Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Современный период развития общества характеризуется сильным влиянием на него компьютерных технологий, которые проникают во все сферы человеческой деятельности, обеспечивают распространение информационных потоков в обществе, образуя глобальное информационное пространство. Интеграция вычислительной техники и сетевых технологий происходит повсеместно, не являются исключением и учебные заведения. Все больше информационные технологии входят в образовательный процесс.

На пути внедрения информационных технологий стоят несколько факторов. Один из них - низкая подготовленность преподавателей к работе с вычислительной техникой. Не секрет, что многие учителя начальной и средней школы элементарно не умеют пользоваться компьютером, а занятия с применением компьютера производятся в средней школе лишь на уроках информатики по устаревшим учебным программам, что является вторым фактором. Третьей проблемой является то, что за последние 5 лет число детей, умеющих пользоваться компьютером, увеличилось примерно в 10 раз. Как отмечает большинство исследователей, эти тенденции будут ускоряться независимо от школьного образования. Однако, как выявлено во многих исследованиях, дети знакомы в основном с игровыми компьютерными программами, используют компьютерную технику для развлечения. При этом познавательные, в частности образовательные, мотивы работы с компьютером стоят далеко не на первом месте. Таким образом, для решения познавательных и учебных задач компьютер используется недостаточно не только в школе, но и дома.

Таким образом, решив эти проблемы, стоит продвигаться в направлении развития автоматизации и далее, тем самым снизив нагрузку на человеческий фактор. Увеличение числа машин не достаточно для развития в данной области, и следующим фактором замедления развития является недостаточное количество особого программного обеспечения.

Здесь играют роль не только общие пакеты программ, антивирусов и текстовых процессоров, а узкоспециализированные приложения для решения особых задач образовательной деятельности. Одной из таких задач и вообще важнейших особенностей учебного процесса является контроль успеваемости учеников.

Проведение самостоятельных и контрольных работ в крупных учебных заведениях составляет определенную сложность для преподавателя, как при проведении работ, так и при их проверке и оценке. Использование автоматизации в таком случае привело бы к достижению положительных результатов. Основа автоматизации данного вида работы состоит из нескольких важных принципов:

1) Упрощение выдачи заданий;

2) Упрощение проверки;

3) Автоматическое выставление оценки;

4) Облегченный контроль честности выполнения работы,

которые не находят должной реализации и внедрения сегодня по причине отсутствия элементарной программной опоры и обеспечения.

Целью данной работы является разработка компьютерного генератора заданий по теме "Объемы геометрических тел", как узкоспециализированного программного обеспечения для проведения контрольной работы в средней школе.

Основные задачи:

1) Описать особенности проведения контрольной работы в средней школе;

2) Составить алгоритм работы генератора заданий;

3) Создать интерфейс программы.

В качестве языка программирования был выбран C++, поскольку он является наиболее распространенным и удобным для использования языком.

Среда разработки Borland C++ Builder дополняет язык возможностью применения различных технологий программирования, в том числе и объектной, что, несмотря на сложность разработки, делает результат максимально верным, а пользовательский интерфейс наиболее понятным даже неопытным пользователям.

1. Технологии программирования

1.1 История развития технологий программирования

Технология программирования - это совокупность методов и средств разработки (написания) программ и порядок применения этих методов и средств.

На ранних этапах развития программирования, когда программы писались в виде последовательностей машинных команд, какая-либо технология программирования отсутствовала. Первые шаги в разработке технологии состояли в представлении программы в виде последовательности операторов. Написанию последовательности машинных команд предшествовало составление операторной схемы, отражающей последовательность операторов и переходы между ними. Операторный подход позволил разработать первые программы для автоматизации составления программ - так называемые составляющие программы.

С увеличением размеров программ стали выделять их обособленные части и оформлять их как подпрограммы. Часть таких подпрограмм объединялась в библиотеки, из которых подпрограммы можно было включать в рабочие программы и затем вызывать из рабочих программ. Это положило начало процедурному программированию - большая программа представлялась совокупностью процедур-подпрограмм. Одна из подпрограмм являлась главной, и с нее начиналось выполнение программы.

