколько символов в этом алфавите? Выберите правильный вариант ответа. 1) 6 2) 8 3) 16 4) 32	3) 16
10	Сколько символов содержит сообщение, записанное с помощью 16-символьного алфавита, если его объем составил 1/16 часть мегабайта? Выберите правильный вариант ответа. 1) 131072 2) 150700 3) 1024 4) 64	1) 131072
Контрольная работа по теме «Измерение информации»
1	Сколько бит информации несёт сообщение о том, что из колоды в 32 карты достали «даму пик»?	5 бит
2	Первое письмо состоит из 50 символов 32-символьного алфавита, а второе - из 40 символов 64 - симв-го алфавита. Сравните объемы информации в двух письмах. В ответе запишите, каков объем информации в первом письме, втором и их разницу	250, 240, 10
3	Сколько символов содержит сообщение, записанное с помощью 16-символьного алфавита, если его объём составил 1/16 часть мегабайта?	131 072 символа.
4	Перевести 82 500 123 бита в а) байты, б) Кб, в) Мб. В ответе запишите числа с точностью до четырех знаков после запятой.	10070, 8158 9,8348
5	Найти неизвестные x и y, если верны соотношения Мбайт = 8 бит и Кбайт = Мбайт	-5, 5
6	Ученик за контрольную работу может получить одну из четырех оценок (2,3,4 или 5). Какое количество информации получил Петя, узнав, что написал работу на четыре? Ответ дайте в байтах	2 байта
7	Верно ли утверждение: неопределенность знаний о некотором событии - это количество возможных результатов события. В ответе укажите «да» или «нет».	да

Таблица 4.8. Вопросы по теме «Системы счисления»

Практическая работа по теме «Системы счисления»
№ п/п	Вопрос	Ответ
1	Переведите число из 10-ной 111 в 16-ную систему	7
2	Переведите число 0,01000 в 16-ную систему с точностью до одного знаков после запятой	0,4
3	Переведите число из 16-ной 13B5 в десятичную систему	5045
4	Переведите число из 16-ной 4D, 5A в десятичную систему с точностью до двух знаков после запятой	77,35
5	Переведите десятичное число 15216 в двоично-десятичную систему	1101101110
6	Переведите число из двоично-десятичной системе 110101,0011 в десятичную систему	65,14
7	Переведите число 532,76 в двоичную систему с точностью до шести знаков после запятой	101011010,11111
8	Переведите число 63 из десятичной в восьмеричную систему	77
9	Переведите число 9,478 в восьмеричную систему с точностью до трех знаков после запятой	11,364
10	Переведите число B7 из 16-ной в 8-ную систему	267
Тест по теме «Системы счисления»
1	Переведите из десятичной системы в шестнадцатеричную число 3251	CB3
2	Переведите из двоично-десятичной системы в десятичную число 11101,1001	35.44
3	Переведите из шестнадцатеричной системы в восьмеричную число 15F	537
4	Переведите из восьмеричной системы в двоичную число 76	111110
5	Переведите из десятичной системы в двоично-десятичную число 50,5	101 0000.0101
6	Переведите из десятичной системы в шестнадцатеричную число 160	A0
7	Сколько единиц в двоичной записи десятичного числа 125? Выберите правильный вариант ответа. 1) 2 2) 4 3) 6 4) 8	3) 6
8	A=А7 (16), B=251 (8).Какое из чисел C, записанных в двоичной системе, отвечает условию A<C<B? Выберите правильный вариант ответа. 1) 10101100 2) 10101010 3) 10101011 4) 10101000	4) 10101000
9	А=9D(16), B=237 (8). Какое из чисел C, записанных в двоичной системе, отвечает условию A<C<B? Выберите правильный вариант ответа. 1) 10011010 2) 10011110 3) 10011111 4) 11011110	2) 10011110
10	В системе счисления с некоторым основанием десятичное число 49 записывается в виде 100. Укажите это основание. Выберите правильный вариант ответа. 1) 5 2) 6 3) 7 4) 8	3) 7
Контрольная работа по теме «Системы счисления»
1	Переведите числа в десятичную систему счисления: 1) 1100101 (2); 2) 274 (8); 3) 15А(16)	101, 188, 346
2	Переведите целое десятичное число 124 в а) в двоичную; б) в восьмеричную; в) в 16-ную.	1111100, 174, 7C
3	Переведите двоичное число 1101001111011 в а) восьмеричную систему счисления; б) шестнадцатеричную систему счисления.	15173, 1A7B
4	Переведите число 327 (8) по схеме N8 => N2 => N16.	11010111, D7
5	Переведите число 2D8 (16) по схеме N16 => N2 => N8.	1011011000, 1330
6	Переведите десятичную дробь 0,519 в шестнадцатеричную систему счисления (ответ записать с тремя цифрами после запятой).	0.84D
7	Выполните сложение: 625 (8)+B9C(16)=? (16).	D31

