Электронный учебник по дисциплине "Теория принятия решений"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

программный электронный учебник

Современная система образования все активнее использует информационные технологии и компьютерные телекоммуникации.

Лекционно-семинарная форма обучения давно потеряла свою эффективность - практика доказала, что почти 50% учебного времени тратится впустую. Изучая зарубежный опыт, можно выделить следующий важный аспект: преподаватель выступает не в роли распространителя информации (как это традиционно принято), а в роли консультанта, советчика, иногда даже коллеги обучаемого. Это дает некоторые положительные моменты: студенты активно участвуют в процессе обучения, приучаются мыслить самостоятельно, выдвигать свои точки зрения, моделировать реальные ситуации.

Достоинствами электронных учебников являются: во-первых, их мобильность, во-вторых, доступность связи с развитием компьютерных сетей, в-третьих, адекватность уровню развития современных научных знаний. С другой стороны, создание электронных учебников способствует также решению и такой проблемы, как постоянное обновление информационного материала. В них также может содержаться большое количество упражнений и примеров, подробно иллюстрироваться в динамике различные виды информации. Кроме того, при помощи электронных учебников осуществляется контроль знаний - компьютерное тестирование.

Целью дипломного проекта является создание электронного учебника по теории принятия решения.

В первой главе дипломного проекта рассматриваются использование электронных учебников в образовании, дидактические возможности учебных изданий в совершенствовании самостоятельной учебной деятельности учащихся, педагогические возможности электронных учебников и мультимедийных программ.

Вторая глава посвящена технологии разработки электронного учебника, модуль формирования структуры реализован в среде визуального программирования Delphi 7.0 фирмы Borland. Подробно рассматриваются процессы планирования, создания, компоновки.

В третьей главе описывается безопасность и экологичность проекта. Соответствие проекта стандартным требованиям по безопасности использования проекта на предприятии.

Электронный учебник «Теория принятия решения» включает в себя следующие модули: учебник, содержит необходимую информацию о различных методах принятия решений и «SuperTree» - программа построения дерева решений, основанная на условиях, заданных таблично; курс лекций; практические задания с ответами; вопросы по пройденным материалам и темы на самостоятельную работу студентов с преподавателем.

Практика использования электронных учебников показала, что студенты качественно усваивают изложенный материал, о чем свидетельствуют результаты тестирования. Таким образом, развитие информационных технологий дает широкую возможность для изобретения новых методов методик в образовании и тем самым повысить его качество.

Ожидаемые результаты работы, созданной для дисциплины «Теория принятия решения»:

- полученных теоретических знаний для формирования повышение эффективности восприятия информации и привитие практических навыков;

- уменьшения затраченного преподавателем времени на представление информации по дисциплине;

- возможность изучения дополнительной информации совместно с базовым курсом лекций;

- возможность самопроверки по контрольным вопросам;

- возможность использования практических навыков при выполнении упражнений и задач.

1. Выбор средств создания электронной системы

1.1 Общие сведения об электронных учебниках

Что же такое «Электронный учебник» и в чем его отличия от обычного учебника? Обычно электронный учебник представляет собой комплект обучающих, контролирующих, моделирующих и других программ, размещаемых на магнитных носителях (твердом или гибком дисках) ПЭВМ, в которых отражено основное научное содержание учебной дисциплины. ЭУ часто дополняет обычный, а особенно эффективен в тех случаях, когда он:

- обеспечивает практически мгновенную обратную связь;

- помогает быстро найти необходимую информацию (в том числе контекстный поиск), поиск которой в обычном учебнике затруднен;

- существенно экономит время при многократных обращениях к гипертекстовым объяснениям;

- наряду с кратким текстом - показывает, рассказывает, моделирует и т.д. (именно здесь проявляются возможности и преимущества мультимедиа-технологий) позволяет быстро, но в темпе наиболее подходящем для конкретного индивидуума, проверить знания по определенному разделу. [1]

К недостаткам ЭУ можно отнести не совсем хорошую физиологичность дисплея как средства восприятия информации (восприятие с экрана текстовой информации гораздо менее удобно и эффективно, чем чтение книги) и более высокую стоимость по сравнению с книгой.

1.2 Основные определения электронных учебников

Многие понятия, связанные с электронным учебником, существенно изменялись в течение последних двадцати лет. Современная классификация электронных учебных пособий базируется на следующих понятиях:

Совокупность графической, текстовой, цифровой, речевой, музыкальной, видео-, фото- и другой информации, а также печатной документации пользователя. Электронное издание может быть исполнено на любом электронном носителе - магнитном (магнитная лента, магнитный диск и др.), оптическом (CD-ROM, DVD, CD-R, CD-I, CD+ и др.), а также опубликовано в электронной компьютерной сети носит название электронное издание (ЭИ).

Учебное электронное издание (УЭИ) должно содержать систематизированный материал по соответствующей научно-практической области знаний, обеспечивать творческое и активное овладение студентами и учащимися знаниями, умениями и навыками в этой области. УЭИ должно отличаться высоким уровнем исполнения и художественного оформления, полнотой информации, качеством методического инструментария, качеством технического исполнения, наглядностью, логичностью и последовательностью изложения. [2]

Учебное издание, содержащее систематическое изложение учебной дисциплины или ее раздела, части, соответствующее государственному стандарту и учебной программе и официально утвержденное в качестве данного вида издания - это и есть учебник (У).

Созданное на высоком научном и методическом уровне, полностью соответствующее республиканской составляющей дисциплины Государственного образовательного стандарта специальностей и направлений, определяемой дидактическими единицами стандарта и программой - это является основой УЭИ, что носит название - электронный учебник (ЭУ).

Издание, частично или полностью заменяющее или дополняющее учебник и официально утвержденное в качестве данного вида издания, называется учебное пособие (УП).