В 1958 году были разработаны первые языки программирования, Фортран и Алгол-58. Программа на Фортране состояла из главной программы и некоторого количества процедур - подпрограмм и функций. Программа на Алголе-58 и его последующей версии Алголе-60 представляла собой единое целое, но имела блочную структуру, включающую главный блок и вложенные блоки подпрограмм и функций. Компиляторы для Фортрана обеспечивали раздельную трансляцию процедур и последующее их объединение в рабочую программу, первые компиляторы для Алгола предполагали, что транслируется сразу вся программа, раздельная трансляция процедур не обеспечивалась.

Процедурный подход потребовал структурирования будущей программы, разделения ее на отдельные процедуры. При разработке отдельной процедуры о других процедурах требовалось знать только их назначение и способ вызова. Появилась возможность перерабатывать отдельные процедуры, не затрагивая остальной части программы, сокращая при этом затраты труда и машинного времени на разработку и модернизацию программ.

Следующим шагом в углублении структурирования программ стало так называемое структурное программирование, при котором программа в целом и отдельные процедуры рассматривались как последовательности канонических структур: линейных участков, циклов и разветвлений.

Процедурное и структурное программирование затронули, прежде всего, процесс описания алгоритма как последовательности шагов, ведущих от варьируемых исходных данных к искомому результату. Для решения специальных задач стали разрабатываться языки программирования, ориентированные на конкретный класс задач: на системы управления базами данных, имитационное моделирование и т.д.

Применение программ в самых разных областях человеческой деятельности привело к необходимости повышения надежности всего программного обеспечения. Одним из направлений совершенствования языков программирования стало повышения уровня типизации данных. Стремление повысить уровень типизации языка программирования привело к появлению языка Паскаль, который считается строго типизированным языком, хотя и в нем разрешены некоторые неявные преобразования типов, например, целого в вещественное. Применение строго типизированного языка при написании программы позволяет еще при трансляции исходного текста выявить многие ошибки использования данных и этим повысить надежность программы. Практически одновременно с Паскалем был разработан язык Си, в большей степени ориентированный на системное программирование и относящийся к слабо типизированным языкам.

Все универсальные языки программирования, несмотря на различия в синтаксисе и используемых ключевых словах, реализуют одни и те же канонические структуры: операторы присваивания, циклы и разветвления. Во всех современных языках присутствуют предопределенные (базовые) типы данных (целые и вещественные арифметические типы, символьный и, возможно, строковый тип), имеется возможность использования агрегатов данных, в том числе массивов и структур (записей).

Изучение различных технологий программирования привело к выбору технологии и подхода к реализации контрольной работы на программном уровне.

1.2 Сущность объектно-ориентированного подхода к программированию

Основные идеи объектно-ориентированного подхода опираются на следующие положения:

- Программа представляет собой модель некоторого реального процесса, части реального мира.

- Модель реального мира или его части может быть описана как совокупность взаимодействующих между собой объектов.

- Объект описывается набором параметров, значения которых определяют состояние объекта, и набором операций (действий), которые может выполнять объект.

- Взаимодействие между объектами осуществляется посылкой специальных сообщений от одного объекта к другому. Сообщение, полученное объектом, может потребовать выполнения определенных действий, например, изменения состояния объекта.

- Объекты, описанные одним и тем же набором параметров и способные выполнять один и тот же набор действий, представляют собой класс однотипных объектов.

С точки зрения языка программирования класс объектов можно рассматривать как тип данного, а отдельный объект - как данное этого типа. Определение программистом собственных классов объектов для конкретного набора задач должно позволить описывать отдельные задачи в терминах самого класса задач (при соответствующем выборе имен типов и имен объектов, их параметров и выполняемых действий).

