Создание структуры WEB-приложения для образовательных ресурсов

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

В период развития информационно-коммуникационных технологий возможность быстрого доступа к информации является одним из важнейших условий успешной деятельности в любой сфере бизнеса и управления. Важным прорывом в развитии сферы связи и информационных технологий в Узбекистане явился Указ Президента Ислама Каримова «О мерах по дальнейшему внедрению и развитию современных информационно - коммуникационных технологий» от 21 марта 2012 года. Документ разработан в соответствии с Законом Республики Узбекистан «Об информатизации» и нацелен на повышение эффективности деятельности органов государственного и хозяйственного управления, органов власти на местах, обеспечение широкого использования современных информационно - коммуникационных технологий в сфере государственного и общественного строительства [1,2].

Постановлением главы государства утверждена также Программа дальнейшего внедрения и развития информационно - коммуникационных технологий в Республике Узбекистан на 2012 - 2014 годы [1], в которой подробно и адресно по годам прописаны организационные меры, развитие инфраструктуры ИКТ, подготовка, переподготовка и повышение квалификации кадров, совершенствование правительственного портала, веб - сайтов государственных органов и интерактивных услуг, обеспечение информационной безопасности, применение современных средств ИКТ в деятельности коммерческих структур, популяризация ИКТ среди населения, в том числе в сельской местности. Важное место отводится качественному улучшению функционирования национальной информационно - поисковой системы, увеличению количества её пользователей. Прорабатываются также меры по наполнению узбекского сегмента сети интернет [2].

Разрабатываются также новые критерии и механизмы оценки внедрения и результативности применения информационных систем, при этом будут учитываться особенности и разграничения в республиканских и региональных структурах, сферах промышленности и услуг.
Это определило создание национальных систем информатизации, условий массового внедрения в экономику и жизнь общества компьютерной техники, информационных технологий в образовательный процесс.

Актуальность выбранной темы обусловлена возрастающей ролью Web-приложений в дистанционном обучении и использованию их в качестве образовательных ресурсов в интерактивных учебных технологиях в качестве учебных пособий.

Требования к Web-приложениям постоянно меняются по мере появления новых возможностей или выдвижения новых требований к системе обучения в целом. Изменения правил или возникновение новых прикладных программ оказывает влияние как на новые, так и на уже существующие приложения. Пользователи хотят получать все более насыщенные, единообразные и высокоинтегрированные пользовательские интерфейсы. Могут появляться новые требования к совместимости, или возникать новые технологии ИТ-инфраструктуры, которые сократят затраты или повысят доступность и масштабируемость. И, конечно же, постоянно выпускаются новые технологии, инфраструктуры и инструменты, которые сокращают затраты на разработку или делают возможными сценарии, которые было трудно реализовать до сегодняшнего дня. Несомненно, разобраться во всем этом и в то же время обеспечить создание эффективного решения, вложившись в отведенные сроки, задача не из легких.

В ходе выполнения выпускной квалификационной работы были учтены все противоречащие и дополняющие друг друга факторы и найден эффективный баланс между ними.

Целью выпускной квалификационной работы является создание структуры WEB-приложения для образовательных ресурсов с использованием мультимедийных технологий.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

- необходимо проанализировать проблемы, возникающие при создании обучающих WEB-приложений в дистанционном обучении и роль мультимедийных образовательных ресурсов в педагогических технологиях;

- изучить возможности пакета прикладных программ Sound Forge;

- разработать WEB-приложение с использованием видео-, аудио-, Web-технологий для дистанционного обучения работе со звуковым пакетом прикладных программ Sound Forge.

Предметом исследования является методология проектирования обучающих сайтов с использованием мультимедийных и Web-технологий. Разработанное приложение может быть использовано как педагогами, так и специалистами других профессиональных направлений в ходе проектирования и редактирования музыкальных произведений, непосредственной разработки, апробации, экспертизы и использования звуковых мультимедиа-ресурсов для системы образования и телерадиовещания.

1. Основные аспекты создания образовательных Интернет-ресурсов

1.1 Особенности подхода к анализу образовательных ресурсов в Интернете

Современный этап развития образования связан с широким использованием современных информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) и возможностей, предоставляемых глобальной сетью Интернет. В этой связи решающее значение приобретают удаленный доступ к образовательным ресурсам, опубликованным в Сети, и возможность оперативного общения всех участников образовательного процесса [4].

В Узбекистане большое внимание на государственном уровне уделяется информатизации общества в целом и сферы образования, в частности. Реализуются республиканские, межведомственные и отраслевые программы, направленные на решение актуальных задач информатизации образования, включая развитие инфраструктуры единого образовательного информационного пространства, разработку электронных образовательных ресурсов, повышение квалификации педагогов в области применения информационных и коммуникационных технологий, их внедрение в организацию учебного процесса, практику управления образовательными учреждениями.

При разработке электронных образовательных ресурсов, создании и поддержке систем дистанционного обучения, автоматизированных систем управления образовательными учреждениями используется специализированное программное обеспечение -- так называемые инструментальные программные средства.

Электронными образовательными ресурсами называют учебные материалы, для воспроизведения которых используются электронные устройства. В самом общем случае к ЭОР относят учебные видеофильмы и звукозаписи, для воспроизведения которых необходимо наличие соответствующего оборудования, а в случае дистанционного обучения наличие доступа в Интернет [5].

Чем отличаются ЭОР от учебников? ЭОР бывают разные, и как раз по степени отличия от традиционных полиграфических учебников их очень удобно классифицировать [6]:

- Самые простые ЭОР - текстографические. Они отличаются от книг в основном базой предъявления текстов и иллюстраций - материал представляется на экране компьютера, а не на бумаге. Хотя его очень легко распечатать, т.е. перенести на бумагу.