Таблица 4.9. Кроссворд по теме «Информатика»

№ п/п	Вопрос	Ответ
По вертикали
1	Какая система счисления представляет собой набор из 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9?	Десятая
2	Процесс преобразования символов или групп символов одного кода в удобную форму для машинной обработки?	Кодирование
3	Способ записи чисел, совокупность методов обозначения чисел - система…?	Счисления
4	При представлении какого вида информации используется цифры и знаки для написания математических операции?	Числовая
5	Порядковый номер байта.	Адрес
6	Устная или в виде записи и передачи языка с помощью аудио. Какой это вид информации?	Звуковая
7	Количество цифр в алфавите систем означает…?	Основание
8	Множество символов, используемых для записи чисел?	Алфавит
9	… информации - это воспроизведение (преподнесение, презентация) информации в любом виде, в том числе на материальном носителе. Что должно стоять на месте пропуска?	Представление
10	Двоичные разряды в ячейке нумеруются от 0 до k справа налево. Старший k-й разряд называется…?	Знаковый
По горизонтали
1	Полное число символов алфавита.	Мощность
2	Если используются только знаки это какая информация по способу представления?	Текстовая
3	Система для которой не важна позиция знака.	Непозиционная
4	Единица измерения количества информации.	Бит
5	Элемент любой системы счисления.	Символ
6	Универсальная система UNICODE основана на … - разрядном кодировании символов.	Шестнадцать
7	Система, в которой от того, на каком месте в записи числа стоит цифра, зависит та величина, которую она обозначает.	Позиционная
8	Какое свойство информации отражает истинное положение дел?	Достоверность
9	Физический процесс, который можно описать математической формулой.	Сигнал
10	Какое свойство показывает, что информация достаточна для понимания задачи и принятия решения?	Полнота
11	Какая цифра должна стоять на месте пропуска в записи 100111 (2)=3. (10)?	Девять
12	Процесс, в результате которого получается новая информация?	Обработка
13	Устройство для визуального представления данных.	Монитор

5. Разработка программного обеспечения

5.1 Алгоритм решения задачи

Разработка компьютерного практикума предполагает автоматизацию процесса обучения и проверки знаний студентов. Для наглядного понимания, из каких модулей и блоков будет состоять создаваемое ПО представим структурную схему практикума на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1. Структурная схема компьютерного практикума

Данная схема показывает, что программа состоит из двух основных модулей, базы данных и пяти блоков: обучения, проверки знаний, авторизации, ввода и редактирования заданий, результатов выполнения работ.

Сначала происходит авторизация пользователей, после этого модули работы становятся доступны, вошедшим в систему студенту и преподавателю.

В блоке обучения работает студент, он решает тесты и практические задания. В блоке проверки знаний осуществляется контроль над успеваемостью студентов с помощью контрольных работ и кроссворда. Результаты обучения и проверок заносятся в БД.

Блок редактирования доступен для преподавателя, он осуществляет ввод, изменяет задания компьютерного практикума. Блок результатов позволяет преподавателю просматривать баллы, которые были выставлены студентам за выполненные работы.

Так как использовать программу будут разные категории пользователей, необходимо разграничить интерфейс и функции.

На рисунке 5.2 представлен алгоритм работы системы.

Для студентов после авторизации доступны несколько функции. Первая это пройти обучение. Для этого он выбирает одну из частей практическую или, если это тест, то вариант теста и решает. Вторая - пройти проверку знаний. Для этого студент выбирает тему контрольной работы для решения, если контрольные уже были решены, он может перейти к решению кроссворда. Учащийся может просмотреть результаты выполнения своих работ.

Преподаватель, в свою очередь, после авторизации может выбрать одну из предложенных функции:

добавить новые, удалить или отредактировать, имеющиеся вопросы и ответы, при этом осуществляется выбор темы, части;

откорректировать критерии оценивания;

просмотреть результаты успеваемости студентов, при этом откроется журнал, где ведутся все записи о результатах выполнения заданий, в журнале также можно увидеть весь список студентов.

Работы, которые выполняют студенты, система проверяет автоматически. В практической части такая проверка осуществляется после каждого задания. Алгоритм проверки практических работ представлен на рисунке 5.3.

При проверке вводится ответ и, если он не совпадает с правильным, система отсылает студента назад к решению. В случае если ответ верен, система загружает следующий вопрос.

