Разработка электронного лабораторного практикума по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование"

Обзор систем дистанционного образования и его особенности. Анализ электронных практикумов по программированию. Разработка принципов и структурных модулей электронного лабораторного практикума. Методология его проектирования и программной разработки.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид дипломная работа
Язык русский
Дата добавления 04.07.2018
Размер файла 2,0 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

  • Введение
  • 1. Анализ подходов к системе дистанционного образования
    • 1.1 Особенности дистанционного образования
    • 1.2 Обзор систем дистанционного образования
    • 1.3 Обзор электронных практикумов по программированию
  • 2. Разработка принципов и структуры электронного лабораторного практикума
    • 2.1 Структура практикума, назначение и описание модулей
    • 2.2 Анализ функциональных характеристик СДО Moodle
  • 3. Построение электронного практикума по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование"
    • 3.1 Проектирование практикума с использованием CASE-средств
    • 3.2 Разработка практикума
      • 3.2.1 Основные этапы разработки практикума
      • 3.2.2 Реализация структуры интерфейса
    • 3.3 Построение информационной модели данных
    • 3.4 Содержание электронного комплекса
  • 4. Компьютерная реализация лабораторного практикума по дисциплине "объектно-ориентированное программирование"
    • 4.1 Разработка структуры реализации ЭП в СДО Moodle
      • 4.1.1 Основные требования к ЭП
      • 4.1.2 Требования к функциональным возможностям
    • 4.2 Описание программной реализации
    • 4.3 Тестирование и оценка надежности ЭП
  • Заключение
  • Список использованных источников

Введение

Актуальность темы. Интерес к дистанционному обучению сформировался уже давно. С развитием телекоммуникационных технологий, заочному обучению стало уделяться больше внимания посредством дистанционного образования. Задача образования в современном обществе это обеспечение свободного доступа к образованию, с учетом кругозора и интересов. Эту задачу государство решало через систему школьного, вузовского образования, систему повышения квалификации, включающие как очные, так и заочные формы обучения. Курсы организуются таким образом, что время выделяется не только на самообразовательную деятельность, но и на решение заданий, правильность которых контролируются преподавателем.

Цель данной работы: разработка электронного лабораторного практикума по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование". Практикум необходимо создать в системе дистанционного обучения Moodle. Выпускная квалификационная работа состоит из четырех разделов.

Задачи работы:

1) анализ подходов к системе дистанционного образования;

2) разработка принципов и структуры электронного практикума;

3) построение электронного практикума;

4) компьютерная реализация электронного лабораторного практикума.

Научная новизна работы:

1) разработана функциональная структура электронного практикума;

2) разработано содержание по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование.

Практическая значимость работы:

1) практикум может быть использован студентами в процессе обучения по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование";

2) практикум может быть использован в любое время с любого компьютера с доступом к сети "Интернет";

3) автоматизация деятельности преподавателя в области контроля над прогрессом изучения студентами материала.

Публикация. Основные результаты изложены в 1 работе.

Выпускная квалификационная работа состоит из 4 разделов.

В первом разделе описываются особенности дистанционного образования, сделан обзор систем дистанционного образования и обзор электронных лабораторных практикумов по программированию.

Второй раздел описывает общую структуру, назначение и описание модулей электронного практикума, анализируются функциональные характеристики СДО Moodle, составляется информационно-аналитическая поддержка студентов по дисциплине.

В третьем разделе производится построение электронного практикума. Проектируется практикум с помощью CASE-средств: BPwin, использующий методологию IDEF; RationalRose - построение диаграммы вариантов использования и диаграммы деятельности. Рассматриваются основные алгоритмы работы практикума, реализуется структура интерфейса. Оформляется содержание практикума. Строится информационная модель данных.

В четвертом разделе описываются программные средства для обучения в СДО; проектируется интерфейс системы; производится тестирование и оценка надежности программного средства.

1. Анализ подходов к системе дистанционного образования

1.1 Особенности дистанционного образования

Дистанционное образование - это качественно новый, прогрессивный вид обучения, который основан на использовании специальных компьютерных технологий и средств Интернета, обеспечивающих оптимальное (в смысле педагогической эффективности) управление процессом обучения [1].

Система дистанционного обучения (СДО) позволяет приобрести необходимые навыки и новые знания с помощью персонального компьютера с выходом в сеть Интернет. Место расположения не имеет значения, поэтому учиться можно дома, на работе, в классе центра Дистанционного обучения, а также в любом другом месте, где есть выход в Интернет. Это важнейшее преимущество СДО перед традиционными формами обучения. Вторым аргументом в пользу данной системы является ее гибкость - участники учебного процесса выбирают удобное для них время занятий. И что не маловажно, обучаться с помощью нее можно всем. Нет никаких возрастных, территориальных, образовательных, профессиональных ограничений, чтобы начать обучение в данной системе [2].

Понятие дистанционного образования понимается по-разному. В случае, когда под дистанционным образованием предполагается обучение учащихся, которые удалены от института, B таком случае это определение полностью подходит и традиционному заочному обучению.

Авторы статьи [3] отмечают, что. заявляя о дистанционном образовании, принципиально выделить отличие среди суждений открытое образование и дистанционное образование. Открытое образование имеет возможность осуществляться заочно, очно, на расстоянии. А дистанционное образование определяется на созданные для определенной сферы образования программы, образцы.

Также автор перечисляет главные аспекты подбора средств организации ЭО.

Такой параметр как безопасность выявляет практичность администрирования и несложность обновления контента B основе имеющихся стандартов.

Практичность руководства и оборона от иных воздействий значимо воздействуют на отношение пользователей к системе и производительности ее применения. дистанционное образование программирование практикум

Стоимость формируется из цены системы, а еще из расходов на ее внедрение, создание курсов и обслуживание, наличие или недоступность ограничений по числу лицензий на учащихся.

