Разработка электронного учебника

III этап: разработка содержания курса - на этом этапе проводится анализ учебного плана и состав слушателей, происходит определение стратегии курса, разрабатывается сценарий и интерактивное взаимодействие программы с пользователями.

Разрабатываемый электронный учебник предназначен для самостоятельной работы студентов младших курсов по изучению дисциплины «Администрирование систем и сетей», раздел «Устройства коммутации в сетях» в рамках университетского курса. Его создание имеет своей целью предоставить студентам, изучающим эту дисциплину весь теоретический материал, предусмотренный программой курса. Мною был проведен анализ учебного плана по дисциплине «Администрирование систем и сетей» студентов младших курсов специальности “Информационные системы” и “ Вычислительная техника и программное обеспечение” с целью определения степени пригодности предлагаемого теоретического материала к компьютерной реализации в виде электронного учебника и эффективности такой реализации. Были рассмотрены несколько тем:

а) раздел «Введение», включающий следующие темы:

1) Общие принципы построения вычислительных сетей;

2) Локальные и глобальные сети;

3) Требования, предъявляемые к вычислительным сетям;

4) Ethernet - пример стандартного решения сетевых проблем;

5) Логическая структуризация сети с помощью мостов и коммутаторов;

6) Полностью раздел «Коммутаторы», включающий следующие темы:

б) Глава 1 - Тенденция вытеснения концентраторов и маршрутизаторов коммутаторами;

в) Глава 2 - Методы коммутации;

г) Глава 3 - Технологии коммутации кадров (frame switching) в локальных сетях

1) Технологии коммутации кадров (frame switching) в локальных сетях;

2) Ограничения традиционных технологий;

3) Локальные мосты - предшественники коммутаторов;

4) Принципы коммутации сегментов и узлов локальных сетей;

5) Полнодуплексные протоколы локальных сетей;

д) Глава 4 - ATM-коммутация;

е) Глава 5 - Особенности коммутаторов локальных сетей;

1) Ограничения мостов и коммутаторов;

2) Техническая реализация коммутаторов;

3) Коммутаторы на основе коммутационной матрицы;

4) Коммутаторы с общей шиной;

5) Коммутаторы с разделяемой памятью;

6) Комбинированные коммутаторы;

7) Модульные и стековые коммутаторы;

и) Глава 6 - Характеристики производительности коммутаторов;

1) Характеристики производительности коммутаторов;

2) Скорость фильтрации и скорость продвижения;

3) Оценка необходимой общей производительности коммутатора;

4) Размер адресной таблицы;

5) Объем буфера кадра;

к) Глава 7 - Дополнительные возможности коммутаторов;

1) Дополнительные возможности коммутаторов;

2) Трансляция протоколов канального уровня;

3) Поддержка алгоритма Spanning Tree;

4) Приоритетная обработка кадров;

5) Возможности коммутаторов по фильтрации трафика;

6) Коммутация “на лету” или с буферизацией;

7) Виртуальные локальные сети;

л) Глава 8 - Мониторинг локальных сетей на основе коммутаторов;

м) Глава 9 - Типовые схемы применения коммутаторов в локальных сетях;

1) Коммутатор или концентратор?

2) Коммутатор или маршрутизатор?

3) Стянутая в точку магистраль на коммутаторе;

4) Распределенная магистраль на коммутаторах;

н) Глава 10 - Обзор моделей коммутаторов;

1) Обзор моделей коммутаторов;

2) Коммутаторы Catalyst компании Cisco Systems;

3) Коммутатор EliteSwitch ES/1 компании SMC;

4) Коммутаторы локальных сетей компании 3Com;

5) Примеры АТМ-коммутаторов для локальных сетей;

6) Коммутаторы CELLplex компании 3Com;

7) Коммутаторы технологии ATM LattisCell и EtherCell компании Bay Networks;

8) Коммутатор LightStream 1010 компании Cisco;

о) Глава 11 - Тестовые испытания коммутаторов.

В ходе анализа было выявлено, что данный теоретический материал пригоден к компьютерной реализации и может быть эффективно представлен в виде электронного учебника. Этот вывод основывается на том, что этот теоретический материал четко структурирован, имеет резко выраженную практическую направленность и предоставляет студентам большой простор для самостоятельной работы.

IV этап: описание курса - здесь приводится описание всех информационных фрагментов курса: текстовых, анимационных, звуковых и видео.