Если на все вопросы, которые имеются в системе, был дан правильный ответ, тестирование в данной части заканчивается и результат обрабатывается. Студенту сообщаются набранные баллы за выполнение им заданий практической части.

Рисунок 5.2. Алгоритм работы системы



Рисунок 5.3. Алгоритм проверки практических работ

5.2 Тестирование и оценка надежности программного средства

Структурное тестирование

Структурное тестирование или тестирование «белого ящика» проводиться, когда известна внутренняя структура программы, при этом исследуются внутренние элементы программы и связи между этими элементами. В данном случае проверяется корректность построения всех элементов программы и правильность их взаимодействия. Если проведено исчерпывающее тестирование маршрутов (путей) ее графа управления, то программа считается полностью проверенной. При данном тестировании применяется несколько методов: тестирование «базового пути», цикла и условий [9].

Проведем тестирование «базового пути», при котором строится потоковый граф, рассчитывается цикломатическая сложность и выделяются независимые маршруты. Тестирование будет проходить на примере процедуры, которая проверяет правильность решения кроссворда. Ниже представлена часть программного кода.

procedure TForm2. Button1Click (Sender: TObject);

var k1, k2, k3, k4, k5, k6, k7, k8, k9, k10, k11, k12, k13, k14, k15, k16, k17, k18, k19, k20, k21, k22,

k23:integer;

begin

// 1 вопрос

if (e1. Text='д') and (e2. Text='е') and (e3. Text='с') and (e4. Text='я') and (e5. Text='т')

and (e6. Text='а') and (e7. Text='я')

3 then begin k1:=1; e1. Color:=clAqua; e1. Color:=clAqua; e2. Color:=clAqua; e3. Color:=

clAqua; e4. Color:=clAqua; e5. Color:=clAqua; e6. Color:=clAqua; e7. Color:=clAqua; end

4 else begin e1.clear; e2.clear; e4.clear; e6.clear; end;

// 2 вопрос

5 if (e13. Text='м') and (e12. Text='о') and (e11. Text='щ') and (e9. Text='н') and (e10. Text='о') and (e3. Text='с') and (e8. Text='т') and (e14. Text='ь')

6 then begin k11:=1; e13. Color:=clAqua; e12. Color:=clAqua; e11. Color:=clAqua; e10. Color:=clAqua; e9. Color:=clAqua; e8. Color:=clAqua; e3. Color:=clAqua; e14. Color:=cAqua; end

7 else begin e13.clear; e12.clear; e11.clear; e14.clear; e9.clear; e10.clear; e8.clear; end;

 // 3 вопрос

8 if (e15. Text='т') and (e16. Text='е') and (e17. Text='к') and (e18. Text='с') and (e5. Text='т') and (e22. Text='о') and (e21. Text='в') and (e20. Text='а') and (e19. Text='я')

9 then begin k12:=1; e15. Color:=clAqua; e16. Color:=clAqua; e17. Color:=clAqua; e18. Color:=clAqua; e5. Color:=clAqua; e22. Color:=clAqua; e21. Color:=clAqua; e20. Color:=clAqua; e19. Color:=clAqua; end

10 else begin e15.clear; e16.clear; e17.clear; e18.clear; e20.clear; e19.clear; e22.clear; e21.clear; end;

 // 5 вопрос

11 if (e26. Text='н') and (e23. Text='е') and (e25. Text='п') and (e27. Text='о') and (e28. Text='з') and (e29. Text='и') and (e30. Text='ц') and (e31. Text='и') and (e32. Text='о') and (e33. Text='н') and (e34. Text='н') and (e35. Text='а') and (e7. Text='я')

12 then begin k14:=1; e23. Color:=clAqua; e25. Color:=clAqua; e26. Color:=clAqua; e28. Color:=clAqua; e29. Color:=clAqua; e30. Color:=clAqua; e31. Color:=clAqua; e32. Color:=clAqua; e33. Color:=clAqua; e34. Color:=clAqua; e35. Color:=clAqua;

e27. Color:=clAqua; e7. Color:=clAqua; end

13 else begin e23.clear; e25.clear; e26.clear; e28.clear; e29.clear; e30.clear; e31.clear; e32.clear; e33.clear; e34.clear; e35.clear; end;

 // перекрестные ячейки

 //e3

14 if ((e3. Text='с') and (k1=1)) or

15 ((k11=1) and (e3. Text='с'))

16 then e3. Color:= clAqua

17 else e3.clear;

 //e5

18 if ((e5. Text='т') and (k1=1)) or

19 ((e5. Text='т') and (k12=1))

20 then e5. Color:= clAqua

21 else e5.clear;

22 end

По представленному коду построим потоковый граф. Он представлен на рисунке 5.4.