Электронное издание, частично или полностью заменяющее или дополняющее учебник и официально утвержденное в качестве данного вида издания, называется электронное учебное пособие (ЭУП).

Текст, представленный в электронной форме и снабженный разветвленной системой связей, позволяющей мгновенно переходить от одного его фрагмента к другому в соответствии с некоторой иерархией фрагментов, называется гипертекст.

Специальный комплекс программ, реализующих математические операции в численной и символьной формах, называется интеллектуальное ядро (ИЯ).

Объяснение, использующее наглядность, индуктивные умозаключения и формирование понятий путем ответов на вопросы типа «да» и «нет» называется компьютерное объяснение.

Решение таким методом, который, являясь наиболее простым и естественным, требует столь громоздких вычислений и преобразований, что без компьютера не применяется, называется компьютерное решение.

Представление информации в наглядной форме с помощью рисунков, графиков и анимации - это визуализация.

1.3 Характеристика электронного учебника

Реформа современного образования может состояться лишь при условии создания таких компьютерных пакетов (электронных учебников, пособий, тренажеров, тестеров и проч.), наличие которых обеспечит одну и ту же компьютерную среду в специализированной аудитории на практических занятиях, в компьютерном классе учебного заведения или общежитии, оборудованном для самостоятельной работы учащихся, а также дома на персональном компьютере.

Основываясь на официальных определениях электронного издания (ЭИ), учебного электронного издания (УЭИ) и электронного учебника (ЭУ), необходимо расширить и конкретизировать понятие ЭУ.

Новый жанр учебной литературы - «Электронный учебник». Электронный учебник (даже самый лучший) не может и не должен заменять книгу. Так же как экранизация литературного произведения принадлежит к иному жанру, так и электронный учебник принадлежит к совершенно новому жанру произведений учебного назначения. И так же как просмотр фильма не заменяет чтения книги, по которой он был поставлен, так и наличие электронного учебника не только не должно заменять чтения и изучения обычного учебника, а напротив, побуждать учащегося взяться за книгу.

Именно поэтому для создания электронного учебника недостаточно взять хороший учебник, снабдить его навигацией (создать гипертексты) и богатым иллюстративным материалом (включая мультимедийные средства) и воплотить на экране компьютера.

Электронный учебник не должен превращаться ни в текст с картинками, ни в справочник, так как его функция принципиально иная.

Электронный учебник должен максимально облегчить понимание и запоминание (причем активное, а не пассивное) наиболее существенных понятий, утверждений и примеров, вовлекая в процесс обучения иные, нежели обычный учебник, возможности человеческого мозга, в частности, слуховую и эмоциональную память, а также используя компьютерные объяснения.

Текстовая составляющая должна быть ограничена - ведь остаются обычный учебник, бумага и ручка для углубленного изучения уже освоенного на компьютере материала.

Классификация средств создания электронных учебников. Средства создания электронных учебников можно разделить на группы, используя комплексный критерий, включающий такие показатели, как назначение и выполняемые функции, требования к техническому обеспечению, особенности применения. В соответствии с указанным критерием возможна следующая классификация:

- традиционные алгоритмические языки;

- инструментальные средства общего назначения;

- средства мультимедиа;

- гипертекстовые и гипермедиа средства;

Ниже приводятся особенности и краткий обзор каждой из выделенных групп. В качестве технической базы в дальнейшем имеется в виду IBM совместимые компьютеры, как наиболее распространенные в нашей стране и имеющиеся в распоряжении университета.

Традиционные алгоритмические языки. Характерные черты электронных учебников, созданных средствами прямого программирования:

- разнообразие стилей реализации (цветовая палитра, интерфейс, структура ЭУ, способ подачи материала и т.д.);

- сложность модификации и сопровождения;

- большие затраты времени и трудоемкость;

- отсутствие аппаратных ограничений, т.е. возможность создания ЭУ, ориентированного на имеющуюся в наличие техническую базу.

Инструментальные средства общего назначения. Инструментальные

средства общего назначения (ИСОН) предназначены для создания электронных учебников пользователями, не являющимися квалифицированными программистами. ИСОН, применяемые при проектировании электронных учебников, как правило, обеспечивают следующие возможности: [3]

- формирование структуры электронных учебников;

- ввод, редактирование и форматирования текста (текстовый редактор);

- подготовка статической иллюстративной части (графический редактор);

- подготовка динамической иллюстративной части (звуковых и анимационных фрагментов);

- подключение исполняемых модулей, реализованных с применением других средств разработки и др.

К достоинствам инструментальных средств общего назначения следует отнести:

- возможность создания электронных учебников лицами, которые не являются квалифицированными программистами;

- существенное сокращение трудоемкости и сроков разработки электронных учебников;

- невысокие требования к компьютерам и программному обеспечению.

- Вместе с тем ИСОН имеют ряд недостатков, таких как:

- далеко не дружественный интерфейс;

- меньшие, по сравнению с мультимедиа и гипермедиа системами, возможности;

- отсутствие возможности создания программ дистанционного обучения.

В нашей стране существует множество ИСОН: Адонис, АосМикро, Сценарий, ТесСис, Интегратор и др.

Средства мультимедиа. Еще до появления новой информационной технологии эксперты, проведя множество экспериментов, выявили зависимость между методом усвоения материала и способностью восстановить полученные знания некоторое время спустя. Если материал был звуковым, то человек запоминал около 1\4 его объема. Если информация была представлена визуально - около 1\3. При комбинировании воздействия (зрительного и слухового) запоминание повышалось до половины, а если человек вовлекался в активные действия в процессе изучения, то усвояемость материала повышалось до 75%. [4]

Итак, мультимедиа означает объединение нескольких способов подачи информации - текст, неподвижные изображения (рисунки и фотографии), движущиеся изображения (мультипликация и видео) и звук (цифровой и MIDI) - в интерактивный продукт.