- ЭОР следующей группы тоже текстографические, но имеют существенные отличия в навигации по тексту.

- ЭОР-мультимедийные (ОМР). Имеют в наличии все необходимые среды для изучения материала: текст, графику, анимацию, видео и др.

- ЭОР для дистанционного обучения. Они разрабатываются в HTML, PHP и JAVA-скриптов.

Страницы обычной книги расположены последовательно, с так называемой линейной навигацией. При этом достаточно часто в учебном тексте встречаются термины или ссылки на другой раздел того же текста. В таких случаях книга не очень удобна: нужно разыскивать пояснения где-то в другом месте, листая множество страниц.

В ЭОР это можно сделать гораздо комфортнее: указать незнакомый термин и тут же получить его определение в небольшом дополнительном окне, или мгновенно сменить содержимое экрана при указании так называемого ключевого слова (либо словосочетания). По существу ключевое словосочетание - аналог строки знакомого всем книжного оглавления, но строка эта не вынесена на отдельную страницу (оглавления), а внедрена в основной текст. В данном случае навигация по тексту является нелинейной (фрагменты текста просматриваются в произвольном порядке, определяемом логической связностью и собственным желанием). Такой текстографический продукт называется гипертекстом.

Третий уровень ЭОР - это ресурсы, целиком состоящие из визуального или звукового фрагмента. Формальные отличия от книги здесь очевидны: ни кино, ни анимация (мультфильм), ни звук для полиграфического издания невозможны.

Наиболее существенные, принципиальные отличия от книги имеются у так называемых мультимедиа ЭОР. Это самые мощные и интересные для образования продукты, и они заслуживают отдельного рассмотрения.

Английское слово multimedia в переводе означает «много способов». В нашем случае это представление учебных объектов множеством различных способов, т.е. с помощью графики, фото, видео, анимации и звука. Иными словами, используется всё, что человек способен воспринимать с помощью зрения и слуха.

Когда речь идет о мультимедиа ЭОР, имеется в виду возможность одновременного воспроизведения на экране компьютера и в звуке некоторой совокупности объектов, представленных различными способами. Разумеется, речь идет не о бессмысленном смешении, все представляемые объекты связаны логически, подчинены определенной дидактической идее, и изменение одного из них вызывает соответствующие изменения других. Такую связную совокупность объектов справедливо называть «сценой». Использование театрального термина вполне оправдано, поскольку чаще всего в мультимедиа ЭОР представляются фрагменты реальной или воображаемой действительности.

Принципиальное новшество, вносимое компьютером в образовательный процесс - интерактивность, позволяющая развивать активно-деятельностные формы обучения. Именно это новое качество позволяет надеяться на реальную возможность расширения функционала самостоятельной учебной работы - полезного с точки зрения целей образования и эффективного с точки зрения временных затрат [6].

Таким образом, интерактив является главным педагогическим инструментом электронных образовательных ресурсов, но есть и другие новые педагогические инструменты, которые создают ему (интерактиву) среду применения.

1.2 Педагогические инструменты в ОМР

Педагогических инструментов, используемых в ОМР пять:

- интерактив;

- мультимедиа;

- моделинг;

- коммуникативность;

- производительность.

Об интерактиве и мультимедиа сказано выше. Если к ним добавить еще моделинг - имитационное моделирование с аудиовизуальным отражением изменений сущности, вида, качеств объектов и процессов, то электронный образовательный ресурс вместо описания в символьных абстракциях сможет дать адекватное представление фрагмента реального или воображаемого мира.

Мультимедиа обеспечит реалистичное представление объектов и процессов, интерактив даст возможность воздействия и получения ответных реакций, а моделинг реализует реакции, характерные для изучаемых объектов и исследуемых процессов.

Четвертый инструмент - коммуникативность - это возможность непосредственного общения, оперативность представления информации, удаленный контроль состояния процесса. С точки зрения ЭОР это, прежде всего, возможность быстрого доступа к образовательным ресурсам, расположенным на удаленном сервере, а также возможность on-line коммуникаций удаленных пользователей при выполнении коллективного учебного задания.

Наконец, пятый новый педагогический инструмент - производительность пользователя. Благодаря автоматизации нетворческих, рутинных операций поиска необходимой информации творческий компонент и, соответственно, эффективность учебной деятельности резко возрастают.

ЭОР нового поколения представляют собой открытые образовательные модульные мультимедиа системы (ОМС). Это электронные учебные продукты, позволившие решить три основные проблемы современных ЭОР.

Первая проблема заключалась в том, что ЭОР, распространяемые в Интернете, были преимущественно текстографическими. Для решения этих задач требуются ЭОР с интерактивным мультимедийным контентом, но распространение таких продуктов в глобальной сети наталкивалось на серьезные технические трудности.

В ЭОР нового поколения проблема сетевого доступа к высокоинтерактивному, мультимедийно-насыщенному контенту решена. Иными словами, в этих продуктах могут использоваться все пять новых педагогических инструментов.

Вторая технологическая проблема тесно связана с решением первой. До настоящего времени интерактивные мультимедиа продукты выпускались на компакт-дисках, при этом каждый производитель использовал собственные программные решения, способы загрузки, пользовательские интерфейсы. Часто это приводило к тому, что изучение методов работы с диском требовало практически такого же усердия и времени, какое требовалось на учебное содержание.

ЭОР нового поколения (ЭОР НП) - сетевые продукты, выпускаемые разными производителями в разное время и в разных местах. Поэтому архитектура, программные средства воспроизведения, пользовательский интерфейс были унифицированы. В результате для ЭОР НП была решена проблема независимости способов хранения, поиска и использования ресурса от компании-производителя, времени и места производства.