Далее следует рассчитать цикломатическую сложность, которая обеспечивает количественную оценку логической сложности программного средства. Она вычисляется тремя способами:

1) цикломатическая сложность равна количеству регионов потокового графа: V(G)=R=9;

2) цикломатическая сложность вычисляется по формуле:

V(G)=E-N+2,

где E - количество дуг графа, N - количество узлов графа.

Тогда V(G)=E-N+2=29-22+2=9;

3) цикломатическая сложность вычисляется по формуле: V(G)=р+1, где р - количество предикатных узлов потокового графа:

V(G)=8+1=9;

Теперь составим независимые маршруты:

Путь 1: 1-2-3-5-6-8-9-11-12-14-16-18-20-22;

Путь 2: 1-2-4-5-7-8-10-11-13-14-15-17-18-19-21-22;

Путь 3: 1-2-3-5-6-8-10-11-13-14-16-18-20-22;

Путь 4: 1-2-3-5-7-8-9-11-13-14-16-18-19-20-22;

Путь 5: 1-2-3-7-10-12-14-13-14-16-18-19-20-22;

Путь 6: 1-2-4-5-6-8-9-11-13-14-15-16-18-19-20-22;

Путь 7: 1-2-4-5-6-8-10-11-12-14-15-16-18-19-21-22;

Путь 8: 1-2-4-5-7-8-9-11-12-14-15-17-18-19-20-22;

Путь 9: 1-2-3-5-6-8-9-11-13-14-16-18-20-22;

Тестовые варианты:

ТВ 1 для пути 1:

Исходные данные: верные ответы на вопросы под номерами 1,2,3,5.

Ожидаемый результат: ячейки e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7, e13, e12, e11, e10, e9, e8, e3, e14, e15, e16, e17, e18, e5, e22, e21, e20, e19, e23, e25, e26, e28, e29, e30, e31, e32, e33, e34, e35, e27, e7 окрашены в цвет clAqua;



Рисунок 5.4. Потоковый граф

ТВ 2 для пути 2:

Исходные данные: неверные ответы на вопросы под номерами 1,2,3,5.

Ожидаемый результат: ячейки e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7, e13, e12, e11, e10, e9, e8, e14, e15, e16, e17, e18, e22, e21, e20, e19, e23, e25, e26, e28, e29, e30, e31, e32, e33, e34, e35, e27 - очищены.

ТВ 3 для пути 3:

Исходные данные: верны ответы 1 и 2, неверны 3 и 5.

Ожидаемый результат: ячейки e1, e2, e3, e4, e5, e6, e7, e13, e12, e11, e10, e9, e8, e14 окрашены, e15, e16, e17, e18, e22, e21, e20, e19, e23, e25, e26, e28, e29, e30, e31, e32, e33, e34, e35, e27 - очищены.

ТВ 4 для пути 4:

Исходные данные: верны ответы 1 и 3, неверны 2 и 5.

Ожидаемый результат: ячейки с e1 по e7, с e15 по e22 - окрашены, с e8 по e14, с e23 по e35 - очищены.

ТВ 5 для пути 5:

Исходные данные: верны ответы 1 и 5, неверны 3 и 2.

Ожидаемый результат: ячейки с e1по e7, с e23 по e35 - окрашены, с e15 по e22, e8 - e14 - очищены.

ТВ 6 для пути 6:

Исходные данные: верны ответы 3 и 2, неверны 1 и 5.

Ожидаемый результат: ячейки с e8 по e14, с e15 по e22 - окрашены, с e23 по e35, с e1 по e7 - очищены.

ТВ 7 для пути 7:

Исходные данные: верны ответы 5 и 2, неверны 3 и 1.

Ожидаемый результат: ячейки с e23 по e35, с e8 по e14 - окрашены, с e15 по e22, с e1 по e7 - очищены.

ТВ 8 для пути 8:

Исходные данные: верны ответы 3 и 5, неверны 2 и 1.

Ожидаемый результат: ячейки с e23 по e35, с e15 по e22 - окрашены, с e8 по e14, с e1 по e7 - очищены.

ТВ 9 для пути 9:

Исходные данные: верны ответы 1, 2, 3, неверен 5.

Ожидаемый результат: ячейки с е1 по e22 - окрашены, с е23 по e35 - очищены.

Функциональное тестирование

Тестирование «черного ящика» (функциональное тестирование) заключается в том, что известны функции программы и исследуется работа каждой функции на всей области определения.

Тесты чёрного ящика используются в интерфейсе ПО. При тестировании рассматриваются системные характеристики программ и игнорируется их внутренняя логическая структура.