Аудиоинформация включает в себя речь, музыку, звуковые эффекты. Наиболее важным вопросом при этом является информационный объем носителя. По сравнению с аудио видеоинформация представляется значительно большим количеством используемых элементов. Прежде всего, сюда входят элементы статического видеоряда, которые можно разделить на две группы: графика (рисованные изображения) и фото. К первой группе относятся различные рисунки, интерьеры, поверхности, символы в графическом режиме. Ко второй - фотографии и сканированные изображения.

Динамический видеоряд практически всегда состоит из последовательностей статических элементов (кадров). Здесь выделяются три типовых элемента: обычное видео (около 24 фото в секунду), квазивидео (6-12 фото в секунду), анимация. Использование видеоряда в составе мультисреды предполагает решение значительно большего числа проблем, чем использование аудио. Среди них наиболее важными являются: разрешающая способность экрана и количество цветов, а также объем информации.

Характерным отличием мультимедиа продуктов от других видов информационных ресурсов является заметно больший информационный объем, поэтому в настоящее время основным носителем этих продуктов является оптический диск CD-ROM стандартной емкостью 640 Мбайт. Для профессиональных применений существует ряд других устройств (CD-Worm, CD-Rewritaeble, DVD и др.), однако они имеют очень высокую стоимость.

Гипертекстовые и гипермедиа средства. Гипертекст - это способ нелинейной подачи текстового материала, при котором в тексте имеются каким-либо образом выделенные слова, имеющие привязку к определенным текстовым фрагментам. Таким образом, пользователь не просто листает по порядку страницы текста, он может отклониться от линейного описания по какой-либо ссылке, т.е. сам управляет процессом выдачи информации. В гипермедиа системе в качестве фрагментов могут использоваться изображения, а информация может содержать текст, графику, видеофрагменты, звук. [5]

Использование гипертекстовой технологии удовлетворяет таким предъявляемым к учебникам требованиям, как структурированность, удобство в обращении. При необходимости такой учебник можно «выложить» на любом сервере и его можно легко корректировать. Но, как правило, им свойственны неудачный дизайн, компоновка, структура и т.д.

В настоящее время существует множество различных гипертекстовых форматов (HTML, DHTML, PHP и др.).

Критерии выбора средств. При выборе средств необходима оценка наличия:

- аппаратных средств определенной конфигурации;

- сертифицированных программных систем;

- специалистов требуемого уровня.

Кроме того, необходимо учитывать назначение разрабатываемого ЭУ, необходимость модификации дополнения новыми данными, ограничение на объем памяти и др.

Благодаря бурно развивающейся технологии средства мультимедиа и гипермедиа становятся достаточно дешевыми, чтобы устанавливать их на большинство персональных компьютерах. Кроме того, мощность и быстродействие аппаратных средств позволяют использовать вышеупомянутые средства.

1.4 Основные этапы разработки электронного учебника

Рекомендаций по созданию основных этапов разработки электронного учебника О.В. Зиминой и А.И. Кириллова: [6]

1. Выбор источников.

2. Заключение договоров с авторами о праве на переработку.

3. Разработка оглавления и перечня понятий.

4. Переработка текстов в модули по разделам и создание Help.

5. Реализация гипертекста в электронной форме.

6. Разработка компьютерной поддержки.

7. Подготовка материала для визуализации.

8. Визуализация материала.

Но с учетом специального обучения выбрана следующая последовательность этапов разработки электронного учебника по Теории принятия решения:

1. Выбор предметной области (для кого?).

2. Определение назначения (учебник).

3. Определение структуры (лекционные занятия, практические занятия, лабораторные занятия, СРСП).

4. Определение пользователей.

5. Переработка текстов в модули по разделам и создание Help.

6. Реализация гипертекста в электронной форме.

7. Разработка компьютерной поддержки.

8. Подготовка материала для визуализации.

9. Визуализация материала.

Методические рекомендации по разработке электронного учебника. На первом этапе разработки ЭУ целесообразно выбрать дисциплину, для которой необходим не предложенный бумажный вариант, а именно учебное издание в электронном виде. Для кого этот учебник предназначается, и для кого удобен в пользовании.

На втором этапе определяется назначение, что именно будет создаваться автором, то есть: будет ли это учебник, будет ли это пособие, или же какой-либо сайт.

На третьем этапе разрабатывается оглавление, т.е. производится разбиение материала на разделы, состоящие из модулей, минимальных по объему, но замкнутых по содержанию, а также составляется перечень понятий, которые необходимы и достаточны для овладения предметом.

На четвертом этапе разрабатывается определение пользователей. В данном случае ЭУ предназначен для преподавателей и студентов как дневного, так и заочного отделения формы обучения в вузе. А также для любого пользователя, который заинтересован обучением данной науки в индивидуальном, самостоятельном познании.

На пятом этапе перерабатываются тексты источников в соответствии с оглавлением, индексом и структурой модулей; исключаются тексты, не вошедшие в перечни, и пишутся те, которых нет в источниках; разрабатывается система контекстных справок (Help); определяются связи между модулями и другие гипертекстные связи.

Таким образом, подготавливаются проект гипертекста для компьютерной реализации.

На шестом этапе гипертекст реализуется в электронной форме.

В результате создается примитивное электронное издание, которое уже может быть использовано в учебных целях. Многие именно такое примитивное ЭИ и называют электронным учебником. Оно практически не имеет шансов на коммерческий успех, потому что студенты не будут его покупать.