Для студентов и преподавателей это означает, что сегодня и в перспективе для использования любых ЭОР НП требуется один комплект клиентского программного обеспечения, и во всех ЭОР НП контентно-независимая часть графического пользовательского интерфейса одинакова.

Третья проблема характерна именно для образования. Уже много лет декларируется, что компьютер обеспечит личностно-ориентированное обучение. В педагогической практике давно используется понятие индивидуальных образовательных траекторий студентов. Соответственно, ЭОР должны позволять создавать авторские учебные курсы[8].

1.3 Состав и содержание открытых образовательных модульных мультимедиа ресурсов (ОМР)

По каждому учебному предмету организован соответствующий ресурс - открытая образовательная модульная мультимедиа система. Например, ОМС по мультимедиа, ОМС по информатике и т.д.

Рис. 1.1. Структура контента образовательного ресурса

В соответствии с программой обучения весь курс по предмету разбит на разделы, темы и т.д. Минимальной структурной единицей является тематический элемент (ТЭ). Для каждого ТЭ имеется три типа электронных учебных модулей (ЭУМ) [8]:

- модуль получения информации (И-тип);

- модуль практических занятий (П-тип);

- модуль контроля (в общем случае - аттестации) (К-тип).

При этом каждый ЭУМ автономен, представляет собой законченный интерактивный мультимедиа продукт, нацеленный на решение определенной учебной задачи.

Каждый ЭУМ - это самостоятельный учебный продукт объёмом несколько Мбайт, так что получение его по сетевому запросу не представляет принципиальных трудностей даже для узкополосных (низкоскоростных) компьютерных сетей.

Для каждого ЭУМ разрабатываются аналоги - вариативы. Вариативами называются электронные учебные модули одинакового типа (И, или П, или К), посвященные одному и тому же тематическому элементу данной предметной области.

В отличие от всех известных учебных материалов, совокупный контент ОМС трёхмерен [8].

Вариатив И-модуля может дать тот же материал, но в другом изложении, более понятном и комфортном для данного пользователя. Вариатив также может отличаться глубиной представления материала. Тогда можно выбирать И-модули в соответствии с программируемым в данном образовательном учреждении уровнем знаний по предмету или подобрать вариативный ЭУМ, исходя из уровня подготовленности и способностей конкретного учащегося. Аналог из опыта образования - просмотр множества книг по предметной области, выбор отдельных фрагментов и составление из них собственного (авторского) учебного курса. Тесты, конечно, технологичны, но этот вариант аттестации хуже, чем очный контроль преподавателем.

Таким образом, для создателей интерактивных web-приложений мультимедийных ЭУМ, адекватно отражающих фрагмент реального или воображаемого мира, открывается множество проблем.

Вариативные ЭУМ могут отличаться друг от друга [7,8,9]:

- глубиной представления материала;

- методикой;

- характером учебной работы;

- технологией представления учебных материалов;

- наличием специальных возможностей;

- способом достижения учебной цели.

К основным преимуществам открытых образовательных модульных мультимедиа ресурсов относятся [7,9]:

- отсутствие содержательных и технических ограничений: полноценное использование новых педагогических инструментов - интерактива, мультимедиа, модельного сочетается с возможностью распространения в глобальных компьютерных сетях, в том числе - узкополосных;

- возможности построения авторского учебного курса преподавателем и создания индивидуальной образовательной траектории учащегося: благодаря наличию вариативной исполнения электронных учебных модулей, в ОМС возможно выбрать их оптимальную с персональной точки зрения комбинацию для курса по предмету;

- неограниченный жизненный цикл системы: поскольку каждый учебный модуль автономен, а система открыта, ОМС является динамически расширяемым образовательным ресурсом, не требующим сколь-нибудь существенной переработки в целом при изменении содержательных или технических внешних условий.

Важным свойством разработанной архитектуры является её открытость. Это относится, прежде всего, к совокупному контенту ОМР, открытому для расширений как по оси тематических элементов. Не менее важным свойством является открытость электронных учебных модулей для изменений, дополнений, полной модернизации.

Действительно, Java script и XML являются интерпретируемыми языками, так что в распоряжении любого пользователя ЭУМ находится исходный текст его сценария. Script можно изменить, дополнить или использовать в качестве шаблона для создания ЭУМ с совершенно иным контентом.

1.4 Принципы построения мультимедийных образовательных ресурсов

Для построения авторских учебных курсов в виде веб-приложений в ОМР созданы вариативы электронных учебных модулей. Изучая совокупный контент открытой образовательной модульной мультимедиа системы, пользователь для каждого тематического элемента может выбрать наиболее подходящие с его точки зрения модули изучения информации (И), практических занятий (П) и контроля (К).

Например, И-модуль может быть выбран по глубине изложения материала, в группе П-модулей можно выбрать лабораторную работу или решение задач по теме, среди К-модулей можно выбрать либо простой тест, либо практическое задание, выполняемое на виртуальном тренажёре.

Поэтапно преподаватель может выстроить авторский вариант учебного курса по предмету. Опробовав свой вариант курса, преподаватель может перейти к его расширению, добавляя вариативы И, П, К-модулей для каждого тематического элемента. Это делается с учетом на группы слабых, средних и сильных студентов; задания для них дифференцируются, и это первый шаг к индивидуальной образовательной траектории. В предельном случае такая траектория составляется для каждого, причём сделать это может уже и сам учащийся.



Рис. 1.2. Классификация требований к медиаресурсам

Необходимо предусмотреть способ модернизации ЭУМ - замена всех или некоторых мультимедиа файлов в папке элементов контента с сохранением их имён и форматов. Таким образом, можно изменить содержание ЭУМ вплоть до смены предметной области. Однако структура контента и методы организации интерактива сохранятся от прототипа.