Тестирование при помощи чёрного ящика применяют на поздних стадиях тестирования, и осуществляться может с помощью нескольких методов: метод эквивалентных разбиений, анализ граничных условий и анализ причинно-следственных связей [9, 13].

В данном случае будет применяться метод эквивалентного разбиения. При использовании этого метода выделяются классы эквивалентности, и для каждого из классов разрабатывается один тестовый вариант. Разработка тестов методом эквивалентного разбиения осуществляется в два этапа:

1) выделение правильных и неправильных классов эквивалентности;

2) построение тестовых наборов для классов.

Классы эквивалентности представлены в таблице 5.1.

Таблица 5.1. Классы эквивалентности

Показатель	Правильный класс эквивалентности	Неправильный класс эквивалентности
Тип данных ввода	Только символы русского алфавита	Любые другие символы и цифры
Количество вводимых данных в одну ячейку	Одна буква	Больше одной буквы

Теперь для классов эквивалентности разработаем тестовые наборы. Тестовые наборы представлены в таблице 5.2.

Таблица 5.2. Тестовые наборы

Показатель	Входные данные для тестирования	Предполагаемый результат результат результат	Результат тестирования
Тип данных ввода	Ввод слова «мощность»	Правильный ответ, ячейки окрасились в цвет	+
Тип данных ввода	Ввод «kolffo@%»	Ошибка, неверный ответ, ячейки очищены	+
Количество вводимых данных в одну ячейку	Записываем только один символ в ячейку	Слово верное - ячейки закрашены, неверно-очищены, введен только один символ из всего слова или неверен ответ - ячейки очищены	+
Количество вводимых данных в одну ячейку	Запись более одного символа в ячейку	Ошибка, нет возможности поместить в ячейку больше одного символа	+

Оценка надежности программного средства

Оценка надежности будет осуществляться с помощью модели Коркорэна.

В данной модели не используются параметры времени тестирования, а учитываются только результат N испытаний, в которых выявляются N_i ошибок i-го типа.

В данной модели используются вероятности отказов для разного типа ошибок [13]. Вероятность появления ошибок i-го типа в программном средстве представлена в таблице 5.3

Таблица 5.3. Ошибки программ по категориям и вероятность их появления

Тип ошибки	Вероятность появления ошибки
Ошибки вычислений	0,09
Логические ошибки	0,26
Ошибки ввода-вывода	0,16
Манипулирования данными	0,18
Ошибки сопряжения	0,17
Ошибки определения данных	0,08
Ошибки в БД	0,06

По модели оценивается вероятность безотказного выполнения программы на момент оценки, которая находится по формуле:

где N₀ - число безотказных выполнений программы, N - общее число прогонов, k - известное число типов ошибок;

;

где - вероятность выявления ошибки i-го типа при тестировании;

Тип выявленных ошибок, их количество и вероятность представлены в таблице 5.4.

Таблица 5.4. Найденные ошибки в программе

Тип ошибок	Количество ошибок	Вероятность появления ошибки
Ошибки ввода-вывода	1	0,16
Ошибки вычисления	1	0,09

Определим вероятность безотказной работы:

R

5.3 Реализация структуры интерфейса

При разработке важно учитывать, что интерфейс для пользователя очень важен, через него он вводит свои данные и использует все доступные функции. Сам интерфейс включает в себя процессы ввода - вывода и диалоги. Первый процесс помогает вводить и выводить данные, а второй, процесс диалога, осуществляет обмен информации между системой и человеком, использующим его.

Меню самый распространенный и удобный тип интерфейса. Пользователю сразу предоставляется все возможные на текущий момент пользования команды. Он просто выбирает один из пунктов меню

Интерфейсы типа меню облегчают взаимодействие пользователя с ПК, поскольку снимают с пользователя необходимость заранее изучать язык общения с системой. На каждом шаге диалога пользователю предъявляются все возможные в данный момент команды в виде наборов пунктов меню, из которого пользователь должен выбрать нужный.

Экранные формы тоже один из типов диалога, с их помощью можно организовать ввод нужных сведений или вывод документов, необходимых пользователю.

В нашем случае в формах будут выводиться вопросы, на которые будут отвечать студенты. Они будут вводить ответы, в случае неверного решения, их можно редактировать. В формах можно осуществлять вывод данных через запросы к БД, что также удобно в применении.

Структуры современных интерфейсов, как правило, смешанные.

Так и интерфейс компьютерного практикума по информатике является смешным. Здесь мы используем меню для доступа к всевозможным функциям, экранные формы для ввода и вывода информации, вывода и занесения информации в БД.

Основное требование к интерфейсу разработанного ПО - это понятность и доступность.

