Размещено на http://www.allbest.ru/

Оглавление

Введение

1. Анализ предметной области

1.1 Краткая характеристика МИЭМ НИУ ВШЭ

1.2 Описание предмета «Схемотехника»

1.3 Анализ разработки

1.4 Постановка задач для авторов

1.5 Анализ существующих программ для использования в учебном процессе, во время аудиторных занятий

1.6 Описание выбранного языка программирования и среды разработки программы

1.7 Описание выбранной СУБД

1.8 Выводы по главе

2. Разработка программы и структуры БД

2.1 Разработка программной части

2.2 Информационное обеспечение

2.3 Требования к программному и техническому видам обеспечений

2.4 Выводы по главе

3. Сопроводительная документация программного продукта

3.1 Общие сведения

3.2 Инструкция для работы с тестами

3.3 Инструкция для работы с модулем отображения результатов анализа схем

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Целью выпускной квалификационной работы является разработка программной системы для учебно-методического комплекса в МИЭМ НИУ ВШЭ.

Основываясь на современных требованиях, которые предъявляются к качеству знаний студентов, следует признаться, что эффективная работа по обучению студентов практически полностью зависит от уровня оснащения университета информационными средствами на базе компьютерных систем автоматизированного учета обучения.

Одно из главных мест в обучении занимают базы данных и программное обеспечение, которое связанно с их использованием в качестве инструмента для автоматизации учета знаний студентов университета. Применение специализированных программ дает возможность сократить время, необходимое на подготовку различных производственных проектов, снизить затраты при их реализации, а также обезопаситься от возможности появления ошибок в подготовке документации.

Проведение аттестации учащихся в учебных заведениях, рабочего персонала на предприятиях и организациях становится общепризнанным способом оценки результативности труда. Во многих организациях регулярно проводятся различных аттестационные интервью или собеседования. Главной целью такого собеседования является налаживание обратной связи со студентом, чтобы ознакомить его с мнением преподавателя о его уровне знаний.

Аттестационные собеседования предназначены для оценки знаний, и полученная оценка позволяет определить уровень подготовки. Помимо этого, данный способ оценки, способствует установлению коммуникационных связей между студентами и преподавателями с помощью обсуждения результатов оценки.

В конечном счете, данный способ оценивания может быть полезен при разработке средств отбора абитуриентов, преподавателей и работников.

Качество выполняемой работы, количество и целостная оценка результатов - все это служит критериями выше названной оценки. Они являются показателями, по которым определяется результативность работы, а не личностного критерия.

В связи с поставленной целью данной выпускной квалификационной работы можно определить следующие задачи:

– исследовать основные принципы проведения проверки знаний студентов;

– выявить слабые места при подведении итогов тестирования для последующей автоматизации;

– спроектировать базу данных для хранения необходимой информации;

– исключить текущие ошибки в работе действующей программы.

Аналитическая информация о текущем состоянии полученных результатов после прохождения тестирования студентов необходима преподавателю для проверки знаний студентов, формирования необходимых отчетов, выводов и правильных решений, именно поэтому выбранная тема исследования является актуальной.

На данный момент времени на российском рынке программного обеспечения предлагается большое количество готовых программных продуктов для автоматизации проверки знаний и проведения обучения студентов, то есть развитие автоматизированных систем, выполняющих функции аттестации, не стоит на месте, а идет вперед.

Современная программа для проведения обучения и тестирования студентов должна выполнять следующие функции:

– работа со справочной информацией;

– возможность формировать тесты на конкретную тему и с использованием различных направлений знаний;

– возможность задавать вопрос в виде текста и с помощью рисунка;

– хранение и отображение лекций, литературы по каждой теме;

– возможность указывать для каждого вопроса определенный балл за правильный вариант ответа в зависимости от сложности;

– формирование отчетов с выгрузкой в удобные формы отображения: Word и Excel.

Практическая значимость программной системы для учебно-методического комплекса состоит в обучении и тестировании студентов, а также в возможности внедрения данной программной системы в МИЭМ НИУ ВШЭ.

1. Анализ предметной области

1.1 Краткая характеристика МИЭМ НИУ ВШЭ

МИЭМ НИУ ВШЭ -- институт с очень богатой историей, который готовит будущих специалистов для высокотехнологичных отраслей промышленности. В состав педагогического коллектива МИЭМ входит шесть академиков РАН, три члена-корреспондента РАН, а также 34 лауреата государственных премий Российской Федерации. Налажены близкие взаимоотношения с ведущими отраслевыми институтами, институтами РАН, мировыми компаниями, такими как National Instruments, InfoWatch, Zyxel, QNAP, Altium Limited, а также оснащенные современной техникой лаборатории: это 3D визуализации; лазерных технологий; телекоммуникации; кибербезопасности, с помощью их осуществляется подготовка востребованных хороших специалистов [1].

Сама история МИЭМ начинается с 1962 года. Двенадцатого апреля вышло постановление ЦК и Совмина СССР «О развитии радиоэлектроники в стране», как раз, одним из пунктов которого означало создание Московского института электронного машиностроения на базе Московского вечернего машиностроительного института для подготовки специалистов, необходимых Госкомитету по электронной промышленности СССР. В то время ректором МИЭМ был назначен декан факультета электронных вычислительных устройств и средств автоматики Московского инженерно-физического института Евгений Арменский, а 28 июня уже был издан его первый приказ.

При формировании лабораторной базы были привлечены преподаватели из других университетов города Москвы. Предприятиями Министерства электронной промышленности было предоставлено новейшее оборудование для внедрения в институт, а затем в различные отрасли. Для начала, на три основных факультета с дневной формой обучения, а именно электровакуумного машиностроения, радиотехники и вычислительной техники - были набраны абитуриенты с 1 по 4 курс.