К основным инновационным качествам ЭОР относятся:

1. Обеспечение всех компонентов образовательного процесса:

- получение информации;

- практические занятия;

- аттестация (контроль учебных достижений).

2. Интерактивность, которая обеспечивает резкое расширение возможностей самостоятельной учебной работы за счет использования активно-деятельностных форм обучения.

3. Возможность более полноценного обучения вне аудитории. Полноценность в данном случае подразумевает реализацию вне учебной аудитории таких видов учебной деятельности, которые раньше можно было выполнить только в университете: изучение нового материала на предметной основе, лабораторный эксперимент, текущий контроль знаний с оценкой и выводами, а также многое другое, вплоть до коллективный учебной работы удаленных пользователей.

Среди стадий разработки ОМР для использования в сфере образования и профессиональной подготовки создание педагогического сценария занимает чрезвычайно важное место. Педагогический сценарий - это проект компьютерного курса, определяющий его структуру и содержание [11]. Уже на стадии разработки педагогического сценария должен учитываться ряд требований, среди которых особое место занимают дидактические требования, основывающиеся на принципах обучения. К их числу относятся: научность содержания; соответствие представленного учебного материала ранее приобретенным знаниям, умениям и навыкам; систематичность и последовательность; гибкость, приспособляемость к индивидуальным особенностям студентов; наглядность, сознательность и активность.

Условно разработку педагогического сценария можно разделить на ряд этапов:

1. Определение и конкретизация целей обучения и использования компьютерного курса, а также тех преимуществ, которые будут реализованы в процессе обучения. Компьютерное обучение следует использовать при изучении многих предметов, профессий, тем. Вместе с тем, перед началом работы над созданием педагогического сценария, следует решить, в чем будет состоять преимущество разработанного компьютерного курса.

2. Отбор содержания учебного материала. Автором педагогического сценария выбираются из учебного материала (курса, темы, раздела) такие понятия, определения, примеры, иллюстрации, которые позволили бы студентам увидеть, услышать, прочувствовать и понять основное смысловое содержание нового материала. Механический перенос информации из учебника в компьютерный курс не обеспечит педагогического эффекта. Учебный материал, отобранный автором, должен обеспечить раскрытие сущности явлений и процессов. Такой подход создаст возможность формировать у студентов новый стиль мышления, развивать творческие способности.

3. Логический анализ, структурирование и систематизация учебного материала. На этом этапе автор сценария определяет объем учебной информации, предъявляемой на каждом занятии. Результатом работы на этом этапе следует считать развернутое содержание обучения по темам. Важно определить объем знаний и умений, выделить основные понятия, подлежащие прочному усвоению. Изучаемый материал делится на части с таким расчетом, чтобы можно было обеспечить логику, обоснованность и целесообразность предъявления потоков учебной информации в каналах прямой и обратной связи. Целесообразно предусмотреть возможность продвижения студента по "траектории обучения", которая может располагаться на различных уровнях сложности учебной информации в зависимости от результатов его деятельности.

При разработке алгоритма обучения следует определить направления всех переходов, схему предъявления учебной информации, активно используя инструментарий создания гиперсреды - формы организации текстового материала, работа с которым выполняется не в линейной последовательности, а обеспечиваются при необходимости переходы, изучение уточняющего материала; при этом идея ассоциативно связанной информации может распространяться на графическую и звуковую информацию.

Окончательный вариант сценария создается, как правило, после проработки всех деталей с программистом, ответственным за подготовку рабочего проекта. Структура отдельного кадра (страницы) должна быть тщательно продумана. При определении структуры отдельного кадра необходимо учитывать, что перегруженность экрана текстовой информацией приводит к быстрой утомляемости обучаемого, потере интереса к дидактической программе. При оформлении сценария необходимо указать (отметить) те понятия, встретив которые обучаемый имеет возможность перейти к другой с границе, где эти понятия объясняются, и иметь возможность возвратиться к исходной точке или перейти к совершенно иному разделу курса.

Разработка вэб-приложений для образовательных мультимедийных ресурсов ОМР в среде мультимедиа (мультимедиа-курсов) является длительным и дорогостоящим процессом, поэтому важно хорошо представлять себе все основные этапы создания курса и возможные принимаемые на каждом этапе решения [12].

1. На предварительном этапе осуществляется выбор курса для его представления в среде мультимедиа, при этом должны быть выявлены уже существующие курсы по данной проблематике, определены предполагаемые затраты и время, необходимые для создания курса, а также его возможный тираж и аудитория, которой адресован курс. Вэб-приложения должны учитывать особенности обучения, связанные с различным уровнем общей подготовки обучаемых (необходима оценка имеющихся знаний и подстройка системы для оптимального изложения), уровнем компьютерных знаний (необходим простой и интуитивно понятный интерфейс).

2. Данный этап предполагает написание текста курса, создание сценария обучающей темы, а также сценариев анимационных и видеофрагментов, эскизов интерфейса и анимации, сбор иллюстраций для сканирования. Главным компонентом учебного или дисциплинарного курса является учебный текст.

На этапе создания сценария разрабатываются эскизы иллюстраций и анимационных фрагментов, начинается подбор источников для видео и звукового оформления мультимедиа-курса. Соотношение текста (гипертекста) и медиа-элементов на видеостранице определяется назначением и уровнем сложности курса. Интерактивные курсы предполагают учебный процесс, основанный на взаимодействии с обучаемым. Сценарий изложения может быть изменен в зависимости от успехов обучения и пожеланий пользователя. По его же желанию может быть сформирован собственный сценарий. Обучение может проходить в виде ролевой игры с оценкой действий пользователя, могут быть поставлены виртуальные эксперименты по заданным им условиям.