Структурная схема интерфейса компьютерного практикума представлена на рисунке 5.5.

Здесь представлен интерфейс типа меню для каждого из пользователей. Краткое описание дает пояснение тому, для чего предназначен тот или иной пункт. Для студента такими пунктами являются: меню «Системы счисления», меню «Представление информации, меню «Измерение информации», меню «Кроссворд» в основной части; меню «Практическая часть», меню «Тестовая часть», меню «Контрольная часть», меню «Материалы», меню «Результаты», в каждой из тем. Для преподавателя такими пунктами являются: меню «Редактирование заданий»; меню «Критерии оценивания»; меню «Журнал успеваемости». Также для каждого из пользователей есть меню «Помощь», меню «Справка».

Схема диалога для студента представлена на рисунке 5.6. Схема диалога для преподавателя на рисунке 5.7.

Рисунок 5.5. Структурная схема интерфейса компьютерного практикума



Рисунок 5.6. Схема диалога для студента

Рисунок 5.7. Схема диалога для преподавателя

6. Компьютерная реализация системы

6.1 Описание компьютерной реализации для студента

Компьютерный практикум по информатике для студента представлен следующим образом.

Запуск системы сопровождает заставка, представленная на рисунке 6.1.

Рисунок 6.1. Заставка программы

После чего пользователь попадает на страницу авторизации, где после нажатия по кнопке «Студент», выбирает одно и двух: либо зарегистрироваться, если использует практикум впервые, либо выполнить вход в систему, если уже имеет логин и пароль. Примеры формы авторизации и процесса регистрации и входа в систему представлены на рисунках 6.2 - 6.5.

Рисунок 6.2. Форма авторизации



Рисунок 6.3. Форма для выбора действий студента при авторизации

Рисунок 6.4. Форма для регистрации

Рисунок 6.5. Форма для входа студента в систему

После этого студент попадает в главное меню, откуда доступны три темы для решения и кроссворд. Переход к ним осуществляется по кнопкам. Важно знать, что переход к кроссворду можно осуществить только после решения контрольных работ по всем темам. Пример формы главного меню отображен на рисунке 6.6.

Рисунок 6.6. Форма «Главное меню»

Так как структура интерфейса в каждой теме схожа, для примера рассмотрим только одну из них. Откроем тему «Системы счисления», и рассмотрим процесс последовательности выполнения работы.

Первоначально учащийся попадает на страницу с практической частью работы, в данном случае нам доступны, несколько разделов для выполнения заданий, которые основаны на перевод чисел из одной системы в другую.

Сначала осуществляется выбор одного разделов. При решении, прежде чем переходить к следующему заданию студент должен правильно ответить на текущее. Пример выполнения практической части представлен на рисунке 6.7.

Далее рассмотрим тестовую часть, переход к которой осуществляется только, если студент наберет не меньше 3 баллов за практику. Данная часть включают в себя пять вариантов, где один, по указу преподавателя, выбирается для решения. Представленные в тестах задания не однотипны. Пример выполнения тестовой части изображен на рисунке 6.8.

Только после решения тестовой части можно перейти к контрольной работе. Она имеет только один вариант несколько типов заданий. Контрольная часть темы «Системы счисления» на рисунке 6.9.

После выполнения каждой из частей студенту сообщается его результат.

Рисунок 6.7. Пример выполнения практической части в теме «Системы счисления»

Рисунок 6.8. Форма тестовой части в теме «Системы счисления»

В интерфейсе программы имеется панель с кнопками для быстрого доступа к выполнению различных типов работ. Каждая из них имеет подсказку, которая высвечивается при наведении курсора на кнопку. Подсказка дает информацию, для чего предназначена кнопка.

Также пользователю доступны теоретические материалы по представленной теме, кроме той части, где решается контрольная работа, которыми он может пользоваться для выполнения заданий.

Рисунок 6.9. Форма контрольной части в теме «Системы счисления»

Пример теоретических материалов отображен на рисунке 6.10.

Рисунок 6.10. Теоретические материалы

В некоторых заданиях требуются таблицы, которые обучающийся может найти в разделе «Материалы», выбрав пункт «Приложение». Свои оценки, студент может просмотреть, выбрав пункт меню «Результаты». Ознакомиться с общим руководством программы пользователь может в разделе «Помощь. В разделе «Справка» представлен список полезных источников и информация о разработчике.

6.2 Описание компьютерной реализации для преподавателя

Компьютерный практикум для преподавателя представлен следующим образом.

Преподаватель, как и студент, после запуска программы попадает на страницу авторизации, где он должен выбрать кнопку в соответствии со своей категорией пользователя. Формы, реализующей авторизацию, аналогичные тем, что представлены для студента.