Основной задачей МИЭМ было подготовить специалистов для передовых предприятий, где главным требованием была отличная математическая подготовка. В 1968 г. сформирован новый факультет прикладной математики, являющимся одним из первых в СССР. Затем данные факультеты стали появляться в МГУ, МФТИ, МИФИ.

Кафедры МИЭМ открывались на производственных предприятиях, конструкторских бюро с целью проведения научных исследований, которые впоследствии были использованы для нужд «оборонки». Например, в 1983 году за одну из разработок в области электровакуумной техники была получена Государственная премия.

В 1993 году Московский институт электронного машиностроения был переименован в Московский институт электроники и математики, тем самым, сохранив аббревиатуру МИЭМ, а еще ранее третий факультет (радиотехнический) переименовали в факультет информатики и телекоммуникаций. Затем открылся еще один факультет экономико-математический, в котором в основном обучались «коммерческие» студенты.

В целях увековечивания памяти директора и научного руководителя МИЭМ НИУ ВШЭ Александра Тихонова Ученый совет НИУ ВШЭ решил присвоить МИЭМ НИУ ВШЭ имя А.Н.Тихонова и создать отдел истории и развития МИЭМ НИУ ВШЭ [1].

1.2 Описание предмета «Схемотехника»

Схемотехника является научно-техническим направлением, которое предназначено для проектирования, создания и отладки электронных схем и устройств различного назначения. Главная и важная задача схемотехники состоит в разработке структур электронных схем, которые обеспечивают выполнение определенных функций, и соответственно расчёт параметров входящих в них элементов.

Под схемотехникой следует понимать дисциплину, на основе которой происходит изучение основ построения аппаратных средств цифровых устройств. Данная дисциплина предполагает изучение работы логических элементов и элементной базы цифровых устройств, основных комбинационных и накапливающих узлов, триггеров, а также принципов организации и функционирования полупроводниковой памяти.

Основной целью дисциплины с учётом выше описанного материала является изучение принципов построения, совместной работы и методов проектирования различных узлов и устройств ЦВМ, а также микропроцессорных систем.

В наше время уже разработаны программы, предназначенные для моделирования, которые позволяют использовать различные средства проверки работоспособности схем. То есть, существует возможность формирования сигналов с помощью моделей механических ключей, осуществлять контроль состояний как входных, так и выходных сигналов используя модели логических пробников.

1.3 Анализ разработки

Общие сведения

Разработка программной системы для учебно-методического комплекса с целью обучения и тестирования знаний студентов в МИЭМ НИУ ВШЭ производится на основании программы учебной дисциплины. Программная система разрабатывается для конкретного университета с учетом специфики организации рабочего процесса, её создание будет способствовать повышению эффективности контроля знаний студентов в университете. На данный момент организация учебного процесса требует дополнительных улучшений, а именно усовершенствования учебных мест пользователей-студентов, которые используют ПК в процессе обучения различным дисциплинам.

Модель является одним из первых этапов реализации комплекса системы электронного обучения, который в будущем предназначен для использования в различных ВУЗах. Главным назначением системы является реализация усовершенствованного подхода к обучению с возможностью получать образование в любом удобном для пользователя месте. Область применения - учет и повышение знаний студентов МИЭМ НИУ ВШЭ.

Анализ системы E-learning

За основу был взят функционал дистанционного обучения «e-learning». Направление электронного обучения (e-learning) осуществляет передачу знаний и управление процессом обучения с использованием самых новых и современных информационных и телекоммуникационных технологий. В процессе электронного обучения применяются различные способы доставки информации: сети Интернет, корпоративные сети компаний и оптические диски.

Система электронного обучения включает в себя:

· программное решение;

· аппаратное решение.

Она предполагает наличие специальной базы данных, где содержится учебный контент и системы мониторинга обучения[3].

Рассматриваемая система электронного обучения представлена тремя стандартными модулями:

– системы управления обучением (LMS - learning management system);

– учебного контента (электронных курсов);

– авторских средств (authoring tools);

– система управления обучением (LMS).

Система LMS представляет собой оболочку доступа пользователей к содержанию учебных программ и курсов, а также она позволяет пользователю, наделенному правами администратора обучения, организовывать оперативный контроль над режимом обучения всей компании или предприятия в целом. Данный момент достигается за счет разграничения прав доступа к системе.

Пользователи выполняют персональную регистрацию, во время которой получают индивидуальное имя пользователя (логин) и пароль. С помощью данной информации осуществляется доступ к учебному ресурсу и, соответственно, к своей статистике обучения. LMS выполняет регистрацию пользователя, выбранных им курсов, фиксирует время начала и конца прохождения обучения каждого курса, заработанные баллы в результате предварительного тестирования и тестирования после прохождения обучения [3].

LMS обеспечивает доступ пользователям к содержанию курсов, а также, она позволяет разработчику или администратору обучения осуществлять оперативный контроль над самим процессом обучения всех обучающихся.

Кроме того, LMS предоставляет право администратору создавать отчет по учебному процессу, на основе которого, в дальнейшем, возможно сделать выводы об эффективности инвестиционных вложений в обучение.

Основной задачей LMS является возможность воспроизводить готовые курсы от разнообразных производителей, поэтому существуют определенные стандарты для создания учебного контента, например, SCORM (Sharable Content Object Reference Modeаl), а также ISM, AICC, каждый из которых поддерживается, развивается и имеет всеобщее признание.

Авторские средства (authoring tools).