В зависимости от педагогической задачи, она может реализовывать различные варианты контроля:

- мягкое самотестирование,

- жесткое самотестирование,

- сертификационное тестирование.

В первом случае обучающийся имеет возможность многократно пытаться ответить на вопрос. Во втором для ответа предоставляется только одна попытка, однако результат тестирования не сообщается преподавателю. Эти варианты, как правило, предусматривают возможность обращения к материалу учебнику и реализуются как его неотъемлемая часть.

Последний вариант предполагает, что результат тестирования учитывается при оценки уровня знаний и может повлечь за собой определенные выводы. Соответственно, необходимо обеспечить аутентификацию тестируемого, защиту результатов тестирования от несанкционированной корректировки, минимизировать влияние внешних факторов. Таким образом, существенная часть подсистемы сертификационного тестирования связана не с предметным содержанием, а с проблемами защиты информации.

Программная реализация системы тестирования зависит от того, в каком варианте создается приложение: в виде локальной версии, распространяемой на DVD, или в виде сетевой, доступ к которой осуществляется с помощью специальной клиентской программы. Каждый из вариантов имеет свои достоинства и недостатки. Для работы с локальной версии не нужно подключение к интернет, но вся необходимая информация, в том числе и банк вопросов, должна быть размещена на DVD. Кроме того, внесение изменений и добавлений в локальную версию проблематично. Для работы с сетевой версией необходим телекоммуникационный канал (причем требования к его пропускной способности тем выше, чем больше используются мультимедиа средства).

Много пользовательская среда для разработки сетевых электронных приложений [10], созданная в нашем университете, базируется на технологии клиент-сервер. При этом создаваемое web-приложение для ОМР должно функционировать как непосредственно в среде разработки, так и вне ее (это обеспечивается конвертированием всей необходимой информации из внутреннего кода в HTML).

Работа с электронным курсом в сетевом варианте должна предусматривать предварительную регистрацию обучаемого в системе. Это позволит создать базу данных пользователей и сохранять в ней результаты работы с подсистемой тестирования.

1.5 WEB- приложение как составная часть образовательных ресурсов

На сегодняшний день web-приложения являются неотъемлимой часть образовательного процесса. В условиях использования современных информационных технологий - это необходимый фактор существования, позволяющий расширить поле учебной и научной деятельности и улучшения качества обучения.

Веб-приложение - это приложение, выполняющееся на веб-сервере, доступ к которому осуществляется путем передачи-получения пакетов по протоколу HTTP. Под веб-приложением понимается класс приложений, компоненты которых выполняют автоматизированную обработку данных, взаимодействуя в веб-среде. Обобщенная архитектура веб-приложения - это модель клиент-сервер, в которой компоненты приложения разделяются на клиентские и серверные, и взаимодействуют компоненты путем передачи и получения пакетов по протоколу HTTP. В качестве клиентавыступает веб-браузер, а в качестве сервера - веб-сервер.



Рис. 1.3. Обобщенная архитектура веб-приложения

Задачи веб-сервера - это выполнение определенного набора функций по обработке данных и предоставление интерфейса (программного или пользовательского) по протоколу HTTP для доступа к этим функциям. Серверный компонент веб-приложения получает запрос от клиента и выполняет обработку данных, после этого формирует ответ и/или веб-страницу и отправляет пакет данных клиенту по сети с использованием протокола HTTP. Серверные компоненты веб-приложения могут выступать в качестве клиента других служб (сервисов), например, базы данных или другого веб-приложения, расположенного на другом сервере.

Одним из преимуществ такого подхода является то, что клиенты не зависят от конкретной операционной системы пользователя, и веб-приложения, таким образом, являются межплатформенными сервисами.

Классификация веб-приложений [14]:

1. по степени связанности (сопряжения) компонентов системы:

- слабо сопряженные,

- сильно связанные.

Степень связанности (сопряженности) компонентов системы - это степень, в которой каждый из компонентов зависит других модулей системы. Степень связанности может быть высокой (сильной) или низкой (слабой). Приложение является слабо сопряженным, если его компоненты взаимодействуют между собой по неизменным интерфейсам и не зависят от внутренней реализации каждого из компонентов. В таком приложении модификация реализации одного из компонентов не требует изменений в реализации других компонентов. В сильно связанном приложении, наоборот, функционирование одного из компонентов зависит от внутренней реализации других компонентов, и потому изменения в этих компонентах приводят к изменениям в клиент сервер HTTP-пакеты в зависимом компоненте.

2. по количеству логических уровней в инфраструктуре приложения.

- двухуровневые,

- n-уровневые.

Логическую структуру приложения можно разделить на три слоя - пользовательские сервисы (уровень представления), прикладные сервисы (уровень бизнес-логики) и сервисы данных. Пользовательские сервисы - это интерфейс системы с пользователем, который позволяет пользователю управлять системой, а системе - предоставлять результат действий пользователя. Прикладные сервисы реализуют бизнес-логику приложения, т.е. определяют бизнес-объекты и их взаимодействия. Таким образом, прикладные сервисы реализуют алгоритмы обработки данных в соответствии запросам пользователей и бизнес-правилам. Сервисы данных обеспечивают хранение данных и методы доступа к ним. В случае, если два первых логических уровня (пользовательские и прикладные сервисы) объединены в один уровень инфраструктуры, то такое приложение имеет двухуровневую архитектуру. Если же каждому логическому уровню соответствует отдельный уровень инфраструктуры - то это трехуровневое приложение, которое является наиболее распространенным случаем n-уровневого варианта. Введение в инфраструктуру дополнительного уровня позволяет заменять или модифицировать любой из уровней при необходимости.

3. по виду предоставляемой пользователю информации:

- статические,

- динамические.