Предлагаемый компьютерный учебник разбит на несколько законченных взаимосвязанных фрагментов, каждый из которых обладает определенной функцией и визуально представлен отдельным модулем. В дальнейшем будем называть их блоками. Итак, в учебнике на данный момент существуют следующие блоки:

- блок изучения теоретического материала - здесь студентам предлагается теоретический материал по изучаемой теме, разбитый на разделы и главы. Встроенные средства навигации позволят им свободно перемещаться по всему материалу учебника и находить интересующую их информацию;

- блок регистрации - выполняет функцию регистрации студентов пользовавшихся электронным учебником.

- блок контрольных вопросов - содержит набор вопросов по пройденному разделу, по окончанию обучения студенты должны будут знать ответы на все вопросы;

Кроме блоков в электронном учебнике реализованы несколько систем:

- система подсказок (глоссарий сетевых терминов) - для терминов и понятий, которые могут вызвать у студентов затруднения в процессе обучения, присутствуют пояснения, и дополнительные определения - при необходимости студент может обратиться к этой системе за разъяснением понятия вызвавшего затруднения;

- система поиска текстовых фрагментов - позволяет осуществлять поиск слов, словосочетаний на текущей странице учебника;

- гипертекстовая система - позволяет студентам осуществлять нелинейный доступ к информации учебника, перемещаться по материалу не последовательно от начала к концу, а избирательно, ориентируясь на свои потребности;

- система навигации - ее целью является осуществление перемещения пользователей по учебнику как по обычной книге: листать страницы вперед или назад, обращаться к оглавлению и т.д.

Реализация вышеописанных блоков и систем учебника велась с применением гипертекстовых, анимационных и графический форматов. К сожалению, из-за технических сложностей пришлось отказаться от вставок звука и видеоизображения в учебнике, но с другой стороны это позволило полнее использовать возможности, графики и анимации, к тому же уберегло проект от разрастания на десятки мегабайт. Блок теоретического материала представлен в гипертекстовом формате, как наиболее удобном и оптимальном для учебников подобного рода. Элементы меню и оглавления реализованы с применением Java-апплета, что не только повышает эстетический уровень учебника и улучшает его внешний вид, но и облегчает навигацию. Использование перечисленных методов в подаче информации служит для расширения сферы воздействия компьютера на органы чувств человека с целью более глубокого запоминания и закрепления полученной информации.

V этап: реализация курса - на этом этапе происходит выбор технико-программных платформ и непосредственно программирование с помощью выбранной системы программирования.

Аппаратной платформой для реализации проекта электронного учебника была выбрана база IBM-совместимых компьютеров. В пользу этого выбора сыграло: во-первых, преобладание в образовательных учреждениях именно этой аппаратной платформы, IBM-совместимые компьютеры сегодня составляют до 80% всего парка компьютеров, во-вторых, долгосрочные планы Министерства образования РК по компьютеризации учебных заведений предполагают дальнейшее широкомасштабное внедрение этой аппаратной платформы, в-третьих, это является следствием двух первых пунктов, разработка электронного учебника для IBM-совместимых компьютеров позволит охватить максимальное число потенциальных пользователей, в-четвертых, для этих компьютеров существует огромная библиотека всевозможных инструментальных средств, которой не может похвалиться ни одна другая платформа - все эти обстоятельства определили выбор аппаратной платформы в пользу IBM-совместимых компьютеров.

Не менее важным мне видится и выбор программных средств реализации компьютерного учебника - от выбора того или иного языка программирования зависят не только внешний вид учебника, его эстетический уровень, но и его функциональность, способность поддерживать различные форматы данных, соответствие стандартам мультимедиа, зависит, будет ли он привязан к программному продукту, в котором разрабатывался или сможет работать на любом компьютере в независимости от установленного на нем программного обеспечения.

Мною был проведен сравнительный анализ нескольких наиболее широко распространенных и часто используемых языков программирования. Таких как HTML, XML, Java, CGI и других. Целью проведения этого анализа являлось выявление достоинств и недостатков предложенных к рассмотрению языков программирования. По результатам анализа необходимо было выбрать систему, наиболее полно отвечающую требованиям, предъявляемым при создании электронных учебников.