После нажатия кнопки предлагается ввести логин и пароль для доступа в систему. Эти данные преподавателю предоставляет разработчик. Пример ввода отражен на рисунке 6.12.

После авторизации, открывается главная страница, с которой и будет работать преподаватель. Она имеет меню и панель кнопок для быстрого доступа к необходимым функциям. Например, редактирование заданий, просмотр журнала и списка студентов, изменение критериев оценивания, справка.

Переход к редактированию какой-либо из частей: практической, тестовой, контрольной - осуществляется после выбора соответствующего пункта меню или кнопок, представленных на рисунках 6.13 - 6.15.



Рисунок 6.12. Пример ввода логина и пароля

Рисунок 6.13. Кнопка для быстрого доступа к редактированию практических заданий

Рисунок 6.14. Кнопка для быстрого доступа к редактированию тестовых заданий

Рисунок 6.15. Кнопка для быстрого доступа к редактированию контрольных заданий

При редактировании практической части преподаватель выбирает из выпадающего списка слева нужную тему и раздел. После чего, открывается сам редактор. Внесенные изменения необходимо сохранить, все несохраненные будут утеряны.

Пример работы в этом режиме представлен на рисунке 6.16 и 6.17.

При внесении изменении в тест необходимо выбрать тему, а затем при появлении вариантов выбрать тот, который будет просматриваться и редактироваться.

Пример формы в процессе выбора теста представлен на рисунке 6.18. Пример работы редактора теста на рисунке 6.19.

Рисунок 6.16. Форма редактирования практической части

Рисунок 6.17. Пример работы редактора практических заданий

Изменение контрольной части также предполагает выбор темы. И только потом осуществляется переход к поправке данной части. Пример работы в этом режиме представлен на рисунке 6.20 и 6.21.



Рисунок 6.18. Форма для выбора темы и варианта теста

Помимо редактирования задний преподаватель может изменять критерии оценивания. Доступ к этой функции осуществляется с помощью кнопки, показанной на рисунке 6.22, или выбором соответствующего пункта меню.

Рисунок 6.19. Пример работы редактора теста



Рисунок 6.20. Форма выбора темы контрольной работы

Рисунок 6.21. Пример работы редактора контрольной части

Рисунок 6.22. Кнопка доступа к форме «Критерии оценивания»

В данном случае корректируются интервалы, при которых будет выставляться тот или иной балл. Форма «Критерии оценивания» представлена на рисунке 6.23.



Рисунок 6.23. Форма «Критерии оценивания»

Контроль над успеваемостью студента осуществляется с помощью журнала успеваемости. После открытия формы «Журнал Успеваемости» он выбирает соответствующую часть и тему работы. После чего, с нажатием кнопки «Показать результаты» открывается таблица с Ф.И.О. и оценками студентов. На форме также имеются кнопки для открытия результатов решения кроссворда и всего списка обучающихся. Пример просмотра журнала представлен на рисунке 6.24. В программе также доступен раздел «Справка», содержащая общее руководство по работе с программой и «О программе», содержащей сведения о разработчике.

Рисунок 6.24. Форма «Журнал успеваемости»

Заключение

В выпускной квалификационной работе была спроектирована и разработана информационная система, представляющая собой компьютерный практикум по информатике. Он содержит три темы: представление информации, измерение информации и системы счисления.

В работе были рассмотрены особенности и классификация современных компьютерных средств для обучения.

При анализе предметной области были определены основные задачи, функции и требования, предъявляемые к обучающему программному комплексу. Также была разработана функциональная структура, в которой представлены следующие модули: модуль преподавателя, модуль студента, модуль авторизации, модуль выполнения практических заданий, модуль тестирования, модуль выполнения контрольных заданий, модуль решения кроссворда, модуль редактирования для преподавателей.

Для описания структуры системы были представлены диаграммы: контекстная диаграмма, IDEF0 различного уровня, IDEF3 и DFD - при функционально-ориентированном проектировании и диаграммы вариантов использования и деятельности при объектно-ориентированном проектировании. Для данной работы была проведена оценка трудоемкости проекта.

В работе также были описаны все необходимые документы, выделены информационные объекты, установлены функциональные зависимости реквизитов и построена логическая модель данных и физическая модель БД.

При описании содержания компьютерного практикума были представлены некоторые задания, использующиеся для проверки знаний, из каждой имеющейся в практикуме темы и части. Кроме того, были показаны схемы диалога для студента и преподавателя, а также структурная схема для всего компьютерного практикума.

В данной работе также был представлен алгоритм работы системы, было проведено функциональное тестирование с использованием метода эквивалентного разбиения и структурное с помощью тестирования базового пути, оценена надежность разработанного программного средства.