Динамические приложения содержат изменяющееся информационно-значимое наполнение (контент), а статическое веб-приложение содержит неизменное наполнение.

Требования к веб-приложениям. Качество разрабатываемого приложения определяется тем, насколько оно соответствует тем требованиям, которые были заложены на стадии проектировании системы. Все требования к приложениям, в том числе и веб-приложениям, разделяют на функциональные и нефункциональные [14]. Функциональные требования определяют ту функциональность системы, которую разработчики должны построить, чтобы пользователи смогли выполнить свои задачи в рамках своих образовательных процессов.

Нефункциональные требования представляют собой описание характеристик приложения, важных для пользователя при работе с системой. Рассмотрим, какие характеристики задают нефункциональные требования к системе:

- надежность. Формально, надежность - это свойство приложения сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения.

- быстродействие приложения. Быстродействие определяется как среднее

- время обработки запроса пользователя к системе. Максимальным приемлемым временем отклика для веб-приложений считается 5 секунд.

- безопасность. Требование безопасности веб-приложения включает в себя: разграничение прав доступа к функциям и данным каждого компонента веб-приложения может, контроль уровня доступа компонентов пользователей, авторизация и верификация пользователей.

- масштабируемость - это способность системы увеличивать свою производительность при повышенной нагрузке и добавлении ресурсов.

Жизненный цикл веб-приложения. Тестирование под нагрузкой. Процесс разработки веб-приложения, как и любой информационной системы, определяется понятием «жизненный цикл». Модель жизненного цикла (life cycle model) - это структура, состоящая из процессов, работ и задач, включающих в себя разработку, эксплуатацию и сопровождение программного продукта, охватывающая жизнь системы от установления требований к ней до прекращения ее использования.

Основным нормативным документом, регламентирующим жизненны цикл программного обеспечения, является международный стандарт ISO/IEC 12207. Этот стандарт определяет процессы, работы и задачи, которые используются: при приобретении системы, содержащей программные средства, или отдельно поставляемого программного продукта; при оказании программной услуги.

Создание и разработка web-приложения включает:

- утверждение первоначального технического задания на разработку web-приложения;

- определение структурной схемы web-приложения - расположение разделов, контента и навигации;

- веб-дизайн - создание графических элементов макета приложения, стилей и элементов навигации;

- разработка программного кода, модулей, базы данных и других элементов web-приложения, необходимых в проекте.

- тестирование и размещение web-приложения в сети Интернет.

Web-приложение - это информация, представленная в определенном виде, которая располагается на Web-сервере и имеет свое имя (адрес). Для просмотра web-приложения на компьютере пользователя используются специальные программы, которые называются браузерами. Web-приложение состоит из связанных между собой Web-страниц. Web-страница представляет собой текстовый файл с расширением *.htm, который содержит текстовую информацию и специальные команды - HTML-коды, определяющие в каком виде эта информация будет отображаться в окне браузера. Вся графическая, аудио- и видео-информация непосредственно в Web-страницу не входит и представляет собой отдельные файлы с расширениями *.gif, *.jpg (графика), *.mid, *.mp3 (звук), *.avi (видео). В HTML-коде страницы содержатся только указания на такие файлы.

В настоящее время во всемирной паутине размещено несколько миллионов web-приложения и их число постоянно растет. Это личные страницы, содержащие информацию об авторе, его интересах.

Web-приложения учебных заведений. Здесь размещаются результаты проектной учебной работы студентов, информация о семинарах, конференциях, новых web-сайтах, педагогических изданиях и медиасредствах, которые могут помочь преподавателям в их учебной деятельности и многое другое.Web-приложения дистанционного обучения и консультирования. На этих приложениях размещены обучающие программы и тесты, доступные в режиме on-line для студентов.

2. Обоснование выбора инструментария для создания структуры web-приложения

2.1 Определение структуры web-приложения

Рассмотрим различные структуры web-приложений [17].

Линейная структура. Это самая простая структура web-приложений. Веб-страницы идут одна за другой, и пользователь должен просматривать их как слайд-шоу. В линейной структуре не существует разделения контента на уровни. Все страницы на таких web-приложениях равноправны, и их должен увидеть каждый посетитель. Несмотря на простоту реализации линейной структуры, недостатков у нее гораздо больше, нежели достоинств. А поэтому область ее применения четко ограничена. Она может использоваться на имиджевых сайтах-презентациях и в онлайновых учебных пособиях.

Реализация линейной структуры не представляет собой абсолютно никакой сложности. Самый простой вариант web-приложений -- набор HTML-страниц, с каждой из которых есть ссылка на последующую предыдущую (исключение составляют крайние страницы).

Линейная структура с альтернативами и вариантами. Основой данной структуры является простое линейное размещение веб-страниц. Однако на web-приложениях, построенных по этому принципу, посетители могут проявить некоторую инициативу, облегчив для себя поиск нужной информации. Под альтернативами в данном случае понимается выбор между двумя ветками. Чаще всего подобная структура используется для сбора информации о посетителе.

Линейная структура с ответвлениями. Это тоже контролируемая структура с тупиковыми ветками. То есть посетитель последовательно переходит с одной страницы на другую. Если информация, размещенная на какой-то из них его заинтересовала, и он хочет узнать подробности, то может перейти на ответвление, а потом вернуться обратно на основную страницу [12]. Главным преимуществом рассматриваемой структуры является то, что к ней легко перейти с обычного линейного размещения веб-страниц. Такое бывает, когда созданное однажды web-приложение перестает удовлетворять возросшим требованиям, а глобальная переделка по тем или иным причинам невозможна. В этом случае веб-мастер может быстро и без всяких проблем расширить проект.