На седьмом этапе разрабатывается компьютерная поддержка: определяется, какие действия в каждом конкретном случае поручаются компьютеру и в какой форме должен быть представлен ответ компьютера; проектируется и реализуется ИЯ; разрабатываются инструкции для пользователей по применению интеллектуального ядра ЭУ для решения задач.

В результате создается работающий электронный учебник, который обладает свойствами, делающими его необходимым для студентов, полезным для аудиторных занятий и удобным для преподавателей. Такой ЭУ может распространяться на коммерческой основе.

На восьмом этапе разрабатываются сценарии визуализации модулей для достижения наибольшей наглядности, максимальной разгрузки экрана от текстовой информации и использования эмоциональной памяти учащегося для облегчения понимания и запоминания изучаемого материала.

На девятом этапе производится визуализация текстов, т.е. компьютерное воплощение разработанных сценариев с использованием рисунков, графиков и, возможно, анимации (нужно иметь в виду, что анимация стоит очень дорого).

На этом заканчивается разработка ЭУ и начинается его подготовка к эксплуатации. Следует отметить, что подготовка к эксплуатации ЭУ может предполагать некоторые коррекции его содержательной и мультимедийной компонент.

1.5 Подготовка электронного учебника к эксплуатации

Содержанием этого этапа работы являются

1. написание инструкций по эксплуатации;

2. разработка методического обеспечения;

3. Защита и распространение электронного учебника.

Вопросы защиты ЭУ от нелегального копирования требуют специального решения в каждом конкретном случае, в зависимости от условий финансирования его разработки и порядка распространения. Эти вопросы требуют специального изучения.

1.6 Методическое обеспечение электронного учебника

Если создание электронного учебника не будет сопровождаться разработкой надлежащих методических материалов, затраченные силы и средства пропадут даром, поскольку тогда электронный учебник не будет воспринят системой образования. Поэтому методическое обеспечение ЭИ имеет принципиальное значение для успеха проекта в целом.

Реформа образования требует создания таких УЭИ, наличие которых обеспечит одну и ту же компьютерную среду для учащихся и преподавателей, в аудитории и дома. Здесь уместно провести параллель с реформой европейского образования, связанной с изобретением книгопечатания (Гутенберг, 1440 г.) [7]

Средневековые школяры полностью зависели от своего наставника, ибо только он владел информацией. Изобретение Гутенбергом книгопечатания сделало источник информации (книгу) одинаково доступным для всех, что принципиально изменило систему образования. Книга, перо и бумага - всем этим стал владеть и преподаватель, и учащийся, причем и в аудитории, и дома.

Аналогично, для успешной реформы современного образования необходимо сделать новые источники информации (в частности, УЭИ) одинаково доступными для всех. Однако, в данном случае именно преподаватели зачастую оказываются в худшем положении по сравнению со студентами, так как они по ряду причин объективного и субъективного характера меньше привыкли к работе с компьютером и меньше готовы к восприятию новых технологий в образовании. [8]

Очевидно, что с появлением и совершенствованием различных УЭИ должны принципиально измениться учебные программы и планы лекций и практических занятий, а также роль преподавателя в учебном процессе.

Роль методического обеспечения. Важно понять, что если электронные учебники и ЭУП будут разработаны в соответствии с принципами, изложенными выше, то можно будет считать компьютеризацию образования состоявшейся. По разным причинам, и не только материального характера, никогда не будет так, чтобы компьютеры были в каждом доме, в каждой аудитории и в каждой комнате общежития. Это не только невозможно, но и, как будет показано ниже, не нужно.

Однако даже самые лучшие электронные средства обучения осядут мертвым грузом на компьютерах, если их использование не будет методически обеспечено, если не будет создано компьютерное учебно-информационное пространство, единое для преподавателей студентов и учащихся.

Успешная компьютеризация образования зависит не от количества компьютеров, а от качества средств обучения и методического обеспечения их использования (здесь уместно вспомнить термин «внедрение»).

Отсутствие полного комплекса методических материалов, а также удобных и эффективных форм повышения квалификации, оперативной и полной информации о появлении и содержании новых компьютерных учебных пакетов, вынуждают преподавателя не только не использовать в своей профессиональной деятельности достижений компьютеризации, но иногда даже запрещать студентам использовать компьютер при выполнении домашних заданий и типовых расчетов.

В то же время многие принципиальные вопросы остаются неисследованными из-за недостатка времени у преподавателя в аудитории и у студентов дома. Многие важные разделы современной теории принятия решений не изучаются вовсе или изучаются поверхностно, часто только на лекциях без поддержки на практических занятиях и без домашних заданий, и следовательно, быстро стираются из памяти студентов и не могут быть использованы при изучении других дисциплин, как естественно-научных и общетехнических, так и профилирующих, не говоря уже о профессиональной деятельности будущего выпускника. В результате недостаточности и короткой «выживаемости» знаний предмета программы специальных дисциплин пестрят доморощенными «методами» решения стандартных решаемых задач.

Все сказанное вовсе не означает, что преподавателей надо немедленно усадить за компьютеры, а занятия перенести в компьютерные классы. Это не только невозможно, но и вредно (хотя такие попытки систематически предпринимаются). [9]

1.7 Аппаратное и программное обеспечение разработки электронного учебника

История вопроса. При первых попытках разработать электронный учебник использовалось так называемое прямое программирование на одном из языков типа FORTRAN, C++ и т.п. В роли программистов выступали студенты старших курсов и аспиранты. Они покидали кафедры вместе с исходными текстами программ. В результате эти программы нельзя было модернизировать, изменять и они быстро устаревали.