Пользователями системы являются преподаватели и студенты, их функции различны, поэтому для каждой категории был разработан и реализован собственный интерфейс. Он предоставляет доступ к необходимым функциям компьютерного практикума. Студенты имеют возможность решать задания по основным темам из информатики. Каждая тема в практикуме содержит практическую, тестовую и контрольную часть. Для заключительного этапа проверки знаний был разработан кроссворд. Преподаватель имеет возможность редактировать вопросы и ответы. Также был создан журнал в качестве контроля над успеваемостью студентов. Все результаты записываются и хранятся в базе и могут быть просмотрены преподавателем.

В данном случае компьютерный практикум позволяет автоматизировать процесс проверки знаний студентов и помогает эффективно усваивать необходимую информацию. В результате разработки программный комплекс оснащен требующимися теоретическими материалами для изучения и различными типами работ для проверки знаний.

Список использованных источников

1. Башмаков, А.И. Разработка компьютерных учебников и обучающих систем / А.И. Башмаков, И.А. Башмаков - Москва: Филинъ, 2003. - 616 с.

2. Васильков, А.В. Информационные системы и их безопасность / А.В. Васильков, А.А. Васильков, И.А. Васильков - Москва: Форум, 2011. - 528 с.

3. Вендров, А.М. CASE-технологии. Современные методы и технологии проектирования информационных систем / А.М. Вендров - Москва: Финансы и статистика, 1998. - 98 с.

4. Гуда, А.Н. Информатика. Общий курс / А.Н. Гуда, М.А. Бутакова, Н.М. Нечитайло, А.В. Чернов - Ростов-на-Дону: Наука-Пресс, 2006. - 400 с.

5. Емельянова, Н.З. Проектирование информационных систем: учеб. пособие / Н.З. Емельянова, Т.Л. Партыка, И.И. Попов. - Москва: Форум, 2009. - 432 с.

6. Захарова, И.Г. Информационные технологии в образовании: учеб. пособие для студ. высш. учебн. заведений/ И.Г. Захарова - Москва: Академия, 2010. - 192 с.

7. Карпова, Т.С. Базы данных: модели, разработка, реализация / Т.С. Карпова. - Санкт-Петербург: Питер, 2002. - 304 с.

8. Канер С., Тестирование программного обеспечения. Фундаментальные концепции менеджмента бизнес-приложений: Пер. с англ. / Сэм Канер, Джек Фолк, Енг Кек Нгуен. - Киев: ДиаСофт, 2001. - 544 с.

9. Липаев, В.В. Надежность программных средств / В.В. Липаев. - Москва: СИНТЕГ, 1998. - 222 с.

10. Маклаков, С.В. Моделирование бизнес-процессов с BPwin 4.0 / C.В. Маклаков. - Москва: ДИАЛОГ - МИФИ, 2002. - 210 с.

11. Маклаков, С.В. BPwin и ERwin.CASE средства разработки ИС / C.В. Маклаков. - Москва: ДИАЛОГ - МИФИ, 2000. - 256 с.

12. Мезенцев, К.Н. Информационные системы: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования заведений / К.Н. Мезенцев - Москва: Академия, 2013. - 176 с.

13. Тейер, Т. Надежность программного обеспечения: Пер. с англ. /Т. Тейер, М. Липов, Э. Нельсон. - Москва: Мир, 1981. - 323 с.

14. Хансен, Г. Базы данных. Разработка и управление. Пер. с англ. / Гэри Хансен, Джеймс Хансен - Москва: ЗАО «Изд-во «Бином», 2000. - 704 с.

15. Наука и инновации / Томский политехнический государственный университет - Режим доступа: http://tpu.ru/research/

16. Разработка электронных учебников и учебно-методических пособии. Тихоокеанский государственный университет - Режим доступа: http://pnu.edu.ru/ru/faculties/full_time/uf/iogip/about/innovation/el-posobie/

17. Компьютерное педагогическое тестирование. Программа MyTest - Режим доступа: http://mytest.klyaksa.net/

18. Оренбургский государственный аграрный университет. Система электронного тестирования - Режим доступа: http://orensau.ru/ru/innovacii/programmnoeobespech/sistemaitogovojattestacii

19. 1C Каталог - Режим доступа: http://online.1 c.ru/catalog/programs/education/obr_col/

20. Федорова, Г.Н. Информационные системы: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования заведений/ Г.Н. Федорова - Москва: Академия, 2013. - 208 с.

21. Rational Rose 2000 и UML - Режим доступа: http://coollib.com/b/223052/read

Размещено на Allbest.ru