Для создания программных продуктов необходимы средства и различные инструменты для разработки учебного контента. В качестве таковых рассматривают и выделяют такие разновидности как:

· редакторы учебных курсов;

· средства для создания презентаций;

· средства для создания тестов, анкет и опросных листов;

· средства для захвата изображения с монитора;

· средства для проведения онлайн уроков.

Путем применения данных средств, преподаватели создают электронные пособия, презентации, тесты, видео - уроки и многое другое, что впоследствии помещается в базу данных LMS.

Создание учебного контента - это наиболее сложный процесс на этапе внедрения электронного обучения. В настоящее время в России таких компаний пока немного, чуть более двадцати.

Предлагаемое направление разработки

На основе выполеннного обзора по выявлению преимуществ дистанционного обучения (e-learning) выделим следующие критерии, на которые следует обратить внимание при разработке новой системы:

- должны присутствовать режимы обучения и тестирования;

- в программе планируется организация двух рабочих мест: работа для студентов, которые могли бы открывать и изучать элетронный учебный материал (лекции), а также проходить тестирование по подготовленным режимам тестов; для преподавателей, которые будут разрабатывать новые вопросы и тесты, заполнять базу данных необходимой информацией для обучения и формировать отчеты о результатах прохождения тестирования;

- программная разработка и хранение готового графического материала должны быть представлены в виде электрических схем для обучения учащихся;

- удобный режим моделирования для составления электрических цепей;

- автоматическое формирование отчетов по результатам прохождения тестирования каждым пользователем в удобных форматах для просмотра: Word и Excel.

После того, как были выделены цели в данной работе, следует приступить к определению всех задач в разделе «Постановка задачи».

1.4 Постановка задач для авторов

В данном разделе описывается вклад в подготовку ВКР каждого студента, выполняющего групповую работу. Обязанности до начала написания ВКР были согласованы с научным руководителем и, в соответствии с этим, распределены между авторами данной ВКР.

Разрабатываемое программное обеспечение должно представлять полную функционирующую систему, предназначенную для составления электрических схем и обслуживания базы данных, а именно:

- обучение и контроль знаний по предмету «Схемотехника»;

- возможность создания электрических схем;

- хранение готовых графических изображений электрических схем;

- ведение истории прохождения тестов пользователями;

- режим обучения, состоящий из содежимого файлов (форматов doc, rtf, pdf и txt) с лекциями и списка литературы;

- составление отчетной документации по результатам работы.

Широков А.В. разработал модуль графического отображения движения зарядов в наборе схем. Основные возможности данного модуля заключаются в том, что они позволяют пользователю выбрать конкретную схему и вывести в графическом интерфейсе чертеж схемы, с отображением процесса. Для реализации этого модуля Широковым А.В. были выполнены следующие шаги:

– реализация алгоритмов отображения параметров на основе входных данных схемы;

– проектирование заданных схем в редакторе с последующим воспроизведением показателей схемы;

– тестирование модели.

Результатом его разработки является модуль, способный выполнить отображение движения зарядов в изучаемой схеме.

Перед Черкасовым В.А. поставленной задачей была разработка конструктора принципиальных электронных схем, который предоставляет удобный способ компоновки и вывода элементов, но не проверяет корректность составленной схемы. Определены следующие требования для конструктора:

– создание схемы выполняется визуальным образом, путем буксирования элементов и их соединения проводниками;

– элементы могут быть передвинуты, развернуты по горизонтали/вертикали, а также подписаны текстом;

– готовая схема должна сохраняться в файл.

Первой общей задачей для авторов являлась разработка модуля моделирования принципиальных электрических схем, который позволяет выполнять теоретический расчет некоторых типовых электрических схем, заданных в программном коде. Модуль позволяет выбрать конкретную схему, вывести в графическом интерфейсе чертеж схемы, а также изменять параметры количественно/качественно и строить графики силы тока, напряжения.

Второй задачей для Черкасова В.А. и Широкова А.В. являлась разработка базы данных с помощью средства СУБД Access. Определены режимы работы программной системы: администратор (настройка системы, тестов), обучение, тестирование.

Программа должна выполнять следующие операции:

- во время работы с программой права студентов и преподавателей должны быть распределены в соответствии с выполняемыми функциями. Для входа в программу следует использовать логин и пароль. Полные права во время работы в программе должны иметь преподаватели;

- регистрация в информационной базе стдентов и преподавателей учебного заведения;

- в режиме обучения предусмотреть показ текста лекций в формате Word (rtf и doc), pdf и текствый формат;

- предусмотреть несколько разнонаправленных тем по предмету при прохождении итоговых вопросов;

- время тестирования должно быть управляемым с помощью ручной корректировки;

- удобный и гибкий поиск необходимой информации в базе данных;

- экспорт отчета и данных в программы Microsoft Word и Microsoft Excel;

- для доступа к данным из приложений ИС использовать язык запросов SQL и технологию ADO[5].

Разрабатываемое программное обеспечение должно обеспечивать:

- создание и ведение следующих справочников: группы, в которых учатся студенты, пользователи; лекции, список необходимой литературы, вопросы теста. Реализовать функционал (создание, редактирование, удаление) для работы со справочными данными;

- запрещение удаления информации (режим удаления данных с контролем перекрестных ссылок). Чтобы нельзя было удалить информацию из справочников, если по данной записи имеются связи с другими записями в базе данных;

- работа системы в режиме администратора (преподавателя), наделенного всеми правами в разрабатываемой системе, и обычного пользователя, которому даны права только на просмотр разрешенных данных системы и возможность прохождения тестирования;

- все отчеты должны сохраняться в соответствующие папки в каталоге с программой.