Присутствие ресурсов создания контента. Редактор учебного контента, который уже встроен, не только упрощает создание курсов, однако и выделяет вероятность интегрировать B общем понятии образовательные материалы разного назначения.

Способность поддерживать стандарт SCORM, который представляется единой базой обмена ЭК.

Система управления контролем знаний дает возможность онлайн дать оценку знаниям учащихся. Как правило, подобная система содержит в себе тестирование, задания и проверку активности учеников на форумах.

При подборе системы нужно гарантировать комфортное ее применения. Это значительный параметр, потому как возможные учащиеся никогда не будут применять технологию, которая может показаться на первый взгляд слишком большой либо формирует затруднения при навигации. При работе с учебным курсом нужно чтобы было просто отыскать меню помощи, а также несложный переход к разным разделам и удобное общение с инструктором.

Предоставление допуска. Учащиеся не должны иметь преград к доступу учебной программы, которые связаны с их месторасположением во времени и пространстве.

Вероятность применения в качестве контента не только текста и графики, но также аудио, видео.

Расширяемость как диапазона слушателей, обучаемых по системе дистанционного образования, так и прибавления курсов обучения.

Создатели работы [1] выделяют, что одно из нескольких хороших достоинств дистанционного обучения - это то, что каждый человек из любой точки мира имеет вероятность получения образования без смены места жительства. Это комфортно для людей, которым необходимо повысить квалификацию, а также для молодежи.

Применение телекоммуникаций с целью пересылки учебных материалов по е-mаіl и ПК для их чтения и распечатки не меняет сущности: главным носителем учебной информации является не интерактивный документ, эксплуатационная взаимосвязь с преподавателем не имеется, меняется только лишь сфера передачи данных.

Главной составляющей информационного обеспечения дистанционного обучения представляется мультимедиа курс. Автор педагогического сценария обязан отлично продемонстрировать себе характерные черты интерфейса человек-компьютер, дидактические возможности ПК и употреблять их более продуктивно. Тем не менее формирование мультимедиа (аудио записей и видео, анимации и другие) призывает особого программного и аппаратного обеспечения, освоение которого автором направления бессмысленно.

Информационные учебные средства могут разделяться на две категории: локальные элементы, пребывающие напрямую у обучаемого (в своем ПК), и сетевые элементы, размещаемые на ПК учебного центра.

В статье автор анализирует, что в завершении двадцатого столетия в Европе, а далее и в России понятие e-learning распространилось.

Дистанционные технологии дают возможность обусловить доступ к высококачественному образованию любому человеку.

Авторы работы [4] устанавливают, что наиболее важным элементом подобной системы является возможность формирования сведений об успеваемости, что предоставляет шанс совершать заключения о том, в какой степени учащий вуза осваивает данный учебный курс.

Присутствует немного видов применения технологий дистанционного обучения: в роли дополнительной поддержки ключевого курса изучения; в роли базы для самостоятельного образования (обучающиеся самостоятельно осваивают весь материал); в роли главной образовательной технологии. В таком случае создается многократная группа учащихся в периферийном центре, работающая под контролем координатора, который производит контроль учебного процесса, своевременное выполнение работ обучающимися, производит консультации, оказывает помощь ученикам при освоении курса [5].

Для воплощения дистанционного обучения нужно выполнение конкретных действий [6]:

1) нужно доставлять материал в полном объеме студентам, через сеть интернет и прочие средства мультимедиа;

2) учащийся обязан иметь интерактивный контакт в ходе обучения со своим преподавателем (скайп, ревизия отправленных работ преподавателем, и поправка замечаний учащимся);

3) обучающийся обязан в силе без помощи Других разбирать материал для гораздо лучшего его усвоения и запоминания;

4) преподавателю нужно беспристрастно расценивать работу обучаемого, вносить правки в его задания, расценивать познания и умения, что получены в ходе исследования материала.

Средствами, позволяющими более обширно обхватывать материал, считаются пересылка почтовой корреспонденции, учебников и заданий для самостоятельной работы, отправка и общение со студентом посредством глобальной сети и важного оборудования (веб- камера, индивидуальный ПК, микрофон, сеть интернет), электронные образовательные ресурсы и программы [7].

Автор работы [8] отметил основные особенности дистанционного обучения такие как: гибкость, параллельность, дальнодействие, охват.

Гибкость дает возможность обучаться учащимся в подходящее для себя время и место. Любой может обучаться сколько нужно ему для изучения курса и извлечения требуемых знаний. Параллельность позволяет совмещать работу с обучением. Дальнодействие позволяет обучаться на расстоянии. Охват порой именуют массовость. Число учащихся не представляется критическим параметром.

В статье [9] автор приводит исследование наиболее популярных систем дистанционного обучения.

ISpring Online [9]- система дистанционного обучения для бизнеса. Платформа с целью корпоративного обучения с сильным прибором исследования учебных материалов.

С целью деятельности представленной системой не потребуется особой подготовки, интерфейс понятен. Система готова к применению после регистрации на сайте.

Достоинства данной системы iSpring Online:

1) учебный курс возможно пустить в ход с каждого устройства. Особое мобильное приложение дает обеспечение на доступ к учебным материалам, в том числе без включения интернета;

2) активные онлайн - трансляции дают возможность в то же время обучать работников всех отделений. Записи абсолютно всех вебинаров хранятся, и их можно посмотреть в любое время;

3) B СДО возможно загрузить неограниченное количество курсов;

4) система составляет подробную статистику и может помочь вам отследить, кто на самом деле обучается и, кто отсутствует.

С ее содействием легко осуществлять контроль степени подготовки в любом подразделении и производить оценку успеваемости работников.

Создатели принимают во внимание просьбы клиентов и каждые 2-3 месяца выпускают обновления, добавляя в СДО новые способности.