VI этап: опробование и тестирование - на этом этапе начинается испытание разработанного приложения, проводится серия тестов с целью выявить ошибки программирования. Проект еще далек от завершения, но “экспериментальный” образец уже готов. После ряда проверок на аппаратную совместимость определяется перечень недочетов замеченных в ходе испытаний, которые предстоит исправить. И так повторяется несколько раз, пока не получится окончательная версия продукта, лишенная, в большей или меньшей степени, недочетов и ошибок.

Все это в большой степени применимо и к предлагаемому электронному учебнику. В процессе его создания приходилось не раз вносить изменения и дополнения, как в сам код программы, так и в оформление меню и интерфейса. Процесс этот довольно продолжителен и не может считаться оконченным даже сейчас, потому что создание полноценной системы происходит в течение нескольких итерационных модификаций и адаптаций. Но в целом продукт можно считать готовым к практическому использованию в процессе обучения.

VII этап: эксплуатация и внедрение - на этом этапе происходит внедрение полностью законченной компьютерной системы обучения в образовательные учреждения. Разрабатывается план занятий с использованием этой системы и начинается ее эксплуатация.

Применительно к предлагаемому компьютерному учебнику можно сказать, что он разрабатывался для использования студентами младших курсов нашего университета обучающихся на специальности “программно-аппаратное обеспечение информационных систем” и “информационные системы в экономике”. Но этим диапазон его применения не исчерпывается. Помимо указанных студентом им могут пользоваться и студенты других отделений имеющих сходные учебные планы по дисциплине «Администрирование систем и сетей». Помимо своего прямого назначения компьютерный учебник может оказаться полезным при изучении основ программирования электронных учебников на HTML, в виде наглядного примера при построении собственных обучающих систем.

Учет учебного плана университета, его практическая направленность и довольно широкие возможности делают предлагаемый электронный учебник полезным и своевременным для использования в нашем университете для дистанционного обучения.

2.1.1 Принципы изложения материала

Принципы изложения учебного материала в условиях компьютерного обучения приобретает все большее значение, по мере того как возрастают возможности компьютера в предъявлении и интерпретации разных типов разнообразной информации, и углубляется понимание наиболее рационального использования мультимедийного предъявления информации. Современный компьютер обладает большими возможностями в применении разнообразных типов информации. Это и текст, и чертежи, и графика, и анимация, и видео изображения, и звук, и музыкальное сопровождение. Эффективное использование различных типов предъявления информации с учетом психологических особенностей ее переработки позволяет значительно повысить эффективность учебного процесса.

Нередки примеры, когда разработчики обучающих программ механически переносят способ расположения текста на экран монитора, пренебрегают закономерностями психологии восприятия текста и рисунка, задавая темп изменения изображения, не учитывают, что разные учащиеся имеют неодинаковую смысловую скорость и требуют для переработки информации различные временные интервалы.

При построении интерфейса обучающей системы необходимо учитывать достижения теории дизайна. Это, прежде всего, касается таких основных принципов теории живописи, как пропорция, порядок, акцент, единство и равновесие.

Принцип пропорции касается соотношения между размерами объектов и их размещением в пространстве. Организуя данные на экране дисплея, необходимо стремиться к тому, чтобы логически связанные данные были явно сгруппированы и отделены от других категорий данных. Функциональные зоны на дисплее должны разделяться с помощью пробелов и других средств: разные типы строк, ширина, уровень яркости, геометрическая форма, цвет. Для сокращения времени поиска табличные данные должны разделяться на блоки. Необходимо учитывать, что плоскость теплых цветов обычно кажется больше, чем холодных. Разбиение на блоки, использование пробелов, табуляции, ограничителей, а также варьирование яркости цвета групп данных - важнейшие средства упорядочения графической информации.

При размещении данных необходимо помнить о правиле “золотого сечения”, в соответствии, с которым объекты, которые привлекают внимание, лучше размещать в разных третях изображения, а не группировать в центре.

Порядок означает такую организацию объектов на экране дисплея, которая учитывает движение глаза. Установлено, что глаз, привычный к чтению, начинает движение обычно от левого верхнего угла и движется взад-вперед по экрану к правому нижнему. Поэтому начальная точка восприятия должна находиться в левом верхнем углу экрана, а списки для быстрого просмотра должны быть подогнаны к левому полю и выровнены вертикально.