Новая разработанная программная система должна удовлетворять следующим критериям: эффективность, регулярное обновление, умеренная чувствительность к изменению среды.

1.5 Анализ существующих программ для использования в учебном процессе, во время аудиторных занятий

Для решения поставленной задачи по разработке программной системы одним из возможных вариантов является одновременное использование нескольких программ, имеющих различное функциональное назначение.

На данный момент на рынке программного обеспечения существует много готовых продуктов, выполняющих задачи по построению электрических схем, дистанционному обучению и прохождению аттестации людей. Чтобы поближе познакомиться с функционалом будущей разрабатываемой системы был рассмотрен следующий перечень программного обеспечения:

1. LTspice - это универсальная среда, которая имеет возможность создания электрических схем с интегрированным симулятором смешанного моделирования.

Данная программа позволяет заменять ранее созданные компоненты, а также задавать параметры электронных схем. Помимо этого имеется возможность проверки работоспособности новых вариантов схем и выбор наиболее рационального решения. LTspice позволяет загружать список соединений, которые созданы другими инструментами для рисования схем [2]. Редактор включает в себя полную библиотеку компонентов компании Linear Technology Corporation и имеет иерархическую структуру. Размер схем ограничивается только ресурсами компьютера.

Редактор дает возможность проводить:

- амплитудно-частотный анализ переходных процессов;

- спектральный анализ;

- анализ гармоник;

- спектральный анализ шумовых характеристик в выбранной точке схемы.

Для проектирования печатных плат предусмотрено построение списка соединений с функцией упорядочивания следования имен выводов. Одним из главных минусов программы является неудобный интерфейс, что, конечно же, затрудняет обучение начинающего пользователя.

Редактор LTspice был разработан компанией Linear Technology, которая основалась в 1981 году в штате Калифорния. Данная компания специализируется на производстве линейных интегральных схем - источники и регуляторы напряжения, компараторы, усилители, линейные регуляторы, зарядные устройства батарей, монолитные фильтры, Ethernet-контроллеры, конвертеры DC-DC и данных.

Дистрибутив программы включает в себя готовые примеры схем и руководство пользователя. Ключевой язык интерфейса - английский[2].

2. Stepik (Стэпик) -- это платформа с бесплатными онлайн-курсами. Платформа содержит в себе огромное количество курсов по программированию, физике, биологии и т.д.

Курсы состоят из уроков, сгруппированных в тематические модули, однако уроки могут существовать отдельно и собираются в библиотеку на платформе. Уроки состоят из шагов, которые могут представлять собой текст, видео-лекцию или практическое задание. На платформе можно использовать 20 типов заданий, включая тесты, числовые задачи, задания с математическими формулами и химическими уравнениями, пазлы, задачи на программирование.

В 2015 году на платформе стартовала онлайн-программа «Основы программирования», которая состоит из 12 курсов по основам математики и программирования. После завершения обучения пользователю выдается полноценный диплом о профессиональной переподготовке СПбАУ РАН.

3. Модуль «Дистанционное обучение» (WebSoft) - это система дистанционного обучения, которая поддерживает разнообразные способы планирования обучения.

Этапы процесса:

- создатель - заказчик фомирует электронные учебные курсы и тесты;

- разработанный набор курсов может быть опубликован на Учебном портале;

- планирование обучения может осуществляться по заявкам пользователей, а также через механизм самоназначения открытых курсов;

- после назначения курса одним из перечисленных выше способов пользователь получает уведомление по электронной почте и приступает к обучению. Система запоминает все основные этапы процесса обучения;

- менеджер по дистанционному обучению получать различные аналитические данные;

- система отсылает различные уведомления - напоминания сотрудникам, руководителям, ответственным за обучение в самых разных ситуациях - при назначении обучения, истечении сроков, отведенных на изучение курса, настпулении определенного времени и т.п.;

- в модуле «Учебный центр» возможно формирование модульных программ смешанного обучения из электронных и очных учебных курсов;

- самостоятельное изучение электронных курсов может быть дополнено проведением вебинаров с помощью модуля «Виртуальный класс».

Одним из самых эффективных способов контроля знаний работников является компьютерное тестирование, например WebTutor. Все ответы на вопросы в процессе тестирования сохраняются в базе данных и доступны для анализа и контроля HR-специалистам, руководителям, а также самому сотруднику. Тестирование может проводиться не только в процессе дистанционного обучения, но и при проведении очного обучения (до, после и во время учебного меропориятия). Тестирование можно проводить не только в компьютерном классе, но и без компьютеров, используя специальное оборудование для тестирования с помощью пультов дистанционного управления.

Детальный анализ и контроль результатов ведется не только в процессе итогового или промежуточного тестирования, но и при изучении электронных курсов. Система ведет учет всей статистики, передаваемой курсом в соответствии со стандартом SCORM, в том числе, и детальную информацию об ответах на все вопросы внутри курса. Эта информация может быть проанализирована с помощью отчетов системы.

4. Программа «Аттестация» компании Proself. В программе разработана удобная оболочка тестов с разнообразным функционалом. С помощью программы можно решить различные задачи, которые имеют связь с тестированием: проведение аттестации рабочего персонала, тестирование во время приема на работу, оценка и контроль знаний персонала, проведение аттестационного тестирования, конфиденциальное анкетирование персонала и т.д.

Данный продукт осуществляет централизованное тестирование на компьютере для большого количества пользователей, позволяет собрать все необходимые данные вместе, выявляет существующие закономерности в зависимовсти от целей и задач тестов, а также имеется возможность формировать отчеты с результатами разного характера. В программе «Аттестация» разработан хороший редактор тестов, с его помощью можно легко и быстро импортировать любые тесты, он так же включает мастер анализа результатов.