Позднее пришла пора так называемых оболочек, представлявших из себя универсальные среды для наполнения методическими материалами. Стоимость таких оболочек варьировалась от 500 до 5000 долларов. Хотя оболочки не требовали непосредственного программирования и, в принципе, каждый преподаватель мог подготовить электронный учебник, ничего заслуживающего внимания создано не было по трем причинам. Во-первых, в то время концепции, относящиеся к электронным учебникам, находились в зачаточном состоянии. Во-вторых, персональные компьютеры еще не имели надлежащего распространения. В те годы энтузиасты создания электронных учебников заложили основы современных представлений о том, каким должен быть ЭУ.

В 90-е годы с развитием аппаратного и программного обеспечения компьютеров появились средства, действительно позволяющие создавать подлинные электронные учебники. Имеется в виду:

1. операционные системы Windows и OS/2, в которых стало возможным программирование на высоком уровне, использующее DLL и OLE;

2. мультимедийные средства;

3. системы символьной математики. [10]

Наряду с этим, персональные компьютеры перестали быть роскошью и проникли в систему образования, хотя и без надлежащего программного обеспечения.

Роль оболочек теперь может выполнить пакет Microsoft Office. Для программирования необходим пакет Delphi или С++. Все методическое содержание может быть подготовлено в печатном виде. Для быстрого представления печатных материалов в электронной форме необходим сканнер и пакет Fine Reader. Для ускорения работы очень полезен микрофон и пакет распознавания речи DragonDictate (в русской версии Комбат).

1.8 Структурная организация электронного учебника

На рынке компьютерных продуктов с каждым годом возрастает число обучающих программ, электронных учебников и т.п. Одновременно не утихают споры о том, каким должен быть «электронный учебник», какие функции «вменяются ему в обязанность». Традиционное построение ЭУ: предъявление учебного материала, практика, тестирование.

В настоящее время к учебникам предъявляются следующие требования:

1. Информация по выбранному курсу должна быть хорошо структурирована и представлять собою законченные фрагменты курса с ограниченным числом новых понятий.

2. Каждый фрагмент, наряду с текстом, должен представлять информацию в аудио- или видео - виде («живые лекции»). Обязательным элементом интерфейса для живых лекций будет линейка прокрутки, позволяющая повторить лекцию с любого места.

3. Текстовая информация может дублировать некоторую часть живых лекций.

4. На иллюстрациях, представляющих сложные модели или устройства, должна быть мгновенная подсказка, появляющаяся или исчезающая синхронно с движением курсора по отдельным элементам иллюстрации (карты, плана, схемы, чертежа сборки изделия, пульта управления объектом и т.д.).

5. Текстовая часть должна сопровождаться многочисленными перекрестными ссылками, позволяющими сократить время поиска необходимой информации, а также мощным поисковым центром. Перспективным элементом может быть подключение специализированного толкового словаря по данной предметной области.

6. Видеоинформация или анимации должны сопровождать разделы, которые трудно понять в обычном изложении. В этом случае затраты времени для пользователей в пять-десять раз меньше по сравнению с традиционным учебником. Некоторые явления вообще невозможно описать человеку, никогда их не видавшему (водопад, огонь и т.д.).

Видеоклипы позволяют изменять масштаб времени и демонстрировать явления в ускоренной, замедленной или выборочной съемке.

7. Наличие аудиоинформации, которая во многих случаях является основной и порой незаменимой содержательной частью учебника.

1.9 Режимы работы электронного учебника

Можно выделить 3 основных режима работы ЭУ:

1. обучение без проверки;

2. обучение с проверкой, при котором в конце каждой главы (параграфа) обучаемому предлагается ответить на несколько вопросов, позволяющих определить степень усвоения материала;

3. тестовый контроль, предназначенный для итогового контроля знаний с выставлением оценки.

В настоящее время к учебникам предъявляются следующие требования: структурированность

- удобство в обращении

- наглядность изложенного материала.

Чтобы удовлетворить вышеперечисленные требования, целесообразно использование гипертекстовой технологии. [11]

Электронный вариант учебника вмещает в себе и средства контроля, так как контроль знаний является одной из основных проблем в обучении. Долгое время в отечественной системе образования контроль знаний, как правило, проводилось в устной форме. На современном этапе применяются различные методы тестирования. Многие, конечно, не разделяют этой позиции, считая, что тесты исключают такие необходимые навыки, как анализирование, сопоставление и т.д. В системах дистанционного обучения применение новых технологии дает возможность качественно по-новому решить проблему. Мы заложили в электронный вариант учебника, таким образом, можно надеяться, что применение новых информационных технологий способствуют повышению эффективности обучения, а также являются незаменимым инструментом при самостоятельной подготовке обучающегося.

Известно, что для активного овладения конкретной предметной областью необходимо не только изучить теорию, но и сформировать практические навыки в решении задач. Для этого нужно научиться строить математические модели изучаемых процессов и явлений, проектировать алгоритмы решения и реализовывать их в виде программ. Для достижения этой цели в состав ЭУ включена серия модельных программ, обеспечивающих графическую иллюстрацию структуры и работы алгоритмов, что позволяет не только повысить степень их понимания, но и способствует развитию у студента интуиции и образного мышления.

Электронный учебник - компьютерное, педагогическое программное средство, предназначенное, в первую очередь, для предъявления новой информации, дополняющей печатные издания, служащее для индивидуального и индивидуализированного обучения и позволяющее в ограниченной мере тестировать полученные знания и умения обучаемого. Автоматизированная обучающая система - это также компьютерное, педагогическое программное средство, предназначенное, как для предъявления новой информации, так и для научения навыкам и умениям, промежуточного и итогового тестирования (экзаменования), обладающее развитой системой помощи, как по самой обучающей программе, так и по изучаемому предмету, обладающее возможностью поднастройки к обучаемому (его уровню знаний, скорости и пути продвижения по изучаемому материалу и т.д.), обладающее развитой системой сбора и обработки статистической информации об отдельном обучаемом, группе и потоке обучаемых, накапливающее информацию о часто встречающихся ошибках при работе с обучающей системой и ошибках по изучаемой теме или дисциплине. [12]

Электронный учебник, как учебное средство нового типа, может быть открытой или частично открытой системой, т.е. такой системой, которая позволяет внести изменения в содержание и структуру учебника.