Moodle [10]- независимая система, нацелена первоначально лишь на организацию взаимодействия среди преподавателя и учащимся, но также подходит и с целью организации классических дистанционных курсов и поддержки очного обучения. Учащиеся имеют все шансы по-настоящему обучаться, приобретая доступ к разным ресурсам класса. Данная система дает возможность продуктивно сформировать процесс обучения, применяя подобные способности, как проведение семинаров, тестов, заполнение электронных журналов, и другие.

TrainingWare Class [9]- система, которую можно безвозмездно употреблять и улучшать посторонним пользователям и создателям. TrainingWare Class гарантирует связь среди преподавателя и учащимися в ходе обучения, создание курсов, поддержание очного обучения, автоматизированную аттестацию пользователей.

Claroline LMS [9]- платформа, которая дает возможность преподавателям формировать успешные онлайн-курсы и руководить процессом обучения.

Данную платформу используют во многих организациях. Claroline LMS дает возможность формировать и администрировать курсы онлайн. Также ее считают платформой для построения сайтов ДО. Продукт не платный и доступен.

Она дает возможность разрабатывать уроки, редактировать и управлять ими. Приложение содержит источник викторин, календарь, ассортимент ссылок.

Atutor [9]- система, которая содержит в себе полностью нужный е_learning инструментарий. Это независимая платформа. Интерфейс системы простой и полностью доступный. Администраторы имеют все шансы освежить систему за некоторое количество времени, сформировать свои шаблоны ее оформления.

Кроме того, автор статьи [3] дополнил список систем свободно распространяемые LMS\LCMS.

Dokeos [3] - платформа, которая служит для построения сайтов ДО, базирующая на ветке Claroline. Ветвь предполагает собой клон беспрепятственно распространяемого программного продукта, который создан для изменения оригинала приложения.

Данная платформа - это итог деятельности отдельных членов первоначальной группы создателей ветки, что затеяли поменять ориентацию приложения. Сейчас оно годится точнее организациям, нежели институтам. Проблем в том, что она отлично адаптирована с целью вузовской сферы, что же проявляется в помощи крупного числа учащихся и курсов. Dokes же значительнее нацелен на высококлассную клиентуру, к примеру, на штат компании.

Он безвозмезден и остается таким. Потому как ветвь стала существовать не так давно, и то и другое приложение на данный момент касательно схожи друг с другом, хотя отдельные отличия уже начинают появляться.

OpenACS [3]- система, которая предназначена для формирования масштабируемых образовательных средств. Система представляется базой для многих организаций и институтов, которые занимаются применением технологий ЭО.

Sakai [3]- предполагает собой систему организации учебного места в режиме онлайн. В системе используются стандарты IMS, SCORM.

B основе специфики MS Learining Design была основана система LAMS, которая дает преподавателям визуальные ресурсы с целью создания структуры учебного процесса.

Среди коммерческих систем ДО можно выделить такие как: Oracle Learning Management, WebTutor, "ДОЦЕНТ", Learn eXact 11 другие.

Автор разделяет все без исключения имеющиеся на данный момент образовательные платформы для организации ДО.

Коробочные сервисы, если макропрограммная продукция поставляется вполне готовом виде и ее только лишь следует развернуть в нужном учреждении.

SaaS Сервисы - это технологии, которые позволяют развернуть систему дистанционного образования на удаленном обслуживании и в этой ситуации организация не увлекается технической поддержкой работы.

Платформы, с целью выполнения разных вебинаров, гарантируют только лишь конкретный круг задач, который связан с возможностью обмена информацией различными методами.

На рынке систем ДО все программные продукты допускается разбить на несколько категорий. Первая категория - коммерческие проекты, что в основном представлены крайне верными продуктами. Однако тут скрывается и значительный минус: пользователи не обладают доступом к начальному коду программы, а, следовательно, не имеют возможности скопировать систему или заказать доработку специалистам. Кроме того, необходимо принять во внимание высочайшую цену коммерческих продуктов, систематическую плату лицензии и тарифов на количество пользователей. Вторая категория - безвозмездные программные оболочки (Open Source), которые даются с раскрытым начальным кодом. Это значит, что организация имеет возможность лично увлекаться доработкой системы. Масса модулей и плагинов присутствуют в независимом доступе, что значительно бережет финансовые ресурсы и период их исследования.

1.2 Обзор систем дистанционного образования

В связи с актуальностью информационных технологий в современном обществе, в сфере образования все больше уделяется внимание смешанному обучению. Смешанное обучение (blended learning) подразумевает в своей организации сочетание сетевого обучения с очным, интеграцию традиционных форм с электронными технологиями [4]. Для поддержки такого вида обучения разработаны и разрабатываются множество систем управления обучением класса LMS (LMS - learning management system). В настоящее время существует множество различных Open Sourse (OS) систем LMS: ATutor, Claroline, Dokeos, Moodle, Sakai, KnowledgeCT [5]. Они помогают решить следующие задачи учебного процесса:

1) создавать и поддерживать образовательные курсы;

2) организовывать структуру обучения;

3) проводить регулярные проверки знаний обучающихся;

4) управлять пользователями и их ролями;

5) создавать отчеты;

6) обеспечивать взаимодействие всех участников учебного процесса;

7) контролировать и проводить мониторинг процесса обучения и усвоения знаний студентами.