Рассмотрим возможности программы для тестирования:

- позволяет проводить одновременное тестирование сразу для нескольких пользователей в зависимости от вида лицензии;

- возможности программы можно использовать при следующих вариантах: аттестационное тестирование сотрудников компании (аттестация), тестирование при отборе работников на трудоустройство, проводить дистанционный контроль знаний в учебных заведениях, а также проведение опросов, голосований и т.д.;

- настройка пользовательских профилей с необходимыми статусами полномочий в программе;

- назначение определенных заданий между аттестуемыми студентами;

- сохранение конфиденциальности полученных результатов тестирования;

- возможность формирования полученных результатов тестирования в программах MS Office Word и Excel;

- реализованы механизмы импорта и экспорта тестов для следующих видов файлов: текстовый, документ MS Word, MS Excel;

- с помощью мастера анализа результатов тестирования можно будет отследить существующие закономерности: отображение рекомендаций, подсказок и указаний об ошибках в тесте;

- существует ведение мониторинга действий пользователей в системе;

- интерфейс программы является удобным и понятным;

- настройка сетевого тестирования выполняется довольно просто и не требует каких-то специальных знаний;

- обработки данных и операции в программе выполняются моментально, без задержек;

- для работы не требуются специальные требования к системным ресурсам и аппаратной части компьютера;

- анализ и написание подробных интерпретаций результатов в разрезе каждого аттестуемого на основании полученных отчетов и протоколов тестирования;

- организована техническая поддержка продукта, которая работает в режиме реального времени круглосуточно;

- при наличии лицензии данного продукта высылаются бесплатные последующие обновления[4].

Задачей настоящей выпускной квалификационной работы является решение проблемы аттестации студентов для конкретного образовательного учреждения МИЭМ НИУ ВШЭ.

Таблица 1 Сравнение функционала аналогов существующих автоматизированных систем (общее представление)

Название	Преимущества	Недостатки
LTspice	Программа позволяет быстро менять компоненты и параметры электронных схем, испытывать работоспособность новых вариантов, находить оптимальные решения. Возможна загрузка списка соединений, сгенерированного другими инструментами для рисования схем или созданного вручную (расширения *.sp, *.cir, *.net или *.but).	Цена продукта и стоимость внедрения оценивается слишком дорого. Программа сложная в обучении, на моделирование электрической схемы уходит большое количество времени.
Stepik	Курсы состоят из уроков, сгруппированных в тематические модули. Уроки состоят из шагов, которые могут представлять собой текст, видео-лекцию или практическое задание. Программа не имеет временных ограничений.	Функционал системы не охватывает все запрашиваемые требования. Необходимо дорабатывать систему. Заказные доработки стоят дорого.
WebSoft	Система фиксирует все этапы процесса обучения. Детальный анализ и контроль результатов. Тестирование можно проводить без компьютеров, используя специальное оборудование для тестирования с помощью пультов дистанционного управления.	Программа неудобная в использовании для обычных пользователей. Исходный код программы не доступен для изменения. Отсутствует режим составления электрических схем с помощью встроенных графических радиоэлементов.
Proself	Позволяет проводить одновременное тестирование сразу для нескольких пользователей в зависимости от вида лицензии. Анализ и написание подробных интерпретаций результатов в разрезе каждого аттестуемого на основании полученных отчетов и протоколов тестирования.	Работы по внедрению и доработка функционала требует финансовых затрат. Исходный код программы является закрытым. Отсутствует возможность вносить коррективы в содержание отчетов без привлечения разработчиков системы.

В результате, после получения итогов сравнения рассмотренных существующих программ было принято решение разработки своей программной системы для проведения обучения и тестирования студентов. Новая программа должна быть удобная и простая в применении. В будущем планируется программу усовершенствовать, вносить необходимые изменения в функционал программы, разрабатывать различные формы отчетов, которые нужны для преподавателей.

1.6 Описание выбранного языка программирования и среды разработки программы

Данная программная система была разработана с использованием среды программирования Delphi 7.

Borland Delphi является популярным средством разработки в России. Delphi использует самые развитые и современные средства для работы с базами данных. Это конечно технология ADO.NET, она поддерживается в CLR (Common Language Run-time), которая является общеязыковой средой исполнения в технологии .NET) [7].

С помощью возможностей данной среды разработки можно создавать разные типы программ, например, консольные приложения.

Borland Delphi предназначена для работы в операционных системах семейства Windows. Весь исходный код в Delphi пишется на языке программирования высокого уровня Object Pascal, являющийся преемником и развитием языка Turbo Pascal. В продуктах Delphi и Object Pascal представлены самые современные компьютерные технологии. Это значит, что с помощью Delphi создают самые консольные приложения, а также приложения для работы с базами данных, Internet и других.

Редактор Delphi можно использовать параллельно с другими инструментами. Пожалуй, наиболее мощным из них можно считать утилиту CodeInsight, она позволяет существенно уменьшить объем и облегчить труд при вводе с клавиатуры программного кода. Данный инструмент построен на использовании информации компилятора, а не библиотеки типов (как в Visual Basic), поэтому область его применения значительно шире. В Delphi имеются удобные средства управления графической средой отладки, которые позволяют во время отладки программ позволяют размещать и пристыковывать окна в любом удобном месте, сохранять информацию о полученной конфигурации в виде поименованной группы параметров настройки рабочего стола [8].