Для облегчения восприятия разные классы информации должны специально кодироваться. Так, связанные, но разнесенные по экрану данные должны кодироваться одним цветом. Цвет можно использовать и для выделения заголовков, новых данных или данных, на которые следует немедленно обратить внимание. В целом организация данных на экране должна облегчать нахождение подобий, различий, тенденций и соотношений.

Акцент - это принцип выделения наиболее важного объекта, который должен быть воспринят в первую очередь. При соблюдении этого принципа взгляд учащегося привлекается к зоне акцента. Для создания такого акцента можно использовать разнообразные средства: размещение важных сообщений в центре поля, отделение их от остальной информации свободным пространством, применение яркого цвета. Следует избегать излишних украшений, злоупотреблений цветом, избыточного кодирования и большого объема вводимой информации. Рекомендуется, например, использовать не более 90 % площади экрана.

Нужно учитывать, что светлые цвета на темном фоне кажутся приближенными к зрителю, а темные на светлом - удаленными. В тех случаях, когда речь идет об эвристических рекомендациях, цвет можно согласовывать с обычным изображением: красный - запрет, зеленый - рекомендация, желтый - предосторожность.

Принцип единства требует, чтобы элементы изображения выглядели взаимосвязанными, правильно соотносились по размеру, форме, цвету. С этой целью необходимо позаботиться об упорядочении организации данных. Они могут быть организованы последовательно, функционально, по значимости. При этом учащегося следует ознакомить с принципом расположения данных. Следует позаботиться о том, чтобы идентичные данные были представлены, унифицировано, а разноплановые - по-разному.Для достижения единства изображения в целом используются рамки, оси, поля. Впечатление единства группы создает свободное пространство вокруг них, Считается, что уравновешенное изображение создает у пользователя ощущение стабильности и надежности, а неуравновешенное вызывает стресс.

Для правильного распределения визуальной тяжести на экране дисплея необходимо помнить, что любой хроматический цвет зрительно тяжелее, чем ахроматические - белый и черный; большие предметы зрительно тяжелее маленьких; черное тяжелее белого, неправильные формы тяжелее правильных.

Принцип равновесия (баланса) требует равномерного распределения оптической тяжести изображений. Поскольку одни объекты зрительно воспринимаются как более тяжелые, а другие как более легкие, необходимо распределять эту оптическую тяжесть равномерно по обеим сторонам изображения.

Информация не должна скапливаться на одной стороне экрана, логические группы информации должны продуманно размещаться в пространстве, заголовки хорошо центрироваться.

Несмотря на то, что большинство учащихся воспринимает информацию на слух хуже, чем с помощью зрения, все же не следует игнорировать использование звука даже тогда, когда усвоение речевых навыков не является целью обучения. Однако при этом следует иметь в виду, что время переработки звуковой информации больше, чем зрительной, и многократное обращение к ней более затруднительно, чем к зрительной информации.

Создание хорошо спланированной и продуманной обучающей системы, которая отвечала бы всем психологическим и психопедагогическим требованиям, невозможно без учета этих принципов. Современное развитие компьютерных технологий снимает все больше и больше технических ограничений, позволяет глубже учитывать принципы дизайна и построения подобных систем. В ближайшем будущем можно ожидать появления обучающих компьютерных систем нового поколения, в которых описанные принципы изложения будут являться основополагающими.

2.2 Обоснование выбора языка программирования

Для реализации мультимедийной обучающей системы, в том числе и электронного учебника можно воспользоваться: языками HTML, XML, авторскими системами разработки обучающих оболочек (модулей).

Сформулируем критерии, по которым будет происходить выбор среды программирования:

- Создание максимально возможного удобства в работе. Для этого программа должна иметь удобный и современный интерфейс пользователя.

- Работа модуля должна выполняться с максимально возможной скоростью. Нежелательны ситуации, в которых пользователю длительное время придется ожидать окончания работы модуля.

- Максимальная простота в установке и использовании модуля.

- Минимальные затраты на разработку модуля.

Рассмотрим каждое из вышеперечисленных средств разработки систем учебного назначения.

а) Операционная система: Windows 2000.

Назначение:

1) разработка многооконных пользовательских приложений;

2) создание многофункциональных систем общего назначения;

3) проектирование баз данных любой сложности и средств управления БД;

4) разработка систем обработки текстовой, графической, видеоинформации и звука;

5) создание графической операционной оболочки;

6) написание прикладных программ и библиотек динамической компоновки;

7) создание одно- и многопользовательских интерфейсов;

8) разработка сетевых приложений;

9) разработка мультимедийных приложений и средств разработки мультимедийных приложений;

10) написание программ с использованием средств Internet;

11) и многое другое.