Для выбора конкретной системы LMS для организации образовательного портала нужно обратить внимание на следующие критерии (на основе [5]):

1) многофункциональность. Система должна поддерживать различные и множественные функции разного уровня для управления контентом сайта, для анализа активности пользователей сайта и поддержки форумов, чатов, обмена сообщениями;

2) надежность. Система, которая работает с большим объемом контента, должен быть простым и удобным для управления и обновления, защищенным от внешнего воздействия;

3) стабильность. Система должна работать стабильно, т.е. быть устойчивым в самых разных режимах работы;

4) возможность самостоятельно создавать контент. Данный критерий облегчит работу над созданием, дополнением учебного курса;

5) поддержка стандартов IMS/SCORM (IMS Global Learning Consortium / Sharable Content Object Reference Reference) [13], Поддержка этих стандартов повышает мобильность и облегчает обмен ресурсами, можно легко импортировать и экспортировать данные в системе;

6) мониторинг и проверка знаний обучающихся. Система LMS не только должна содержать материалы, но и систему для проверки знаний обучающихся. Такая система обычно содержит тесты, задания, мониторинг активности студентов;

7) интерактивная мультимедийность. Контент должен содержать не только текстовые и графические файлы, но и использовать видео видео, аудио материалы, различные анимации, графики, включая 3D;

8) возможность последующего развития. Система должна масштабироваться и развиваться. Модифицировать его и обновлять при следующих версиях СДО;

9) кросс-платформенность. Система должна без проблем работать на различных операционных системах и ни без каких-либо дополнительных программных обеспечений.

Рассмотрим некоторые системы дистанционного обучения (СДО), более подходящие критериям, описанным выше.

ATutor-система управления обучением (Inclusive Design Research Centre, OCAD University).

ATutor - это система управления обучением с открытым исходным кодом на базе Web (LMS), используемая для разработки и проведения онлайн-курсов. Главным преимуществом ATutor является его гибкость и простота, администраторы могут без усилий изменять и обновлять систему, разрабатывать новый интерфейс системы, с помощью дополнительных модулей можно расширять функциональность ATutor. Преподаватели курсов могут легко собирать, распаковывать и распространять материалы своих курсов.

Claroline (UCL/IPM, ECAM).

Claroline - это среда для электронного обучения (ЭО) и электронной работы. Система Claroline позволяет преподавателям создавать эффективные онлайн-курсы и управлять ими. Она переведена на 35 языках мира, имеет многочисленные сообщества пользователей и разработчиков по всему миру. Система используется не только учебными заведениями, но и учебными центрами, крупными компаниями и ассоциациями. Платформу можно настраивать и разрабатывать под конкретный заказ.

Dokeos (Communaute Dokeos).

Dokeos - это программное обеспечение с OS кодом для электронного обучения. Его используют крупные компании, университеты и федеральные управления. Она предоставляет создать и поддерживать online курсы, учет и контроль успеваемости, различные средства для взаимодействия и общения между всеми участниками системы. Основными концептуальными парадигмами продукта являются простота и эргономика.

LAMS - Learning Activity Management System (LAMS Foundation).

LAMS - система управления последовательностью учебных действий, она предоставляет преподавателям визуальные средства для разработки структуры учебного процесса, позволяющие задавать последовательность видов учебной деятельности. Интуитивно понятный, простой интерфейс для создания образовательного контента, который включает задания различного вида, например, индивидуальный, групповой;

OLAT - Open Learning And Training (Universitat Zurich).

OLAT - эта система дистанционного образования является основной образовательной платформой в University of Zurich, Switzerland. В настоящее время система OLAT широко применяется другими вузами, особенно в Европейских университетах. Она имеет в основном такие же характеристики возможностей, как и большинство LMS систем. Позволяет управлять и поддерживать учебные курсы, предоставляет интерактивные методы взаимодействия студентов с преподавателями; С 2011 года была запущена альтернатива, так называемая OpenOLAT, она более функционально богата и гибка, чем его предшественник. Его можно интегрировать на мобильное устройство и можно легко модифицировать.

ILIAS (ILIAS).

ILIAS - является универсальной LMS системой для поддержки и управления учебным процессом в университетах. Используется многими вузами во всех странах, особенно в немецких университетах. Она поддерживается такими модулями, как: управление курсами, управление учебными модулями, тестирование и оценка, вики и блоги. ILIAS соответствует стандарту: учебные модули SCORM 1.2 и SCORM 2004. LOM. Тестирование и оценка IMS QTI. Экспорт XML, CSV и Excel. IMS LTI для встраивания внешних приложений. Не требуется никакого дополнительного встраиваемого программного обеспечения для работы с системой.

Moodle - Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment (Martin Dougiamas).

Moodle - модульно объектно-ориентированная среда дистанционного обучения. Moodle - это свободная система управления обучением, ориентированная прежде всего на организацию взаимодействия между преподавателем и студентами. Используя Moodle преподаватель может создавать курсы, наполняя их содержимым в виде текстов, вспомогательных файлов, презентаций, опросов; Для использования Moodle достаточно иметь web-браузер, что делает использование этой учебной среды удобной как для преподавателя, так и для студентов. По результатам выполнения учениками заданий, преподаватель может выставлять оценки и давать комментарии. Таким образом, Moodle является и центром создания учебного материала, и обеспечения интерактивного взаимодействия между участниками учебного процесса.

Исследовав эти 7 наиболее популярные и подходящие для организации дистанционного учебного процесса LMS системы: ATutor, Claroline, Dokeos, LAMS, OLAT, ILIAS, Moodle, мы выбрали СДО Moodle по следующим причинам:

1) система отчетности у Moodle более развита, чем у других LMS систем, и продолжает развиваться;

2) имеет множество вариантов для проверки знаний (тесты, задания, семинары);

3) структура строения модульная, т.е. она состоит из микромодулей, которые можно свободно добавлять или удалять в систему, исходя из строения учебного плана, также можно самим разрабатывать модули или их модифицировать;

4) распространяется бесплатно, а также в открытом исходном коде;

5) нацелена на коллаборативные процессы преподавания, т.е. дает возможность проводить обучение в интенсивном взаимодействии обмена знаниями;

6) Moodle настроена не под конкретную форму организации учебной деятельности, ее можно подгонять под любую структуру учебного процесса;

7) она универсальна для использования различными учебными заведениями (ВУЗами, ССУЗами, школами) и организациями;

8) имеет как балльную, так и словесную систему оценки;

9) имеет множество средств коммуникации пользователей: форумы, чат, сообщения, рассылки;

10) мониторинг и отчетность работы студентов;

11) поддерживает стандарты и дает возможность без глобального перепрограммирования вносить какие-либо изменения;

12) существует несколько форматов курсов, можно выбрать более подходящий формат к концепции преподавания курса;

13) интуитивно понятный и простой интерфейс. Системой Moodle могут пользоваться люди разной степени образования, с разными физическими возможностями;

14) имеет самое большое количество сообществ пользователей по всему миру.