Популярность Delphi связана с тем, что она освободила разработчика от трудоемкой разработки внешнего вида программы, позволив сосредоточиться на сути решаемых задач. Delphi универсален и предоставляет каждому свое, обеспечивая простоту и ясность при высокоуровневом программировании и оставляя, в случае необходимости, возможность эффективного и нестандартного программирования.

Delphi обладает значительными аспектами:

- качеством визуальной разработки;

- скоростью работы;

- мощностью языка программирования и его сложностью;

- гибкость и масштабируемость используемой архитектуры базы данных;

- наличием поддерживаемых средой разработки шаблонов проектирования и использования.

1.7 Описание выбранной СУБД

Для удобного представления данных, сведений об объектах, различных процессах и сведениях используются базы данных.

Для организации работы с данными используют возможности систем управления базами данных (СУБД), для которых основными задачами являются определение структуры базы данных, а также управление и обработка данных.

Реляционная модель отличается простотой и единообразием представления данных с помощью простейших двумерных таблиц и, в большинстве случаев, используется в СУБД для персональных компьютеров.

Программное обеспечение Microsoft Access 2007 предназначено для создания и управления базами данных. Access позволяет контролировать большой объем информации, обеспечивать возможность совместной работы пользователей и реализовать различные варианты использования собранных данных. По сравнению с другими СУБД Access предоставляет удобный набор средств разработчика и интуитивную понятность работы, возможность получить профессиональный результат, а также высокую совместимость и интеграцию баз данных с другими программами и форматами файлов [9].

Access создает структуру базы данных с формами-представлениями, позволяющими добавлять и редактировать данные. Совместимость с Office 365 и SQL Azure значительно расширяет сферу использования приложений Access.

Обладая мощными, современными и удобными средствами распределения информации, используя не одну, а несколько таблиц, Access реализует практически любую модель данных предметной области. Обработка и корректировка данных выполняется средствами форм и отчетов, которые обеспечивают эффективный доступ к данным и их представление.

SQL - реляционный язык структурированных запросов является основой для этих средств. Используя возможности данного языка, можно формулировать различные запросы любой сложности к базе данных и решать необходимые задачи обработки данных. Для пользователей, которые только начинают работать с СУБД, Access поможет сделать еще доступнее и удобнее использование средств доступа к данным БД с помощью современного и понятного интерфейса. Работа с усовершенствованным интерфейсом, обеспечивающий быстрый поиск нужных инструментов, позволяет сразу включиться в подготовку профессиональных документов, повышает эффективность, качество работы и сокращает сроки ее выполнения. Необходимые команды организованы в виде наборов вкладок, четко соответствующих функциям, реализуемым в Access, благодаря чему находить их легко и просто. Access предоставляет гибкие средства для работы пользователя с разным уровнем подготовки [11].

Access позволяет создавать не только новые таблицы в базе данных, но и формирует связи с внешними данными на основе интерфейса ODBC (Open Database Connectivity).

Связанные таблицы, так же, как и собственные, отображаются и функционируют. Если требуется создать связанные таблицы, то это делается довольно легко, пользователям доступно перемещать, объединять и обновлять данные из нескольких разных источников. Используя связанные таблицы, можно организовать взаимодействие со всеми серверами реляционных баз данных, такими как Oracle, Informix, Ms SQL Server, IBM DB2 и Sybase.

Интерактивные средства предназначены для простой разработки форм и отчетов. Для построения формы или отчета достаточно использовать один щелчок мыши. С помощью режима представления форм и отчетов, можно без особых усилий настроить их в соответствии с потребностями пользователя, непосредственно наблюдая изменения этих объектов. Разделенные формы с одной частью -- для ввода данных, и другой -- для быстрого просмотра данных в режиме таблицы, существенно повышают удобства в работе. Простота изменения дизайна форм, отчетов, электронных документов, сохраняемых в базе данных, обеспечивается объединением их элементов в макеты [11].

СУБД MS Access является популярным приложением из семейства настольных СУБД. Во всех версиях Access присутствуют всевозможные средства, с помощью которых значительно упрощается ввод и обработка информации, а также поиск необходимых данных и представление информации в виде графиков, таблиц и отчетов, и непосредственно в виде страниц доступа к данным, где пользователь может просматривать с помощью различных приложений для просмотра Internet-страниц. В Access можно подключать от других настольных и серверных баз данных электронные таблицы, которые предназначены для хранения информации, необходимые программе. После того, как были присоединены «чужие» таблицы, пользователь с помощью средств Access может работать с данными из присоединенных таблиц, как с «родными» таблицами в Access (которые были созданы непосредственно в самом Access). Другие пользователи могут без проблем выполнять дальнейшие действия с этими данными в той среде, где они были созданы.

База данных Access, которая создается на локальном компьютере, содержит таблицы с данными и объекты приложения. Основываясь на этом, имеется возможность создания приложения, которое хранится в одном ACCDB-файле.

СУБД Access включает разнообразные и многочисленные относительно автономные инструментальные средства, ориентированные на создание объектов базы данных и приложений пользователя [11].

В качестве достоинства Access можно отнести очень простой графический интерфейс, с помощью которого можно не только создавать собственно базу данных, но и разрабатывать различной сложности приложения. Если сравнивать с другими настольными СУБД, то Access хранит всю информацию в одном файле, распределяя данные по разным таблицам.

Access состоит из большого количества Мастеров и Построителей, с помощью которых можно быстро и легко научиться работать с данными. Access позволяет не только выполнять ввод данных в таблицы, но также осуществляет контроль правильности вводимой информации. Хранение всех данных в СУБД Access организовано в одном файле, доступ к данным БД выполняется постранично, то есть соблюдаются ограничения ресурсов памяти компьютера. В Access возможно создание связей между таблицами, что позволяет совместно использовать данные из разных таблиц. Чтобы избежать дублирования информации, увеличить скорость и точность обработки данных в access выполняют настройку связей между отдельными таблицами[12].