Среда визуального программирования Delphi 3.0 работает в среде Windows 2000 и предоставляет программисту возможность реализации всех достоинств графического интерфейса этой системы. Так как подавляющее большинство пользователей персональных компьютеров работают сегодня в среде операционных систем семейства Windows, то этот интерфейс является для них наиболее привычным и удобным. Для запуска программ, написанных на Delphi, не требуются никакие дополнительные библиотеки, интерпретаторы кода и прочее. Достаточно взять один-единственный сгенерированный исполняемый файл и запустить его там, где нужно. Для установки программы на другой компьютер не требуется создание каких-либо дистрибутивов, не нужен процесс инсталляции, достаточно переписать исполняемый файл программы. Среда визуального программирования Delphi 3.0 является мощным средством для быстрой и качественной разработки программ для операционной системы Windows 2000. Имеющаяся библиотека визуальных компонентов позволяет создать интерфейс с пользователем за считанные минуты. Объектно-ориентированный язык Object Pascal, положенный в основу Delphi, является расширением языков Turbo Pascal и Borland Pascal фирмы Borland, и нашел в себе отражение новых веяний в программировании. Компонентный принцип, используемый в Delphi, позволяет создавать полноценные Windows-приложения, написав минимальное количество строк кода. Delphi представляет собой открытую систему, позволяя добавлять свои компоненты в систему, модифицировать уже имеющиеся стандартные компоненты благодаря тому, что предоставлены их исходные тексты. Благодаря всему этому разработка программ в среде Delphi становится легкой и приятной.

Сравнивая Delphi с системой ОРОКС, я признаю, что такое сравнение не совсем правомерно. Дело в том, что она является авторской, то есть, создана для людей, незнакомых глубоко с программированием на каком бы то не было языке, и разрабатывающих при этом работоспособные приложения. С Delphi ситуация несколько иная: это - система программирования, базирующаяся на языке программирования (Object Pascal), имеющая свой редактор, компилятор и отладчик. Написание приложения на Delphi сводится к компоновке на экране объектов, имеющих определенную графическую интерпретацию, и подключению строк кода, как и в программе на любом другом языке. Другими словами, Delphi просто реализует визуальную концепцию программирования. Поэтому этот сравнительный анализ и кажется мне не совсем правомерным.

Недостатком среды программирования Delphi является её направленность в большей степени на создание баз данных.

ОРОКС

а) Название: ОРОКС 2.1

б) Разработчик: Московский Областной Центр Новых Информационных Технологий при Московском Государственном Институте Электронной Техники (www.mocnit.miee.ru), авторы разработки - Резонтов К.В.(kir@miee.ru), Игнатова И.Г. (igi@adm.miee.ru).

в) Операционная система: Windows'95 и выше, броузер Microsoft Internet Explorer 4.0, Netscape Navigator 4.0.

г) Назначение:

1) ОРОКС представляет собой сетевую оболочку для создания учебного назначения и организации учебного процесса с использованием сетевых технологий;

2) Обучение и удаленный контроль знаний через Internet;

3) Интерактивную связь преподавателя с обучаемыми;

4) Тестирование и распределенный по времени контроль обучаемых.

5) Установка ОРОКС на WEB-сервер учебного заведения позволит производить обучение, удаленный контроль знаний и взаимодействие обучаемого с преподавателем. Оболочка позволяет на одной платформе, в одной среде решать комплекс задач, связанных с процессом обучения:

6) Создание сетевых электронных учебно-методических модулей по любой дисциплине;

7) Организация в рамках оболочки интерактивного взаимодействия с обучаемым через Internet;

8) Организация управления учебным процессом;

9) Реализация в рамках оболочки удаленного разнотипного контроля знаний обучаемых (как традиционно с выбором из вариантов ответов, так и с возможностью произвольного ввода ответа);

10) Организация сбора разнородной статистики по учебному процессу, основанной на сборе информации в серверной части оболочки;

11) Возможность использования оболочки одновременно разными категориями пользователей: обучаемым, преподавателем-методистом, преподавателем-куратором, учебным администратором.