При этом, естественно, должно быть ограничение от несанкционированного изменения учебника, таким образом, чтобы, во-первых, не нарушался закон «Об авторских и смежных правах», а для защиты электронного учебника от несанкционированного изменения должен применяться пароль или система паролей.

Во-вторых, изменения, если предусмотрена такая возможность, должны быть разрешены только опытному преподавателю, чтобы не нарушалась общая структура и содержание электронного учебника.

Модификация электронного учебника может потребоваться, в первую очередь, для адаптации его к конкретному учебному плану, учитывающему специфику изучаемой дисциплины в данном ВУЗе, возможности материально-технической базы, личный опыт преподавателя, современное состояние науки, базовый уровень подготовленности обучаемых, объем часов, выделенных на изучение дисциплины и т.д.

Некоторые элементы электронного учебника:

1. Электронный учебник должен содержать только минимум текстовой информации, в связи с тем, что длительное чтение текста с экрана приводит к значительному утомлению и как следствие к снижению восприятия и усвоения знаний. Существенное значение имеет размер и начертание шрифта. В отношении печатных учебных пособий исследования показывают, что наклонные шрифты (курсив) могут использоваться для акцента или в исключительных случаях для дополнительного текста. Электронный вариант учебника позволяет выделить отдельные слова или фразы цветом и фоном, что с одной стороны улучшает наглядность, позволяет акцентировать внимание на главном, но с другой стороны, излишняя «пестрота» или недостаточная контрастность могут рассеивать внимание или затруднить чтение.

2. Такие учебники должны содержать большое количество иллюстративного материала. Как отмечает Мархель, «по сравнению с обычным учебником учебное пособие требует большего количества иллюстрированного материала, активизирующего мыслительную деятельность обучаемого … обеспечивающего практическую наглядность обучения». Ряд авторов также отмечают высокую дидактическую значимость иллюстраций. Для ограничения объема учебника (размеры файлов) и соответственно возможности его использования на более широком спектре компьютеров, целесообразно использование упакованных форматов графических файлов (GIF, JPEG и др.), использование ограниченной палитры цветов или векторных графических файлов, например WMF. [13]

3. Использование видеофрагментов позволяет передать в динамике процессы и явления. Несмотря на большие размеры файлов, применять их целесообразно, т.к. восприятие и заинтересованность студентов повышаются и как следствие, улучшается качество знаний.

4. В традиционном обучении преобладают вербальные средства при предъявлении нового материала. В связи с этим применение аудио фрагментов в электронном учебнике позволяет не только приблизить его к привычным способам предъявления информации, но и улучшить восприятие нового материала, при этом активизирует не только зрительные, но и слуховые центры головного мозга. По данным ЮНЕСКО при аудиовосприятии усваивается только 12% информации, при визуальном около 25%, а при аудиовизуальном до 65% воспринимаемой информации. Несмотря на развитие и улучшение мультимедийных средств в настоящее время большая часть компьютеров, используемых в обучении, еще не оснащена звуковыми системами. Кроме того, во время аудиторных занятий (при индивидуализированном обучении) звук целесообразнее воспроизводить с помощью наушников, а не внешних акустических систем (колонок). Таким образом, вышесказанное накладывает ограничения на использование электронных учебников, со встроенными звуковыми фрагментами.

5. Электронный учебник должен содержать гиперссылки по элементам учебника и возможно иметь ссылки на другие электронные учебники и справочники. Желательно иметь содержание с быстрым переходом на нужную страницу.

6. Возможен, например, с помощью технологии OLE, запуск других компьютерных программ для показа примеров, тестирования и др. целей.

7. Исключительное дидактическое значение имеет компоновка текстового, графического и другого материала. Качество восприятия новой информации, возможность обобщения и анализа, скорость запоминания, полнота усвоения учебной информации в значительной мере зависят как от расположения информации на странице (экране компьютера), так и от последовательности идущих друг за другом страниц. Ведь, в отличие от печатного издания, в котором можно одновременно «заглядывать» в две страницы, держа промежуточные страницы в руках, в электронном учебнике это сделать невозможно. Но в связи с вышесказанным, электронный учебник должен позволять делать закладки в любом месте, отображать список закладок, отсортировав их в любом порядке.

8. В электронном учебнике должен быть список рекомендованной литературы, изданной традиционным, печатным способом. Как отмечалось выше, электронный учебник может быть адаптирован к конкретному учебному плану ВУЗа и поэтому в списке литературы можно предусмотреть указание имеющегося в библиотеке количества книг или других изданий. Список литературы может быть дополнен не только ссылками на статьи в журналах, сборниках научных конференций и др., но также и на электронные публикации, размещенные на серверах учебного заведения или в сети Internet.

1.10 Обзор программных средств

В данном разделе предложены наиболее известно - применяемые программные средства, как основа электронного учебника.

Язык HTML. Язык HTML (Hyper Text Markup Language - язык разметки гипертекста) предназначен для формирования документов и приведения их к виду, пригодному для просмотра с помощью программ-браузеров, например Netscape Navigator или MS Explorer. Основная идея, которая преследовалась при его разработке - создать такой формат документов, который не зависел бы от типа компьютера, на котором эти документы будут просматриваться.