1.3 Обзор электронных практикумов по программированию

Электронный лабораторный практикум по программированию на языке С#. Изучение языка программирования C# в процессе самостоятельного выполнения и защиты лабораторных работ, а также последующая сдача экзамена представляет определенные трудности для студентов как дистанционного, так и дневного форм обучения. Эти трудности часто связаны отсутствием выполненных аналогов лабораторных работ и невозможностью самостоятельно проверки своих знаний по изучаемым темам перед защитой лабораторных работ и дисциплине в целом перед экзаменом. Электронный лабораторный практикум (ЭЛП) позволяет значительно ускорить процесс освоения языка программирования C# и решить эти проблемы. ЭЛП представляет собой Web - приложение, реализованное средствами ASP.NET Microsoft Visual Studio 2010

Электронный лабораторный практикум по дисциплине "основы алгоритмизации и программирования". Разработанный практикум позволяет студентам облегчить понимание предмета, рассмотренного в лабораторно - лекционном материале. Электронные лабораторные практикумы (ЭЛП) обычно создаются для учащихся школ, колледжей и ВУЗов. ЭЛП существенно помогает в самостоятельной работе учащихся при очном и, особенно, дистанционном обучении, потому что он:

1) облегчает понимание изучаемого материала за счет иных, нежели в печатной учебной литературе, способов подачи материала: индуктивный подход, воздействие на слуховую и эмоциональную память;

2) допускает адаптацию в соответствии с потребностями учащегося, уровнем его подготовки, интеллектуальными возможностями и амбициями;

3) предоставляет широчайшие возможности для самопроверки на всех этапах работы. ЭЛП может облегчить процесс обучения, поскольку он помогает получить прочные и всесторонние знания и умения по данному предмету.

Программный комплекс реализован на языке программирования Borland Delphi 7.

2. Разработка принципов и структуры электронного лабораторного практикума

2.1 Структура практикума, назначение и описание модулей

Практикум является хорошим дополнением к привычной форме обучения по пособиям и методическим указаниям в печатной форме, как для заочно-дистанционного отделения, так и для очного.

Электронный практикум (ЭП) обязан в полном объеме освещать все виды занятий и содержать в себе: средства для изучения дисциплины, средства для контроля преподавателей за студентами, средства для взаимодействия между преподавателями и студентами, средства контроля знаний, как отдельных тем дисциплин, так и всей полностью, средства управления всем курсом.

Для понимания сути вопросов, должны иметься различные материалы, как-то методические указания, справочники, все в электронном виде - как аналоги обычных методичек.

Основными требованиями, выдвигаемыми при создании и эксплуатации электронного практикума для студентов, являются: электронный комплекс должен точно подстраиваться под государственный образовательный стандарт и типовую рабочую программу учебной дисциплины; допустимость применения для самостоятельного изучения при контроле и консультационной поддержке со стороны учителей. Учебные материалы должны иметь научную подоплеку, как-то структурированность, чёткая система определений и понятий, достоверное отражение сути вопроса, но в то же время быть доступным для чтения и понимания. ЭП должен иметь хорошо проработанную навигацию для переходов по всему курсу, в частности по разделам и темам; актуальные задания для изучения тем. При организации ЭП необходимо также учитывать текущий уровень знаний студентов и по возможности корректировать курс упрощая или усложняя задачи.

Подсистема контроля знаний обязана содержать следующие возможности: самоконтроль, главная задача которого - достижение убежденности обучаемого в том, что он усвоил учебный материал; текущий контроль, основная цель которого - диагностика в процессе усвоения и, при необходимости, коррекция плана обучения; рубежный контроль для проверки уровня усвоения раздела; итоговый контроль, который представляет собой серию заданий и тестов по всему проработанному материалу, выполняемых обучаемыми самостоятельно.

Данный комплекс должен быть доступен через Internet и через внутреннюю сеть вуза. Всю информационную составляющую - лекции, пособия, методические указания, тесты, необходимо постоянно обновлять и пополнять.

Также при создании электронного материала необходимо учитывать специфику того, что нет очного общения студента и преподавателя. Кроме этого, учебный материал формируется на основе составленной учебной программы. Такая программа создает возможность обучающемуся поэтапно осваивать материал в нужном темпе, чтобы успеть в заданные временные рамки изучить дисциплину и получить знания согласно государственным требованиям.

В процессе обучения студент для самопроверки может воспользоваться тестами. Правильность ответов обучающихся контролирует система, которую настраивает администратор, то есть создаёт банк вопросов и вариантов ответов на них и отмечает правильные. Электронный комплекс может использоваться как при проведении аудиторных занятий, так и для самостоятельной работы студентов.

Целью создания ЭП для студентов является сокращение времени при изучении новой дисциплины, систематизация и комплексное восприятие изучаемых вопросов дисциплины, возможность самоконтроля для учащихся на кафедре Информационных систем и технологий.

На основе анализа предметной области автоматизации разработана функциональная структура электронного лабораторного практикума, которая представлена на рисунке 2.1.

Электронный лабораторный практикум состоит из основных 4 модулей.

Рисунок 2.1 - Функциональная структура электронного лабораторного практикума

Модуль студента и модуль преподавателя хранят информацию о зарегистрированных пользователях.