Особенности и возможности ОРОКС по сравнению с аналогичными разработками:

- Дешевизна - потому, что все инструменты, использованные при создании системы ОРОКС, являются свободно распространяемыми (SQL-сервер MySQL, Standard Perl 5, Apache Web Server), что открывает пути для внедрения в современных условиях.

- Простота и понятность функциональных возможностей системы для всех категорий пользователей; отсутствие необходимости изучения каких-либо программ; удобство, единообразие интерфейса.

- Сочетание в одной оболочке возможностей оперативного создания учебно-методических модулей, проведения обучения и управления учебным процессом.

- Технологичность установки и доступность платформы для работы серверной части системы. Система может быть установлена практически на любой Web-сервер, как Unix, так и Win32, поддерживающей Perl+MySQL.

- Все тексты модулей, результаты обучения и контроля, список пользователей хранятся в единой SQL - базе данных, что облегчает администрирование системы;

- Устойчивость к попыткам нарушения последовательности обучения и контроля и попыткам нелегального входа;

- Контекстно-зависимая система помощи (HELP);

- Простота и оперативность создания модулей учебного назначения;

- На основе комбинирования модулей ОРОКС позволяет создавать системы, предназначенные для проведения учебных мероприятий через Internet. Причем все созданные системы одновременно функционируют в рамках ОРОКС;

- ОРОКС позволяет просто и оперативно с любого компьютера, подключенного к Internet, создавать основные категории пользователей в системе ОРОКС;

- При работе с ОРОКС с клиентского места достаточно только наличие любого Web- броузера;

- Большой объем базы данных для хранящихся учебных модулей и результатов контроля обучения.

При всех преимуществах данной системы, позволю себе считать недостатком то, что рабочий вариант описанной выше оболочки необходимо приобретать у МОЦНИТ при МГИЭТ. Пусть за небольшую, но всё же, сумму денег, что является немаловажным фактором при выборе среды создания обучающей системы в условиях скудного финансирования университетского образования сегодня.

XML

Название: XML 1.0

Поддерживающий язык броузер: Microsoft Internet Explorer 4.0.

Назначение:

- XML (Extensible Markup Language) - это язык разметки, описывающий целый класс объектов данных, называемых XML-документами. Этот язык используется в качестве средства для описания грамматики других языков и контроля над правильностью составления документов. Т.е. сам по себе XML не содержит никаких тэгов, предназначенных для разметки, он просто определяет порядок их создания. Таким образом, у разработчиков появляется уникальная возможность определять собственные команды, позволяющие им наиболее эффективно определять данные, содержащиеся в документе. Автор документа создает его структуру, строит необходимые связи между элементами, используя те команды, которые удовлетворяют его требованиям, и добивается такого типа разметки, которое необходимо ему для выполнения операций просмотра, поиска, анализа документа.

Еще одним из очевидных достоинств XML является возможность использования его в качестве универсального языка запросов к хранилищам информации. Сегодня в глубинах W3C находится на рассмотрении рабочий вариант стандарта XML-QL(или XQL), который, возможно, в будущем составит серьезную конкуренцию SQL. Кроме того, XML-документы могут выступать в качестве уникального способа хранения данных, который включает в себя одновременно средства для разбора информации и представления ее на стороне клиента.

XML позволяет также осуществлять контроль над корректностью данных, хранящихся в документах, производить проверки иерархических соотношений внутри документа и устанавливать единый стандарт на структуру документов, содержимым которых могут быть самые различные данные. Это означает, что его можно использовать при построении сложных информационных систем, в которых очень важным является вопрос обмена информацией между различными приложениями, работающими в одной системе. Создавая структуру механизма обмена информации в самом начале работы над проектом, менеджер может избавить себя в будущем от многих проблем, связанных с несовместимостью используемых различными компонентами системы форматов данных.

Также одним из достоинств XML является то, что программы-обработчики XML-документов не сложны и уже сегодня появились и свободно распространяются всевозможные программные продукты, предназначенные для работы с XML-документами. XML поддерживается сегодня в Microsoft Internet Explorer версии 4.0 и выше. Было заявлено о его поддержке в последующих версиях Netscape Navigator, СУБД Oracle, DB-2, в приложениях MS-Office.

Недостатком данного языка является недостаточная поддержка броузерами и пока ещё малая распространённость, что не даёт повода рассматривать XML в качестве возможного языка для написания электронного учебника.

HTML

а) Название: HTML 4.0

б) Поддерживающий язык броузер: Microsoft Internet Explorer, Netscape Navigator, Opera и другие.