HTML был разработан Тимом Бернерс-Ли во время его работы в CERN и распространен броузером Mosaic, разработанным в NCSA. В 1990-х годах он добился особенных успехов благодаря быстрому росту Web. В это время HTML был расширен и дополнен. В Web очень важно использование одних и тех же соглашений HTML авторами Web-страниц и производителями. Это явилось причиной совместной работы над спецификациями языка HTML. [14]

Существуют несколько версий HTML. HTML 2.0 (ноябрь 1995) был разработан под эгидой Internet Engineering Task Force (IETF) для упорядочения общепринятых положений в конце 1994 года. HTML+ (1993) и HTML 3.0 (1995) - это более богатые версии языка HTML. Несмотря на то, что в обычных дискуссиях согласие никогда не было достигнуто, эти черновики привели к принятию ряда новых свойств. Усилия Рабочей группы World Wide Web Consortium по HTML в упорядочении общепринятых положений в 1996 привели к версии HTML 3.2 (январь 1997). Большинство людей признают, что документы HTML должны работать в различных браузерах и на разных платформах. Достижение совместимости снижает расходы авторов, поскольку они могут разрабатывать только одну версию документа. В противном случае возникает еще больший риск, что Web будет представлять собой смесь личных несовместимых форматов, что, в конечном счете, приведет к снижению коммерческого потенциала Web для всех участников. В каждой версии HTML предпринималась попытка отразить все большее число соглашений между работниками и пользователями этой индустрии, чтобы усилия авторов не были потрачены впустую, а их документы не стали бы нечитаемыми в короткий срок.

Язык HTML разрабатывался с той точки зрения, что все типы устройств должны иметь возможность использовать информацию в Web: персональные компьютеры с графическими дисплеями с различным разрешением и числом цветов, сотовые телефоны, переносные устройства, устройства для вывода и ввода речи, компьютеры с высокой и низкой частотой и т.д.

Сам HTML-документ представляет собой текстовый файл. В основе любого World Wide Web - документа лежат дескрипторы. Дескрипторы, которые заключаются в угловые скобки < >, описывают структуру и формат документа. Дескрипторы можно разбить на четыре группы в соответствии с выполняемыми ими функциями. Различают дескрипторы определения, описания, связи и дескрипторы, вызывающие средства мультимедиа.

Но сам по себе язык HTML, на котором создаются документы для Internet'а, является пассивным. Его даже нельзя назвать языком программирования. Он позволяет размещать на Web-страничке текст, картинки, организовывать ссылки, но не позволяет сделать Web-страничку активной. [15]

Таким образом, далее следует рассмотреть средства, позволяющие сделать Web-страничку активной.

Язык Java. Связанные с языком Java технологии завоевали Internet, и вполне заслуженно, потому что они внесли выполняемые элементы в документы World Wide Web. Выполняемые элементы представляют собой программы, которые вложены в эти документы и выполняются внутри них. Именно Java-технология обеспечила возможность встраивать в Web-странички, созданные с помощью языка HTML, небольшие программы на языке Java, называемые аплетами. Язык программирования Java был создан фирмой Sun Microsystems и произошел от языка Oak. [16]

Язык Java является компилируемым. Программа сначала компилируется в архитектурно-независимый байт-код, который потом интерпретируется Web-браузером, поддерживающим Java. Поэтому Java-аплеты могут выполняться практически на всех аппаратных и программных платформах.

Создание языка Java - это действительно один из самых значительных шагов вперед в области разработки сред программирования за последние 20 лет. Язык HTML был необходим для статического размещения страниц во «Всемирной паутине» WWW (World Wide Web). Язык Java потребовался для качественного скачка в создании интерактивных продуктов для сети Internet.

Три ключевых элемента объединились в технологии языка Java и сделали ее в корне отличной от всего, существующего на сегодняшний день:

1. Java предоставляет для широкого использования свои аплеты (applets) - небольшие, надежные, динамичные, не зависящие от платформы активные сетевые приложения, встраиваемые в страницы Web. Аплеты Java могут настраиваться и распространяться потребителям с такой же легкостью, как любые документы HTML.

2. Java высвобождает мощь объектно - ориентированной разработки

приложений, сочетая простой и знакомый синтаксис с надежной и удобной в работе средой разработки. Это позволяет широкому кругу программистов быстро создавать новые программы и новые аплеты.

3. Java предоставляет программисту богатый набор классов объектов для ясного абстрагирования многих системных функций, используемых при работе с окнами, сетью и для ввода-вывода. Ключевая черта этих классов заключается в том, что они обеспечивают создание независимых от используемой платформы абстракций для широкого спектра системных интерфейсов.

Язык Java зародился как часть проекта создания передового программного обеспечения (ПО) для различных бытовых приборов. Реализация проекта была начата на языке С++, но вскоре возник ряд проблем, наилучшим средством борьбы с которыми было изменение самого инструмента - языка программирования. Стало очевидным, что необходим платформо-независимый язык программирования, позволяющий создавать программы, которые не приходилось бы компилировать отдельно для каждой архитектуры, и можно было бы использовать на различных процессорах под различными операционными системами.

Java обладает многими преимуществами, такими, как простота, безопасность, объектная ориентированность, надежность, интерактивность, независимость от архитектуры ЭВМ, высокая производительность, богатая объектная среда. Огромное преимущество Java заключается в том, что на этом языке можно создавать приложения, способные работать на различных платформах. К сети Internet подключены компьютеры самых разных типов - Pentium PC, Macintosh, рабочие станции Sun и так далее. Даже в рамках компьютеров, созданных на базе процессоров Intel, существует несколько платформ, например, Microsoft Windows версии 3.1, Windows 95, Windows NT, OS/2, Solaris, различные разновидности операционной системы UNIX с графической оболочкой X-Windows. Между тем, создавая сервер Web в сети Internet, вы бы наверняка хотели, чтобы им могло пользоваться как можно большее число людей. В этом случае вас выручат приложения Java, предназначенные для работы на различных платформах и не зависящие от конкретного типа процессора и операционной системы. [17]

Программы, составленные на языке программирования Java, можно разделить по своему назначению на две большие группы. К первой группе относятся приложения Java, предназначенные для автономной работы под управлением специальной интерпретирующей машины Java. Реализации этой машины созданы для всех основных компьютерных платформ. Вторая группа - это так называемые аплеты (applets). Аплеты представляют собой разновидность приложений Java, которые интерпретируются виртуальной машиной Java, встроенной практически во все современные браузеры.