Древовидная структура -- самый универсальный способ размещения веб-страниц. Она подходит для создания практически любых типов web-приложений. Пользователь при заходе на заглавную страницу оказывается перед выбором, куда идти дальше. После перехода в нужный раздел, он подбирает необходимый подраздел и т. п. У древовидной структуры очень много достоинств. Если «дерево» web-приложений будет расти только вглубь, то пользователям, чтобы дойти до какой-то информации, придется загрузить и просмотреть слишком много страниц.

Решетчатая структура. Эта структура уже на порядок сложнее всех рассмотренных ранее. В ней все страницы также размещаются в различных ветках. Но у пользователя есть возможность перемещаться по ним не только вертикально (вверх-вниз) но и горизонтально (то есть между ветками на разных уровнях). Используется решетка в основном только в каталогах. При этом перемещение между ветками на глубинных уровнях осуществляется с помощью отсылок на рубрики в других разделах [5].

Использование решетчатой структуры в других проектах нецелесообразно. Во-первых, она относительно сложна в реализации. Во-вторых, обращаться с «решеткой» нужно с очень большой осторожностью. Иначе она может очень быстро превратиться в непроходимую «чащу», в которой посетители будут вынуждены долго блуждать в поисках нужной им информации. В каждом конкретном случае структура web-приложений, название и взаимное расположение отдельных страниц может отличаться в зависимости от задач, решаемых сайтом, сложности, его объёма и содержания.

Web-приложение из 10 страниц.

Рис. 2.1. Web-приложение из 10 страниц

В Web-приложении может быть до 20 страниц текста формата А-4 и до 50 фотографий (рисунков), выполненных с предпросмотром.

Особое внимание уделите структуре расположению папок и документов вашего сайта на жестком диске вашего компьютера или хостинг-провайдера.

Web-приложении надо сделайте меньше, но лучше. Так будет намного легче поддерживать Web-приложении в работоспособном состоянии.

Правильная структура сайта избавит вас от необходимости тратить время на поиски необходимого файла в куче информационного мусора и позволит построить систему навигации таким образом, чтобы пользователи имели возможность получить доступ к любой странице, совершив при этом не более трех переходов кликов мышкой.

Web-приложение из 20 страниц.

Рис. 2.2. Web-приложение из 20 страниц

В Web-приложении может быть до 40 страниц текста формата А-4 и до 90 фотографий (рисунков), выполненных с предпросмотром.

Web-приложение из 30 страниц (корпоративный сайт начального уровня).

Рис. 2.3. Web-приложение из 30 страниц

В Web-приложении может быть до 60 страниц текста формата А-4 и до 120 фотографий (рисунков), выполненных с предпросмотром.

Web-приложение из 60 страниц (корпоративный сайт среднего уровня).

В Web-приложении может быть до 150 страниц текста формата А-4 и до 180 фотографий (рисунков), выполненных с предпросмотром.

Web-приложение из 150 страниц (корпоративное приложение высокого уровня).

В Web-приложении может быть до 250 страниц текста формата А-4 и до 300 фотографий (рисунков), выполненных с предпросмотром.

Глубина Web-приложения - количество последовательных уровней, содержащих веб-страницы, начиная с домашней (главной страницы). Главную (домашнюю) страницу Web-приложения, как правило, не считают за уровень. Web-приложение с двухуровневой системой навигации (оптимален):

0. Главная (домашняя) страница Web-приложения. С неё ведут гиперссылки (система навигации Web-приложения) на первый уровень.

1. Первый уровень. С каждой веб-страницы первого уровня гиперссылки ведут на веб-страницы второго уровня.

2. Второй уровень.

Сайт с трёхуровневой системой навигации (применяется для сложных Web-приложений с большим количеством информации):

0. Главная (домашняя) страница Web-приложения. С неё ведут гиперссылки (система навигации Web-приложения) на первый уровень.

1. Первый уровень. С каждой веб-страницы первого уровня гиперссылки ведут на веб-страницы второго уровня.

2. Второй уровень. С каждой веб-страницы второго уровня гиперссылки ведут на веб-страницы третьего уровня.

3. Третий уровень.

Рис. 2.4. Web-приложение с трёхуровневой системой навигации

Web-приложение с четырёхуровневой системой навигации (большая глубина Web-приложения бывает в особо сложных Web-приложениях, и при ошибке веб-дизайнера или заказчика, пожелавших иметь подобную структуру Web-приложения).

0. Главная (домашняя) страница Web-приложение. С неё ведут гиперссылки (система навигации сайта) на первый уровень.

1. Первый уровень.

2. Второй уровень.

3. Третий уровень. С каждой веб-страницы третьего уровня гиперссылки ведут на веб-страницы четвёртого уровня.

4. Четвёртый уровень.

Web-приложение, имеющий большую глубину (система навигации Web-приложения включает много уровней), очень труден для поиска в нём информации.

Глубину Web-приложения можно уменьшить, а, следовательно, упростить сайт и поиск информации на нём, если веб-дизайнеру предоставят контент Web-приложения сразу, а не частями.

Рис. 2.5. Web-приложение с четырёхуровневой системой навигации

Чтобы создать простое и удобное Web-приложение, веб-дизайнеру необходимо иметь полное представление обо всем контенте Web-приложения(текст, таблицы и рисунки). Не имея всего контента, создать удачную компоновку страниц и систему навигации Web-приложение трудно.

Каскадная модель. Согласно этой модели все этапы разработки веб-проекта следуют один за другим. Сначала идет определение целей Web-приложения, затем описывается концепция, составляется техническое задание и так далее. Заканчивается все тестированием и внедрением Web-приложения в эксплуатацию.