Таким образом, объектно-ориентированный подход предполагает, что при разработке программы должны быть определены классы используемых в программе объектов и построены их описания, затем созданы экземпляры необходимых объектов и определено взаимодействие между ними.

Классы объектов часто удобно строить так, чтобы они образовывали иерархическую структуру. Например, класс “Студент”, описывающий абстрактного студента, может служить основой для построения классов “Студент 1 курса”, “Студент 2 курса” и т.д., которые обладают всеми свойствами студента вообще и некоторыми дополнительными свойствами, характеризующими студента конкретного курса. Некоторые параметры объекта могут быть локализованы внутри объекта и недоступны для прямого воздействия извне объекта. Например, во время движения объекта-автомобиля объект-водитель может воздействовать только на ограниченный набор органов управления (рулевое колесо, педали газа, сцепления и тормоза, рычаг переключения передач) и ему недоступен целый ряд параметров, характеризующих состояние двигателя и автомобиля в целом.

Очевидно, для того, чтобы продуктивно применять объектный подход для разработки программ, необходимы языки программирования, поддерживающие этот подход, т.е. позволяющие строить описание классов объектов, образовывать данные объектных типов, выполнять операции над объектами.

Опыт программирования показывает, что любой методический подход в технологии программирования не должен применяться слепо с игнорированием других подходов. Это относится и к объектно-ориентированному подходу. Существует ряд типовых проблем, для которых его полезность наиболее очевидна, к таким проблемам относятся, в частности, задачи имитационного моделирования, программирование диалогов с пользователем. Существуют и задачи, в которых применение объектного подхода ни к чему, кроме излишних затрат труда, не приведет. В связи с этим наибольшее распространение получили объектно-ориентированные языки программирования, позволяющие сочетать объектный подход с другими методологиями. В некоторых языках и системах программирования применение объектного подхода ограничивается средствами интерфейса с пользователем.

Наиболее используемыми в настоящее время объектно-ориентированными языками являются Паскаль с объектами и Си++, причем наиболее развитые средства для работы с объектами содержатся в Си++.

Практически все объектно-ориентированные языки программирования являются развивающимися языками, их стандарты регулярно уточняются и расширяются. Следствием этого развития являются неизбежные различия во входных языках компиляторов различных систем программирования. Наиболее распространенными в настоящее время являются системы программирования Microsoft C++ , Microsoft Visual C++ и системы программирования фирмы Borland International.

Изучение объектной среды программирования позволило мне выбрать эту среду как наиболее понятную конечному пользователю, необученному профессиональной работе с компьютерами, что является важным в условиях средней школы.

интерфейс программный генератор блок

1.3 Язык С/C++. Основные сведения

Язык Си был разработан в 70-е годы как язык системного программирования. При этом ставилась задача получить язык, обеспечивающий реализацию идей процедурного и структурного программирования и возможность реализации специфических приемов системного программирования. Такой язык позволил бы разрабатывать сложные программы на уровне, сравнимом с программированием на Ассемблере, но существенно быстрее. Эти цели, в основном, были достигнуты. Большинство компиляторов для Си написаны на Си, операционная система UNIX <также почти полностью написана на Си. Недостатком Си оказалась низкая надежность разрабатываемых программ из-за отсутствия контроля типов. Попытка поправить дело включением в систему программирования Си отдельной программы, контролирующей неявные преобразования типов, решила эту проблему лишь частично.

На основе Си в 80-е годы был разработан язык Си++, вначале названный "Си с классами". Си++ практически включает язык Си и дополнен средствами объектно-ориентированного программирования. Рабочая версия Си++ появилась в 1983 г. С тех пор язык продолжает развиваться и опубликовано несколько версий проекта стандартов Си и Си++.