Приложения, относящиеся к первой группе (мы будем называть их просто приложениями Java), - это обычные автономные программы. Так как они не содержат машинного кода и работают под управлением специального интерпретатора, их производительность заметно ниже, чем у обычных программ, составленных, например, на языке программирования C++. Однако не следует забывать, что программы Java без перетрансляции способны работать на любой платформе, что само по себе имеет большое значение в плане разработок для Internet.

Аплеты Java встраиваются в документы HTML, хранящиеся на сервере Web. С помощью аплетов можно сделать страницы сервера Web динамичными и интерактивными. Аплеты позволяют выполнять сложную локальную обработку данных, полученных от сервера Web или введенных пользователем с клавиатуры. Из соображений безопасности аплеты (в отличие от обычных приложений Java) не имеют никакого доступа к файловой системе локального компьютера. Все данные для обработки они могут получить только от сервера Web. Более сложную обработку данных можно выполнять, организовав взаимодействие между аплетами и расширениями сервера Web - приложениями CGI и ISAPI. [18]

Для повышения производительности приложений Java в современных браузерах используется компиляция «на лету» - Just-In-Time compilation (JIT). При первой загрузке аплета его код транслируется в обычную исполнимую программу, которая сохраняется на диске и запускается. В результате общая скорость выполнения аплета Java увеличивается в несколько раз.

Язык Java является объектно-ориентированным и поставляется с достаточно объемной библиотекой классов. Так же как и библиотеки классов систем разработки приложений на языке C++, библиотеки классов Java значительно упрощают разработку приложений, представляя в распоряжение программиста мощные средства решения распространенных задач. Поэтому программист может больше внимания уделить решению прикладных задач, а не таких, как, например, организация динамических массивов, взаимодействие с операционной системой или реализация элементов пользовательского интерфейса.

Язык JavaScript. Назначение языка JavaScript - такое же, как и Java - позволить сделать Web-страничку активной. Язык JavaScript не имеет никакого отношения к языку Java, несмотря на схожее название. Java имеет очень немного средств для связи аплетов с браузером, что так необходимо разработчикам в их приложениях, в то время как JavaScript разрабатывался именно для этого. В отличии от Java, JavaScript является интерпретируемым языком. Программа на языке JavaScript размещается прямо в HTML-документе в виде исходного текста и автоматически компилируется в байт-код при загрузке документа в браузер.

Для авторов HTML-документов JavaScript представляет важный шаг вперед на пути к созданию HTML-приложений, которые взаимодействуют с пользователем. Таким образом, главной целью языка JavaScript является обеспечение активного взаимодействия HTML-документов с пользователем. Этот язык не претендует на то, чтобы быть полномасштабным языком программирования, такими как Java и Си. Скорее, он является расширением языка HTML, облегчающим работу пользователя с конкретным браузером. Важен тот факт, что JavaScript-программы действительно являются выполнимым содержимым документов: они физически находятся внутри HTML-документов, в отличие от Java-аплетов, которые существуют вне документов, их активизирующих.

JavaScript появился в конце 1995 года и к настоящему времени стал очень популярным и поддерживается многими браузерами. Язык JavaScript был создан компанией Netscape Communication Corporation в сотрудничестве с компанией Sun Microsystems. Первоначальное название языка JavaScript было LiveScript. Затем, после того как язык Java получил всемирную известность, LiveScript переименовали в JavaScript. Возможно, это было сделано фирмой Netscape из коммерческих соображений: все, что имело в своем названии ключевое слово «Java», вызывало живой интерес. [19]

При разработке языка программирования JavaScript предполагалось, что он будет предназначен для непрофессионалов. По простоте использования JavaScript больше всего напоминает Basic, хотя с помощью него квалифицированные программисты могут решать достаточно серьезные и, что немаловажно, полезные задачи. JavaScript не предназначен для создания автономных программ или аплетов, и в этом он сильно отличается от других языков, таких как С++ или Java. Конструкции JavaScript встраиваются непосредственно в исходный текст документов HTML и интерпретируются браузером по мере загрузки этих документов. Более того, с помощью JavaScript вы можете динамически формировать и изменять текст загружаемого документа HTML. Еще одна важная особенность языка JavaScript - это его объектная ориентированность. И хотя объектно-ориентированные возможности JavaScript заметно беднее, чем в С++ или Java, они все же есть в этом языке. Программистам доступны многочисленные объекты, встроенные в браузер и загруженные в него документы HTML, такие как документы HTML, фреймы, формы, ссылки на другие документы и так далее. Допускается создание собственных классов, а также группирование объектов и структур данных для расширения базовых классов. С помощью конструкций JavaScript, встроенных в документы HTML, можно обрабатывать события. Эти события возникают в результате выполнения пользователем различных операций над документом HTML, загруженным в окно браузера. Это позволяет получать различные визуальные эффекты, например, изменение внешнего вида органов управления, когда над ними находится курсор мыши. Можно предварительно проверять данные, введенных пользователем в полях формы перед их отправкой для обработки на сервер Web, а также выполнять произвольные действия перед загрузкой документа HTML в окно браузера и делать другую полезную работу. [20]