Таблица 2.1. Рекомендуемое числа уровней (глубины Web-приложения) в зависимости от числа html страниц

Число html страниц Web-приложения	до 30-40	от 30-40 до 600-700	более 600-700
Оптимальное число уровней Web-приложения	Одноуровневая система навигации Web-приложения	Двухуровневая система навигации. Допустимо включение третьего уровня для 10-15% страниц.	Трёхуровневая система навигации. Допустимо включение четвёртого уровня для 10-15 % страниц.

Наиболее распространены три модели проектирования Web- приложений.

Каждый этап начинается только после полного завершения предыдущего шага. При этом каскадная модель не предусматривает возврата назад для доработки или изменения сделанного ранее. Каскадная модель -- самая простая. Она непригодна для работы над крупными Web-приложениями.

Рис. 2.6. Каскадная модель

Самое главное достоинство этой модели -- простота реализации. Она может быть использована как вебмастерами-одиночками, так и небольшими фирмами или группами. Правда, есть у каскадной модели и недостаток, причем достаточно серьезный. Он заключается в том, что четкое представление поставленных задач и целей бывает только в теории. На практике же во время работы над Web-приложением постоянно появляются новые идеи, которые непременно захочется реализовать.

Модель «Спираль». «Спираль» -- самая популярная модель проектирования. Ее главное достоинство -- гибкость. Это самая популярная модель проектирования работы сайта. Ее суть, как это видно из названия, заключается в движении по спирали. Работа начинается с первого этапа -- «Планирование и анализ» -- и последовательно проходит все остальные -- разработку архитектуры, кодирование и создание дизайна, тестирование. Параллельно с разработкой проекта аккумулируются идеи по улучшению сайта, внесению дополнительных возможностей и так далее. После завершения последнего этапа работа снова возвращается к первому. Таким образом цикл повторяется несколько раз.

Главное достоинство модели «Спираль» -- возможность создания сложных проектов с постепенным их изменением и улучшением. Но есть у нее и недостаток. Дело в том, что новые идеи появляются постоянно. Если реализовывать их все, то появляется риск «зацикливания», то есть постоянной разработки Web-приложения. Правда, решить эту проблему очень легко. Просто нужно остановиться в конце одного из циклов, запустить сайт в эксплуатацию, а потом можно будет продолжать работу, периодически радуя посетителей проекта новыми релизами. Есть у модели «Спираль» и еще один минус.



Рис. 2.7. Спиральная модель

Microsoft Solutions Framework -- модель для разработки сложных проектов. Эту модель компания Microsoft использует для разработки собственных продуктов. Тем не менее она прекрасно подходит и для проектирования работы над веб-сайтами. Суть Microsoft Solutions Framework заключается в следующем. Работа над проектом состоит из четырех этапов -- анализа, планирования, разработки и стабилизации. Причем каждый из них должен достигать определенного заранее результата. Кроме того, в конце этапа обычно составляется специальный документ, в котором подробно описывается состояние проекта на данный момент времени. После прохождения полного цикла разработка возвращается на первый шаг. И так повторяется несколько раз

К достоинствам Microsoft Solutions Framework стоит отнести, во-первых, четкое следование этапам разработки и понимание каждым исполнителем своей задачи и места в проекте, а во-вторых, возможность циклической работы, что способствует улучшению качества сайта и выявлению всех недостатков. Минус у подобного решения только один. Он заключается в сложности модели. Поэтому ее использование оправдано только большими группами во время работы над крупными веб-проектами.



Рис. 2.8. Microsoft Solutions Framework

Дизайн Web-приложения. Первым этапом разработки Web-приложения является определение его дизайна. Главные задачи, которые приходится решать при разработке дизайна сайта, - это соответствие сайта фирменному стилю, использование логотипа и цветов фирмы, и удобство Web-приложения для пользователя.

Web-приложение должен иметь интерфейс, позволяющий посетителю легко ориентироваться в его ресурсах. Визуальное выделение информационных блоков, контрастные ссылки, интуитивно понятное расположение управляющих элементов и грамотная верстка способны сделать посещение Web-приложения удобным и информативным.

Разрешение Web-приложения. Сумбурное расположение информации затрудняет ее восприятие, поэтому, если хотите угодить пользователю, зафиксируйте ширину Web-приложения.

Навигация на Web-приложении. Хорошая навигация - знак качества для Web-приложения, используйте карту Web-приложения, строку подсказок - все, чтобы максимально упростить общение Web-приложения и пользователя.

Информационное наполнение. Информация - смысл существования Web-приложения, используйте легко читаемые шрифты, выделение заголовков, ведь задача Web-приложения не запутать пользователя, а донести до него информацию в максимально доходчивом виде.

Графика в Web-приложении. Правильно подобранная графика выгодно представляет фирменный стиль в Web-приложениеи и облегчает пользователю общение с электронным ресурсом, однако не увлекайтесь анимированными графическими элементами, они могут существенно замедлить время загрузки Web-приложения.

Прежде всего, графика должна тесно переплетаться с тематикой ресурса, повсеместно направляя действия пользователя и облегчая его восприятие. К примеру, можно оснастить меню Web-приложения небольшими иконками, соответствующими разделу, оснастить разделы тематическими картинками.

2.2 Сравнительный анализ программного обеспечения web-приложений

Одной из важнейших технологий, на которых держится современный Интернет, является язык HTML, предназначенный для создания и оформления документов. Использование языка HTML для разработки электронного учебного пособия даст возможность централизованного хранения информации при обеспечении общего доступа к учебным материалам.

Популярность WorldWideWeb и неотъемлемой ее части, HTML, безусловно, стала причиной повышенного внимания к системам гипертекстовой разметки документов. Хотя понятие гипертекста было введено В.Бушем еще в 1945 году и, начиная с 60-х годов, стали появляться первые приложения, использующие гипертекстовые данные.

...