Система защиты данных позволяет защитить данные от несанкционированного доступа. С помощью данной системы выполняется настройка таким образом, что каждый пользователь может работать с теми данными, на которые был установлен доступ администратором системы. Администратор может, как запретить доступ к определенным данным, так и дать его с помощью встроенного механизма защиты данных.

Доступ к серверным базам данных из программ, автоматизированных систем в Access организован с помощью стандартного интерфейса ODBC (Open Database Connectivity). Access, как средство разработки клиентского приложения, предлагает программисту огромные возможности для работы с удаленными базами данных, как интерактивных, так и программных.

Итак, СУБД ACCESS можно применять тогда, когда прикладная задача требует обработку и хранение информации с большим количеством объектов и планирует использовать возможность многопользовательского режима работы [9].

1.8 Выводы по главе

Определена система, на основе которой следует ориентироваться при разработке программы. В данной главе были рассмотрены существующие аналоги ПО, выполнен анализ функций данных систем. Определены функции, которые необходимо спроектировать в новой разрабатываемой системе, а именно:

- разделение прав при работе с программой. Для входа в программу следует использовать логин и пароль. Полный доступ при работе с программой должны иметь определенные сотрудники;

- разработка графического представления и моделирования электрических схем по схемотехнике;

- автоматизация работы с данными тестов;

- реализовать функционал (создание, редактирование, удаление) для работы со справочными данными: студентов, вопросов по тестам в виде текста и рисунка, лекции и литературы;

- оперативный учет полученных результатов тестирования;

- формирование различных отчетов по студентам, результатам тестов в удобной форме в программе Microsoft Excel. Все отчеты должны автоматически сохраняться в соответствующие папки в каталоге с программой, название файла-отчета должно содержать краткое пояснение отчета и дату/время формирования отчета[6];

- простой и понятный интерфейс программы;

- в процессе работы с программой, где это необходимо, должен присутствовать выбор уже имеющейся информации из справочников базы данных;

- в качестве разработки базы данных и хранения информации принято решение воспользоваться средствами СУБД Access, исходный код и интерфейс программы должны быть разработаны в среде разработки Delphi.

А также приведено описание выбранных среды разработки будущей программной системы и СУБД.

2. Разработка программы и структуры БД

2.1 Разработка программной части

Назначение программной системы

Традиционная форма обучения на данный момент является одной из самых распостраненных и эффективных, но, несмотря на это, электронное обучение набирает свою популярность. Разработанная программная система предназначена для обучения и тестирования студентов по дисциплине «Схемотехника».

Основное назначение программы заключается в совершенствовании процесса преподавания студентам. Помимо этого, одним из дополнительных преимуществ является возможность самостоятельного изучения материалов дисциплины студентами.

Проектирование пользовательского интерфейса

При разработке программы особое внимание было уделено пользовательскому интерфейсу. Приложение, позволяющее пользователю выполнять определенную задачу, должно функционировать именно так, как предполагается пользователем. Если интерфейс отвечает ожиданиям пользователя, ему будет очень удобно работать с ним.

Внешний вид интерфейса должен очевидным образом выражать функциональность приложения и позволять перемещаться из одной части интерфейса к другой. Простой и понятный интерфейс не отвлекает внимания пользователя от выполнения ключевых задач. Интерфейс программы должен быть знакомым и интуитивно понятным.

В программной системе изначально разрабатывались макеты первичного окна и диалоговых форм в среде визуального программирования Borland Delphi 7.0 с использованием стандартных визуальных компонент библиотеки Standart, Additional, Win32, Dialogs, Data Controls, Data Access, ADO.

Далее в ВКР приводится описание макета окна с указанием типа и назначения используемых компонент.

1) ADODataSetTema, ADODataSetTest, ADODataSetQuestion и ADODataSetQuestion_2 - с помощью этих компонентов, которые находятся на вкладке ADO, осуществляется доступ к данным БД (таблицы: Usr_Tema, Usr_Test, Usr_Question, Usr_Question) и выполнение sql-запросов к базе данных с помощью оператора select;

2) DataSourceTema, DataSourceTest, DataSourceQuestion и DataSourceQuestion_2 - с помощью этих компонентов, которые находятся на вкладке DataAccess, реализуется связь между компонентами доступа к данным БД (TAdoDataSet) и визуальными компонентами, которые отображают данные (TDBGrid - см.пункт 3);

3) DBGridTema, DBGridQuestion и DBGridQuestion_2 - с помощью этих компонентов выполняется табличное отображение данных из компонентов TAdoDataSet;

4) DBEditName, DBEditKolQuestion, DBEditTimeTest - с помощью данных компонентов осуществляет редактирование значений полей БД текущей записи НД.

Описание программы

Данный продукт состоит из следующих программных компонент.

Программная система “Обучение и тестирование студентов” разработана с помощью программного обеспечения Delphi 7.

Описание разработки графической части.

Состав рендера:

1) Scheme1.pas - модуль рендера первой схемы (транзисторного ключа).

2) Elements.pas - модуль рендера отдельных компонент, не вызывается явно из клиентской программы.

Публичные классы: TScheme1 - рендер принципиальной схемы на форму.

Публичные методы класса TScheme1:

Процедуры задают рабочую поверхность для рендера графики (форму или поле рисования), параметры Ax,Ay,Aw,Ah - задают правый верхний угол, ширину и высоту рамки.