Рядом фирм, производящих программное обеспечение, разработаны компиляторы для Си и Си++. Системы программирования фирмы Borland International выделяются среди других фирм прежде всего комплексным подходом к разработке программ, выражающимся во включении в систему программирования интегрированной среды разработчика, объединяющей под общим управлением текстовый редактор для ввода исходных текстов программ, компилятор, редактор связей и набор отладочных средств. В 1989 г. этой фирмой была выпущена система Turbo C++, включавшая компилятор Си++, работающий в операционной системе DOS, с 1992 г. выпускаются системы Borland C++, содержащие компиляторы Си++ для DOS и WINDOWS, с 1997 г. поставляется версия Borland C 5.0, содержащая компиляторы Си++ для WINDOWS, причем компилятор для WINDOWS теперь позволяет разрабатывать как 16-разрядные, так и 32-разрядные варианты программ для ПЭВМ с процессорами i486 и Pentium.

Программа на Си/Си++ представляет собой один или несколько исходных файлов, которые могут транслироваться раздельно. Результаты трансляции (объектные файлы) объединяются в исполняемый файл редактором связей (компоновщиком). Обычно различают два типа исходных файлов: файлы заголовков и программные файлы. Файлы заголовков содержат описания типов данных и прототипов функций и предназначены для включения в программные файлы перед их компиляцией, их имена, как правило, имеют расширение .h, например, stdio.h. Программные файлы содержат описания функций и, возможно, глобальных переменных и констант, их имена принято записывать с расширениями .c или .cpp, например, myprog.cpp. Один и тот же файл заголовков может включаться в несколько программных файлов. Каждый файл содержит последовательность так называемых "внешних определений", описывающих типы данных, переменные, константы и функции.

Таким образом, язык С++ наиболее удобен для разработки широкого спектра приложений и походит для написания программного генератора.

2. Проектирование программного генератора заданий контрольной работы по теме «Объемы геометрических фигур»

2.1 Требования к организации контрольной работы с использованием программного генератора

При разработке программного обеспечения необходимо учитывать требования к организации контрольной работе и требованиям к программному генератору. К таким требованиям можно отнести:

1) Программа должна работать на наиболее распространенном программном обеспечении (ОС Windows) и на слабых компьютерах.

2) Обеспечение идентификации личности ученика в виде прохождения процедуры регистрации. Обязателен ввод фамилии, имени и номера класса.

3) Наличие инструкции по работе с программой.

4) Наличие нескольких типов заданий, охватывающих основные дидактические единицы темы «Объемы геометрических тел», изучаемой в средней школе с 9 по 11 классы.

В качестве основных дидактических единиц выделены следующие:

- Объем куба, параллелепипеда и призмы.

- Объемы круглых тел.

- Объемы тел вращения.

- Объем пирамиды.

5) Проверка контрольной работы должна осуществляться в автоматическом режиме. В ходе работы программы ответ ученика сравнивается с числовым решением, полученным программой.

6) Оценивание должно производиться в соответствии с общепринятой пятибалльной шкалой от 2 до 5, принятой в школе. Каждое задание оценивается в 1 балл, при этом каждый балл соответствует шагу оценки, равному 1. Оценка формируется из баллов, полученных в ходе решения заданий. В случае получения менее 3 баллов ученику выставляется оценка 2.

Полученная оценка может быть использована преподавателем для выставления итоговой оценки за работу. По желанию преподавателя, ученик может проходить контрольную работу многократно.

2.2 Структура генератора заданий

Программный генератор заданий состоит из нескольких блоков.

1) Блок меню. Активизируется при запуске программы, и является главным. В нем отображается название. Позволяет осуществлять переход от блока справки. Содержит в себе пункты меню:

«Начать контрольную работу» - позволяет перейти к блоку регистрации;

«Справка» - осуществляет переход к справке;

«Выход» - производит выход их программы.

2) Блок регистрации. Является обязательным, так как на основе него будет сформирован блок результата. Пользователь (ученик) должен заполнить персональные данные, однозначно идентифицирующие его (фамилия, имя, класс). Пропустить регистрацию нельзя. Блок связан с блоком заданий.