в) Назначение:

- Самый популярный на сегодняшний день язык гипертекстовой разметки - HTML, был создан специально для организации информации, распределенной в сети Интернет, и является одной из ключевых составляющих технологии WWW. С использованием гипертекстовой модели документа способ представления разнообразных информационных ресурсов в сети стал более упорядочен, а пользователи получили удобный механизм поиска и просмотра нужной информации.

Достоинством HTML является то, что программы-обработчики HTML-документов широко распространены и просты в использовании. Существуют и постоянно появляются программы-редакторы HTML-кода, конверторы в приложениях MS-Office, различные оптимизаторы HTML-страничек и другие программные продукты для работы с языком HTML.

Недостатком является то, что HTML уже сегодня не удовлетворяет в полной мере требованиям, предъявляемым современными разработчиками к языкам подобного рода. Но широкая поддержка языка броузерами, гибкость, простота и лёгкость написания HTML-документов послужили причинами выбора именно этого языка для реализации задуманного мной электронного учебника.

2.2.1 Описание языка программирования

При написании учебника использовался “язык маркировки (разметки) гипертекстов” HTML (HyperText Markup Language). Первую версию HTML разработал сотрудник Европейской лаборатории физики элементарных частиц Тим Бернерс-Ли. Со времени создания первой версии, язык HTML претерпел некоторые изменения. Как и многое другое в компьютерном мире, версии, или спецификации, HTML оказались пронумерованными. Известны спецификации 2.0, 3.0, 3.2 и 4.0.

Язык разметки документов - это набор специальных инструкций, называемых тэгами, предназначенных для формирования в документах какой-либо структуры и определения отношений между различными элементами этой структуры. Тэги языка, или, как их иногда называют, управляющие дескрипторы, в таких документах каким-то образом кодируются, выделяются относительно основного содержимого документа и служат в качестве инструкций для программы, производящей показ содержимого документа на стороне клиента.

Использование гипертекстовой разбивки текстового документа в современных информационных системах во многом связано с тем, что гипертекст позволяет создавать механизм нелинейного просмотра информации. В таких системах данные представляются не в виде непрерывного потока текстовой информации, а набором взаимосвязанных компонентов, переход по которым осуществляется при помощи гиперссылок.

HTML является упрощенной версией стандартного общего языка разметки - SGML (Standart Generalised Markup Language), который был утвержден ISO в качестве стандарта еще в 80-х годах. Этот язык предназначен для создания других языков разметки, он определяет допустимый набор тэгов, их атрибуты и внутреннюю структуру документа. Контроль над правильностью использования дескрипторов осуществляется при помощи специального набора правил, называемых DTD-описаниям (Document Type Definition) и, которые используются программой клиента при разборе документа. Для каждого класса документов определяется свой набор правил, описывающих грамматику соответствующего языка разметки. С помощью SGML можно описывать структурированные данные, организовывать информацию, содержащуюся в документах, представлять эту информацию в некотором стандартизованном формате. Но в виду некоторой своей сложности, SGML использовался, в основном, для описания синтаксиса других языков (наиболее известным из которых является HTML), и немногие приложения работали с SGML- документами напрямую.

Гораздо более простой и удобный, чем SGML, язык HTML позволяет определять оформление элементов документа и имеет некий ограниченный набор инструкций - тэгов, при помощи которых осуществляется процесс разметки. Инструкции HTML, в первую очередь, предназначены для управления процессом вывода содержимого документа на экране программы-клиента и определяют этим самым способ представления документа, но не его структуру. В качестве элемента гипертекстовой базы данных, описываемой HTML, используется текстовый файл, который может легко передаваться по сети с использованием протокола HTTP. Эта особенность, а также то, что HTML является открытым стандартом, и огромное количество пользователей имеет возможность применять возможности этого языка для оформления своих документов, безусловно, повлияли на рост популярности HTML и сделали его сегодня главным механизмом представления информации в Internet. Теперь перенести теоретический материал с бумажного учебника в электронный вид, создав свой вариант обучающей системы, по силам любому.