Модуль регистрации/авторизации проверяет информацию, поступающую из модуля студента или модуля преподавателя, сравнивает её с имеющейся информацией в единой базе данных и в зависимости от наличия таких данных в базе отвечает за регистрацию или за авторизацию пользователя.

Модуль обучения и контроля - главный модуль в системе, который состоит из трёх блоков: блок теоретического материала, блок практического материала и блок тестирования представляет собой краткое изложение того, что было пройдено на лекции с ключевыми формулами, определениями и примерами. Теоретический блок служит для того, чтобы у студента был в удобном доступе необходимый материал, а также работающий код примеров программ, который студент может скопировать и посмотреть его работу в программе. Практический блок содержит варианты задач двух уровней сложности - для начинающих изучать язык программирования и для тех, кто хочет повысить свою квалификацию в этой области. Для сдачи практикума необходимо загрузить решеные задачи в электронную систему. Для блока тестирования разработаны тесты для контроля полученных знаний студентом на лекции и в ходе лабораторного практикума. После выполнения всех лабораторных практикумов студенту откроется итоговый тест по всем темам, вопросы в котором будут случайным образом собираться со всего лабораторного практикума, что сделает каждый тест уникальным [20].

2.2 Анализ функциональных характеристик СДО Moodle

СДО Moodle представляет собой инструментальную среду для разработки и размещения учебных и методических материалов в сети Internet/Intranet и организации учебного процесса на них. Модулярная объектно-ориентированная динамическая обучающая среда - это среда дистанционного обучения, предназначенная для создания качественных дистанционных курсов.

Moodle распространяется бесплатно в качестве программного обеспечения с открытым кодом (Open Source) под лицензией GNU Public License (rus). Это значит, что Moodle охраняется авторскими правами, но и пользователям доступны некоторые права. Пользователи могут копировать, использовать и изменять программный код по своему усмотрению в том случае, если согласны: предоставлять код другим, не изменять и не удалять изначальные лицензии и авторские права и использовать такую же лицензию на всю производную работу.

Открытый исходный код Moodle дает возможность создания курса с учетом особенностей конкретного образовательного проекта, что является его явным преимуществом. Широкие возможности для коммуникации, обмен файлами любых форматов, рассылка, форум, чат, внутренняя почта - это также можно отнести к достоинствам Moodle. Возможность использовать любую систему оценивания (балльную, словесную); полная информация о работе обучающихся; соответствие разработанным стандартам и предоставляет возможность вносить изменения без тотального перепрограммирования; программные интерфейсы обеспечивают возможность работы людям разного образовательного уровня, разных физических возможностей (включая инвалидов), разных культур - все эти возможности предоставляются средой дистанционного обучения. Moodle может быть установлен на любом компьютере, поддерживающем PHP, а также базы данных типа SQL (например, MySQL).

В системе Moodle существует множество типов форматов курсов: урс в Moodle может строиться на одном из следующих форматов: LAMS, SCORM, сообщество (Форум), структура, календарь (CSS), CSS.

В выпускной квалификационной работе за основу курса выбран формат структура, так как данный формат позволяет более четко и структурировано организовать предоставление учебного материала, а сроки освоения обучающимися каждой темы не критичны. При создании курса в выбранном формате требуется указать количество тем, и система создает для каждой темы отдельный раздел.

В каждый раздел можно добавить различные элементы курса: глоссарий, позволяющий организовать работу с терминами; ресурс (текст, иллюстрация, web-страница, аудио или видео файл); задания, позволяющие преподавателю ставить задачу, которая требует от учащихся подготовить ответ в электронном виде и загрузить его на сервер; форум для учебного обсуждения проблем, для проведения консультаций; wiki для коллективного редактирования текстов; лекции для организации пошагового изучения учебного материала; тесты, позволяющие преподавателю разрабатывать тесты с использованием вопросов различных типов; пояснение позволяет помещать текст и графику на главную страницу курса.

Для всех элементов курса система Moodle позволяет выполнить оценивание, в том числе по произвольным, собственным шкалам. Для курса существует удобная страница просмотра последних изменений в курсе, где за выбранный промежуток времени преподаватель может увидеть новых зачисленных студентов, новые сообщения в форумах, законченные попытки прохождения тестов и другие элементы курса.

Кроме того, на странице блогов можно детально просмотреть, какие действия выполнялись в курсе различными участниками. В Moodle активно используется e-mail-рассылки копий сообщений с форумов, отзывов учителей, есть возможность отправки e-mail сообщений произвольной группе участников курса.

3. Построение электронного практикума по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование"

3.1 Проектирование практикума с использованием CASE-средств

IDEF0 - методология, которая используется для создания функциональной модели. Отображающей структуру и функции системы, а также потоки информации и материальных объектов, связывающие эти функции.

Идея IDEF0 лежит в том, что бизнес-процесс отображается в виде прямоугольника, в который входят и выходят стрелки: вход, выход, управление, механизм [17].

На рисунке 3.1 представлена контекстная диаграмма.

Рисунок 3.1 - Контекстная диаграмма

На рисунке 3.2 представлена диаграмма декомпозиции системы первого уровня.

Рисунок 3.2 - Диаграмма декомпозиции первого уровня

Диаграмма декомпозиции второго уровня представлена на рисунке 3.3.

Стрелки контекстной диаграммы представлены в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Стрелки контекстной диаграммы

Наименование стрелки

Описание

Тип

Преподаватель

Данные преподавателя

Input

Студент

Данные студента

Input

Методы оценивания

Правила контролирующие выставление оценок

Control

Методы проверки знаний

Список материалов курса

Control

Программный комплекс

Система управления

Mechanism

Статистика

Прогресс в обучении

Output

Результат обучения

Данные об результате обучения

Output

Рисунок 3.3 - Диаграмма декомпозиции второго уровня

В таблице 3.2 представлено описание функциональных блоков IDEF0.