3) Блок заданий. Осуществляется решение учеником заданий, проверка и подсчет результата. Задания идут последовательно. Прежде чем перейти на следующее задание нужно решить текущее, вернуться к нерешенному заданию нельзя. Ответ к каждому заданию вписывается учеником в соответствующее поле. Блок связан с блоком результата.

4) Блок результата. Выдача данных ученика и результатов решения контрольной работы. Оценивается выполнение каждого задания, суммируется количество выполненных заданий и выводится оценка. Подсчеты производятся в соответствии с требованиями к программному генератору. Блок результата связан с главным блоком и блоком заданий.

5) Блок справки. Содержит инструкцию по работе с программой. Вызывается из главного блока.

2.3 Алгоритм работы программного генератора

Рисунок 1. Алгоритм работы программы

2.4 Интерфейс работы программы

2.4.1 Главный блок и блок справки

Интерфейс программы представляет собой дружественную среду для работы пользователя в системе. Программа представляет собой прямоугольное окно, выполненное в светлых тонах. Кнопки расположены в соответствии с каждым блоком.

На главном блоке в центре в несколько строк расположены кнопки «Регистрация», «Справка» и «Выход». Кнопка «Регистрация» по умолчанию является активной (при нажатии Enter при открытом окне программы кнопка будет задействована).

Вверху страницы написан текст приветствия («Добро пожаловать в компьютерный генератор заданий» и тема: «Объемы геометрических тел»).

В приветствии и кнопках используется шрифт Arial размера 14 (заголовок 16). Окно помещается по центру экрана без возможности его сдвинуть.

Рисунок 2. Главный блок

2.4.2 Блок регистрации

При переходе в блок регистрации пользователь вводит фамилию, имя и класс в соответствующие поля. Не заполнив поля регистрации нельзя перейти на блок заданий. При нажатии на кнопку «Начать» происходит проверка пустых полей. Если поля не обнаружены, блок сворачивается, открывается блок заданий.

Рисунок 3. Блок регистрации

2.4.3 Блок заданий

В блоке заданий используется кнопка «Далее» для перехода на следующее задание. В целях контроля честности переход на предыдущее задание невозможен. Задания расположены в порядке возрастания сложности. При каждом нажатии на кнопку «Далее» программа проверяет введенный результат, сравнивая его с самостоятельно посчитанным значением.

В блоке заданий вверху располагается номер задания, чуть ниже - текст самого задания, включая сгенерированные переменные. Справа внизу находится поле ответа. Ниже справа находится кнопка «Далее», для выдачи следующего задания или перехода в следующий блок (в зависимости от решения работы). Слева находится кнопка «Назад» для перехода в блок «Регистрации». Следует учесть, что при нажатии на кнопку «Назад» данные регистрации обнуляются. Это сделано для того, чтобы при ошибочном запуске (была введена фамилия другого студента) данные генератора не сохранялись.

На основе дидактических единиц, описанных в требованиях к проведению работы были выбраны 5 заданий по определенным темам:

Параллелепипед. Параллелепипедом называется призма, основание которой параллелограмм. Параллелепипед имеет шесть граней, и все они -- параллелограммы. Параллелепипед, четыре боковые грани которого -- прямоугольники, называется прямым. Прямой параллелепипед у которого все шесть граней прямоугольники, называется прямоугольным. Объём прямоугольного параллелепипеда равен произведению трёх его измерений.

Пример: Высота прямоугольного параллелепипеда в два раза больше длины, а ширина равна длине. Найдите объем фигуры, если длина равна a. (Vпп=a*a*2a)

Шар или сфера. Шаровой, или сферической поверхностью (иногда просто сферой) называется геометрическое место точек пространства, равноудаленных от одной точки - центра шара. Объем шара равен объему пирамиды, основание которой имеет ту же площадь, что и поверхность шара, а высота есть радиус шара

Пример: Найдите объем шара радиусом b. (Vш=4/3*pi*r*r).

Куб. Прямоугольный параллелепипед, все грани которого - квадраты, называется кубом. Все ребра куба равны. Объем куба равен кубу его ребра.