Процедура задает путь отображаемого тока -- отсутствие выделенного пути.

Процедура включает или выключает анимацию схемы.

Подключение рендера к проекту:

1) Необходимо скопировать файлы из каталога Units в рабочий каталог проекта.

2) Добавить к модулям в uses ссылку на модуль Scheme1.pas.

3) Добавить создание и рендер схем в нужных местах.

Краткое описание модулей данной программной системы представлено в таблице 2.

Таблица 2 Описание модулей (режим работы с БД)

№	Файл с исходным кодом программы	Краткое описание
1	Education.pas	Создано информационное окно, в котором отображается информация о литературе и файлов с лекциями по каждой выбранной теме. В данном окне реализован просмотр документов с лекциями.
2	Login.pas	Реализован алгоритм проверки при входе в систему по логину и паролю каждого пользователя (студента и преподавателя).
3	FotoQuestion.pas	Реализован просмотр рисунка вопроса в отдельном окне программы.
4	HistoryTest.pas	Выполнена работа просмотра всех результатов прохождения тестов по каждому студенту, доступен детальный отчет о прохождении теста с указанием результата ответа на каждый вопрос теста и полученного балла. Реализован алгоритм поиска по различным критериям: тестируемый, тест и заданию диапазона дат прохождения теста. Доступна функция вызова окна программы для формирования отчетов в форматах: excel и word соответственно.
5	Lecture.pas	Отображается информация по лекциям. Доступны операции: добавить, изменить, удалить, выход, сохранить, отменить. Реализован просмотр файла с лекциями при двойном нажатии левой кнопки мыши в ячейке “Файл”, если он там существует.
6	Main.pas	Отображается главное меню программы для студента (личный кабинет).
7	DM.pas	Выполнено подключение к базе данных с помощью настроек компонента TAdoConnection.
8	MainTest.pas	Отображается меню программы для работы со справочными данными и настройками тестов, доступ к данному функционалу имеет только преподаватель.

Описание графической части

Инструментом реализации графической части использовался TCanvas. Работа с графикой в Delphi предполагает обращение к свойству Canvas компонентов. Canvas в Delphi - это холст. Система Delphi предоставляет мощные средства работы с графикой, облегчающие задачу разработчика.

Класс TCanvas -- это сердцевина графической подсистемы Delphi. В дальнейшем для обозначения этого класса будем пользоваться термином «канва». Канва не является компонентом, но она входит в качестве свойства во многие другие компоненты, которые должны уметь нарисовать себя и отобразить какую-либо информацию.

При работе с графикой в среде программирования Delphi используется канва (холст, а точнее свойство Canvas Delphi компонентов), кисть (свойство Brush), карандаш (свойство Pen) компонента, на котором выполняется работа по рисованию. У Pen и Brush есть свойство Color (цвет) и Style (стиль). Чтобы получить доступ к шрифтам, предоставлено свойство холста (Canvas) Font.

Основное свойство такого объекта, как Canvas Delphi - Pixels[i, j] типа TColor, то есть это двумерный массив точек (пикселов), задаваемых своим цветом.

Рисование на канве происходит в момент присвоения какой-либо точке канвы заданного цвета. Каждому пикселу может быть присвоен любой доступный для Windows цвет.

В программной системе при разработке графиков, схем использовалась совокупность графических примитивов: точек, линий, окружностей, дуг, прямоугольников, а также букв (текста).

Вычерчивание графических примитивов на графической поверхности, например компонента Image, выполняют соответствующие методы класса TCanvas.

Понятие “объект” определяет объект, на поверхности которого нужно нарисовать графический элемент. В качестве объекта указывается компонент Image. Метод - это имя метода, который обеспечивает рисование нужного графического элемента. Параметры, в большинстве случаев, определяют положение графического элемента на графической поверхности и его размер. Вывод строки текста на графическую поверхность объекта обеспечивает метод TextOut.

Схема передачи данных в Excel

В разработанной программе печатные формы формируются в программе Microsoft Excel.

С программами Microsoft Office Word, Excel и другими можно работать как с объектами автоматизации OLE. Данный метод имеет значительное отличие от работы с этими программа как с серверами COM. Для работы с объектами автоматизации можно воспользоваться следующими способами: через библиотеки типов и через механизм автоматизации OLE. Использование автоматизации OLE применительно к Word и Excel проще, поскольку в эти программы встроена справка по VBA, содержащая описание всех объектов, свойств и методов.

Основные отличия при использовании автоматизации OLE от работы с серверами СОМ:

– не требуется установка значений необязательных параметров при вызове методов в OLE;

– параметры методов задаются в форматах "имя := значение".

Одним из преимуществ серверов автоматизации OLE является то, что вызываемые методы очень близки к их описанию в справке по VB соответствующей программы Microsoft Office. В серверах СОМ в некоторых случаях наблюдаются отличия.

Недостаток заключается в том, что при работе в среде Delphi с серверами автоматизации не срабатывают подсказки свойств и методов, которые прекрасно работают с серверами СОМ. Это, конечно, несколько усложняет программирование. И все-таки в целом использовать серверы автоматизации OLE в большинстве случаев проще, чем работать с серверами СОМ.

На Рис. 3 представлена схема передачи данных в Excel.

Рис. 3. Схема передачи данных в Excel

Описание модуля отображения результатов анализа схем

Данный модуль позволяет выполнять теоретический расчет некоторых типовых электронных схем, заданных в программном коде. Модуль позволяет выбрать конкретную схему, вывести в графическом интерфейсе чертеж схемы, а также выполнять следующие действия:

...