Таблица 3.2 - Описание функциональных блоков IDEF0

Наименование блока

Описание решаемых задач

A1.Вход преподавателя

На этом этапе авторизуется преподаватель

А 2.Вход студента

На этом этапе авторизуется студент

А 3.Мониторинг и редактирование курса

На данном этапе преподаватель редактирует текущий курс

А 4.Прохождение практикума

На данном этапе студент проходит практикум

А 5.Вычисление результатов прохождения практикума

На этом этапе вычисляются результаты прохождения и формируются отчеты

А 21.Выбрать тему обучения

На данном этапе студент выбирает тему по которой он будет обучаться

А 22.Выполнить задания

На этом этапе студент выполняет задания по выбранной теме и отсылает их на проверку

А 23.Прочитать лекцию

На этом этапе студент изучает материал по выбранной теме

А 24 Пройти тест

На этом этапе студент проходит тестирование по выбранной теме

А 25.Вывести результат о работе

На этом этапе выводится отчет о проделанной студентом работе

В таблице 3.3 представлены основные элементы модели IDEF0.

Таблица 3.3 - Основные элементы модели IDEF0

Название проекта: Разработка электронного лабораторного практикума по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование"

Цель проекта: Реализация структурной функциональной модели компьютерного практикума

Технология моделирования: метод функционального моделирования IDEF0

Инструментарий: программный продукт BP Win 4.0

Список данных

Перечень функций

Преподаватель

Студенты

Методы оценивания

Методы проверки знаний

Программный комплекс

Статистика

Результат обучения

А 0.Разработка электронного практикума по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование"

Преподаватель

Студент

Методы проверки знаний

Методы оценивания

Статистика

Отчеты

Результаты обучения

Данные о результатах действий

Форма студента

A1.Вход преподавателя

А 2.Вход студента

А 3.Мониторинг и редактирование курса

А 4.Прохождение практикума

А 5.Вычисление результатов прохождения практикума

Форма преподавателя

Программный комплекс

Форма студента

Форма задания

Лекция

Форма теста

Методы проверки знаний

Пройденный тест

Прочитанная лекция

Выполненная работа

А 21.Выбрать тему обучения

А 22.Выполнить задания

А 23.Прочитать лекцию

А 24 Пройти тест

А 25.Вывести результат о работе

IDEF3 - это методология, цель которой дать возможность аналитикам описать ситуацию, когда процессы выполняются в определенной последовательности, а также описать объекты, участвующие совместно в одном процессе [17].

Диаграмма IDEF3 представлена на рисунке 3.4.

Рисунок 3.4 - Диаграмма IDEF3

В таблице 3.4 представлены основные элементы модели IDEF3.

Таблица 3.4 - Основные элементы модели IDEF3

Название проекта: Разработка электронного практикума по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование"

Цель проекта: Реализация структурной функциональной модели

Технология моделирования: метод описания бизнес-процессов IDEF3

Инструментарий: программный продукт BP Win 4.0

Перечень действий

Тип соединения

Название

Вид

1.Ввести пароль

2.Ввести логин

Соединение "И" J1

Разворачивающее

1.Ввод неверного пароля

2.Ввод верного пароля

Соединение "ИЛИ" J2

Разворачивающее

1.Ввод неверного пароля

2.Ввод верного пароля

Соединение "ИЛИ" J3

Разворачивающее

1.Ввод верного пароля

2.Ввод верного логина

Соединение "И" J4

Сворачивающее

В таблице 3.5 представлено описание функциональных блоков IDEF3.

Таблица 3.5 - Описание функциональных блоков IDEF3

Наименование блока

Описание решаемых задач

1.Вход на сайт

Войти на сайт практикума

2.Ввод логина

Ввести логин

3.Ввод пароля

Ввести пароль

4.Вход в систему

Произвести вход в систему

Построение диаграммы вариантов использования

Диаграмма вариантов использования - это исходное концептуальное представление или концептуальная модель системы в процессе ее проектирования и разработки [18]. Создание диаграммы вариантов использования имеет следующие цели:

1) определить общие границы и контекст моделируемой предметной области на начальных этапах проектирования системы;

2) сформулировать общие требования к функциональному поведению проектируемой системы;

3) разработать исходную концептуальную модель системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей;

4) подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков системы с ее заказчиками и пользователями;

5) система имеет два актера: студента и преподавателя. Базовыми вариантами использования являются: редактирование курса, добавление и редактирование тестов, мониторинг работы студентов, обсуждение работ на форуме, выполнение заданий, изучение теоретического курса, прохождение тестов.

Назначение диаграммы вариантов использования состоит в следующем: проектируемая программная среда представляется в виде вариантов использования, с которыми внешние сущности или актеры взаимодействуют. При этом действующим лицом или актером называется любой система, субъект или объект, которая взаимодействует с моделируемой бизнес-системой извне. Это может быть человек, техническое устройство, программа или любая другая система, которая служит источником воздействия на моделируемую систему так, как определит разработчик.

Рисунок 3.5 - Диаграмма вариантов использования

Для описания сервисов служит вариант использования, которые актеру предоставляет система. Другими словами, каждый вариант использования определяет набор действий, совершаемый системой при диалоге с актером. При этом ничего не говорится о том, каким образом будет реализовано взаимодействие актеров с системой и собственно выполнение вариантов использования.

Разработанная диаграмма вариантов использования представлена на рисунке 3.5.

В данной диаграмме два действующих лица: студент и преподаватель. Главным из них является преподаватель, так как благодаря его работе осуществляется редактирование курса и осуществление мониторинга деятельности студента на курсе. Студент на курсе может проходить тесты, читать лекции, выполнять задания и общаться с преподавателем посредством форума.