Пример: Найдите объем куба со стороной c. (Vk=b*b*b).

Тела вращения. Круглый конус может быть получен вращением прямоугольного треугольника вокруг одного из его катетов, поэтому круглый конус называть также конусом вращения. Объем круглого конуса равен трети произведения площади основания S на высоту H.

Пример: Найдите объем конуса с высотой, равной двум радиусам (Vk=1/3*pi*2h*2h*h)

Пирамиды. Пирамида -- это многогранник, у которого одна грань -- основание пирамиды -- произвольный многоугольник, а остальные -- боковые грани -- треугольники с общей вершиной, называемой вершиной пирамиды. Объем пирамиды равен одной трети произведения площади основания S на высоту h.

Пример: Найдите объем пирамиды, в основании которой лежит квадрат со стороной s, и высотой 3s. (Vп=1/3*s*3s).

Данные вопросы рекомендованы к решению ученикам 9-11 классов средней школы и составляют минимальный набор знаний выпускника средней школы.

Рисунок 3. Блок заданий

Переменная в каждой задаче формируется с помощью генератора случайных чисел от 1 до 10. Выход из блока заданий происходит при нажатии кнопки («Далее») после решения всех 5 заданий. При нажатии на кнопку «Назад» следует переход в «Регистрацию», а данные регистрации удаляются.

2.4.4 Блок результата

Блок результата имеет несколько полей, напротив номеров заданий, в которых происходит расшифровка результатов. Окончательный балл программа выставляет в соответствии со значением Х. Минимальный балл, описанный в требованиях к программному генератору - 3 решенные задачи. Поэтому, если Х меньше трех, контрольная считается нерешенной, выставляется оценка 2.

Фамилия, имя и класс ученика отображаются сверху, под заголовком блока. Подсчитанные данные о результате выдаются строками, т.е. напротив номера задания пользователь видит сообщение «Верно» или «Не верное», при верном или неверном решении соответственно. Ниже номеров заданий находится общая оценка (Поле «Ваша оценка:» и собственно оценка»). Справа находятся кнопки «Закрыть» (для закрытия программы) и «В начало» для перехода на главный блок. Программа готова к новому циклу работы.

Рисунок 4. Блок результата

Заключение

В ходе выполнения курсовой работы были изучены технологии программирования, особенности языка объектно-ориентированного программирования С++ и разработан компьютерный генератор заданий по теме: "Объемы геометрических тел", как узкоспециализированное программное обеспечение для проведения контрольной работы в средней школе. В ходе разработки программы были получены следующие результаты:

1) Сформированы особенности проведения контрольной работы, нашедшие отражение в функциональных возможностях программного генератора;

2) Составлен алгоритм работы генератора заданий, позволяющий формировать 5 типов заданий и оценивать знания ученика в соответствии с особенностями проведения контрольной работы;

3) Создан интерфейс программы, имеющий удобные навигационные возможности и понятный для проведения контрольной работы.

Список использованной литературы

1) Григорьев С.Г. Шаг на пути к системе обучения "Информатизации образования" // С.Г. Григорьев. - М.: ИСМО РАО, 2005. - 222 с.

2) Тихонов А.Н. Информационные технологии и телекоммуникации в образовании и науке // А.Н. Тихонов. - М.: ЭГРИ, 2007. - 250 с.

3) Архангельский А.Я. Программирование в C++Builder 6 // А.Я. Архангельский. - М.: Издательство БИНОМ, 2010. 1152 с.

4) Сурушкин М.А. Решение типовых задач по программированию: практическое пособие / М. А. Сурушкин, Л. В. Рядинская - Белгород: ИПК НИУ «БелГУ», 2011. - 145 с.

5) Орлов С.А. Технология разработки программного обеспечения: Учебник для вузов. // С. А. Орлов - Спб.: Питер, 2004. - 527 с.

Размещено на Allbest.ur