Произведен анализ варианта использования "Редактирование курса" по сценарию, представленному в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Сценарий отдельного варианта использования

Главный раздел

Раздел "Типичный ход событий"

Раздел "Исключения"

Раздел

"Примечания"

Имя варианта использования

Типичный ход событий, приводящий к успешному выполнению

Исключение №1

Исключение №2

Примечания

Актеры

Цель

Краткое описание

варианта использования

Исключение №3

Тип

Ссылки на другие варианты использования

В таблице 3.7 представлено описание главного раздела "Редактирование курса".

Таблица 3.7 - Главный раздел "Редактирование курса"

Вариант использования

Редактирование курса

Актеры

Преподаватель

Цель

Обновление существующего материала для обучения на более актуальное

Краткое описание

Преподаватель выбирает нужный раздел для редактирования с последующей модернизацией

Тип

Базовый

В таблице 3.8 представлено описание раздела "Типичный ход событий".

Таблица 3.8 - Раздел "Типичный ход событий"

Действия актера

Отклик системы

1 Преподаватель проходит авторизацию в системе

Исключение №1: преподаватель вводит неверный логин и пароль

2 Система открывает web-форму для работы преподавателя

3 Преподаватель выбирает редактирование курса

4 Система выводит на главную страницу для редактирования

5 Преподаватель выбирает добавление и редактирование заданий

Исключение №2: преподаватель нарушает лимит на максимальный размер файла

6 Система сохраняет новые и исправленные задания в БД

7 Преподаватель выбирает добавление и редактирование файлов лекций

Исключение №2: преподаватель нарушает лимит на максимальный размер файла

8 Система сохраняет новые и исправленные лекции в БД

9 Преподаватель выбирает ввод/редактирование вопросов и ответов в тестах

10 Система добавляет/изменяет вопросы, правильные и неправильные ответы в БД

В таблице 3.9 представлен раздел "Исключения".

Таблица 3.9 - Раздел "Исключения"

Действия актера

Отклик системы

Исключение №1: преподаватель вводит неверный логин и пароль

11 Пользователь вводит неверные логин и пароль

Система предлагает ввести корректные данные

Исключение №2: преподаватель нарушает лимит на максимальный размер файла

15 Преподаватель загружает файл большего размера, чем позволяет система

Система предупреждает о превышении лимита на максимальный размер и отменяет загрузку файла в БД

При проектировании использовалась диаграмма деятельности.

Диаграмма деятельности - диаграмма, на которой показано разложение некоторой деятельности на её составные части. Под деятельностью понимается спецификация исполняемого поведения в виде координированного последовательного и параллельного выполнения подчинённых элементов - вложенных видов деятельности и отдельных действий англ. action, соединённых между собой потоками, которые идут от выходов одного узла ко входам другого.

Диаграммы деятельности используются при моделировании бизнес-процессов, технологических процессов, последовательных и параллельных вычислений. Диаграмма деятельности для преподавателя представлена на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 - Диаграмма деятельности

Диаграмма подразумевает действия преподавателя по отношению к системе. Вход в систему осуществляется через специальную форму входа, где нужно ввести логин и пароль. При верном введенном логине и пароле система перебрасывает пользователя на форму управления курсом, где можно его отредактировать и проводить контроль обучения. Далее проводится обработка данных и формирование отчетов о проделанной работе. При заверении работ производится выход из курса, то есть переход в конечное состояние. Если пароль или логин введены неправильно, то система не пускает пользователя и сразу переходит в конечное состояние.

3.2 Разработка практикума

При разработке были составлены основные этапы разработке практикума, описаны алгоритмы работы, описана реализация структуры интерфейса.

3.2.1 Основные этапы разработки практикума

Выбор компилятора для языка программирования С++. В виду наличия в университете компилятора RAD Studio XE5 выбран этот компилятор.

Сбор, анализ и составление информационного материала для практикума. На этом этапе разработки практикума выбраны темы, по которым студенты будут проходить практикум. Всего составлено десять лабораторных работ.

Лабораторные работы по дисциплине "Объектно-ориентированное программирование":

В составе каждой работы составлен теоретический материал, разобраны практические задачи для оконной разработки приложения и для консольной разработки приложения, составлены индивидуальные задания на двадцать вариантов по четыре-шесть задач в каждом, составлены тесты.

Выбор системы дистанционного образования и проектирование практикума CASE-средствами. На данном этапе изучены различные системы дистанционного образования. В результате исследования выбрана бесплатная СДО Moodle. Проектирование практикума CASE-средствами описано в пункте 3.1.

Компьютерная реализация в СДО Moodle. В данном этапе практикум добавлен в СДО Moodle, исходя из проекта, составленного CASE-средствами.

3.2.2 Реализация структуры интерфейса

За последние годы методы организации интерфейса в системе "человек-компьютер" получили значительное развитие и приобрели определенную логическую завершенность. Прошли времена, когда пользователю приходилось вводить громоздкие инструкции для системы в терминал командной строки. Причем стоимость ошибки была пара десятков потраченных нервов, ибо те самые инструкции приходилось бы вбивать заново. Теперь взаимодействие с системой осуществляется через удобный графический интерфейс (справедливо для конечного пользователя, так как многим системным администраторам внешняя оболочка не важна), т.е. команды ввода для системы и вывода из нее информации для пользователя организует интерфейс.

Структура диалога типа экранной формы соответствует такой организации ввода, которая обычно используется в прикладных системах бухгалтерских расчетов и обработке заказов. Эта структура работает быстрее по сравнению со структурой типа вопрос-ответ, она может манипулировать более широким диапазоном входных данных, нежели меню, и ее могут использовать пользователи любой квалификации.

Структура типа экранной формы выводит на экран серию вопросов и от пользователя требуется дать ответ на каждый из них. Большинство диалогов типа экранных форм достаточно гибки и позволяют пользователю отвечать на вопросы в любой последовательности с возможностью редактирования уже введенного ответа. Еще одной областью применения форм является задание параметров запросов в базах данных.

...

Подобные документы

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.