Принципы гипертекстовой разметки

За основу модели разметки документов в HTML принята теговая модель. Теговая модель описывает документ как совокупность контейнеров, каждый из которых начинается и заканчивается тегами. Т.е. документ HTML представляет собой не что иное, как обычный ASCII-файл, с добавленными в него управляющими HTML-кодами (тегами). Теги HTML-документов в большинстве своем просты для понимания и использования, ибо они образованы с помощью общеупотребительных слов английского языка, понятных сокращений и обозначений. HTML-тег состоит из имени, за которым может следовать необязательный список атрибутов тега. Текст тега заключается в угловые скобки (< и >). Простейший вариант тега - имя, заключенное в угловые скобки, например <HEAD>. Для более сложных тегов характерно различие атрибутов, которые могут иметь конкретные значения, определенные автором для видоизменения функции тега.

Атрибуты тега следуют за именем и отделяются друг от друга одним или несколькими знаками табуляции, пробелами или символами возврата к началу строки. Порядок записи атрибутов в теге значения не имеет. Значение атрибута, если таковое имеется, следует за знаком равенства, стоящим после имени атрибута. Если значение атрибута - одно слово или число, то его можно просто указать после знака равенства, не выделяя дополнительно. Все остальные значения необходимо заключать в одинарные или двойные кавычки, особенно если они содержат несколько разделенных пробелами слов. Длина значения атрибута ограничена 1024 символами. Регистр символов в именах тэгов и атрибутов не учитывается, чего нельзя сказать о значениях атрибутов. Например, особенно важно использовать нужный регистр при вводе URL других документов в качестве значения атрибута HREF.

Чаще всего HTML-тэги состоят из начального и конечного компонентов, между которыми размещаются текст и другие элементы документа. Имя конечного тэга идентично имени начального, но перед именем конечного тэга ставится косая черта (/). Конечные тэги никогда не содержат атрибутов.

По своему значению тэги близки к понятию скобок "begin/end" в универсальных языках программирования, которые задают области действия имен локальных переменных и т. п. Тэги определяют область действия правил интерпретации текстовых тэгов документа.

Вложенные тэги нужно закрывать, начиная с самого последнего и двигаясь к первому. Некоторые HTML-тэги не имеют конечного компонента, поскольку они являются автономными элементами. В некоторых случаях конечные тэги в документе можно опускать. Большинство броузеров реализованы так, что при обработке текста документа начальный тэг воспринимается как конечный тэг предыдущего.

Общая схема построения контейнера в формате HTML может быть записана в следующем виде:

"контейнер"=<"имя тэга" "список атрибутов">содержание контейнера</"имя тэга">

Группы тэгов HTML

Все тэги HTML по их назначению и области действия можно разделить на следующие основные группы:

- определяющие структуру документа;

- оформление блоков гипертекста (параграфы, списки, таблицы, картинки);

- гипертекстовые ссылки и закладки;

- формы для организации диалога;

- вызов программ.

Структура гипертекстовой сети задается гипертекстовыми ссылками. Гипертекстовая ссылка - это адрес другого HTML документа или информационного ресурса Internet, который тематически, логически или каким-либо другим способом связан с документом, в котором ссылка определена.

Для записи гипертекстовых ссылок в системе WWW была разработана специальная форма, которая называется Universe Resource Locator (URL).

Гипертекстовые ссылки в HTML делятся на два класса:

контекстные гипертекстовые ссылки

общие гипертекстовые ссылки.

Контекстные ссылки вмонтированы в тело документа, в то время как общие ссылки связаны со всем документом в целом и могут быть использованы при просмотре любого фрагмента документа. Структура HTML-документа позволяет использовать вложенные друг в друга контейнеры. Собственно, сам документ - это один большой контейнер, который начинается с тэга <HTML> и заканчивается тэгом </HTML>.

Задачи разработки HTML

- дать дизайнерам гипертекстовых баз данных простое средство создания документов;

- сделать это средство достаточно мощным, чтобы отразить имеющиеся на тот момент представления об интерфейсе пользователя гипертекстовых баз данных.

Способ представления документа - текстовый файл:

- такой файл можно создать в любом текстовом редакторе на любой аппаратной платформе в среде любой операционной системы;

- к моменту разработки HTML существовал американский стандарт для разработки сетевых информационных систем - Z39.50, в котором в качестве единицы хранения указывался простой текстовый файл в кодировке LATIN1, что соответствует US ASCII.

Теговая модель документа:

"элемент":= <"имя элемента" "список атрибутов">содержание элемента
</"имя элемента">

Основные теги HTML

Структура документа

Элемент HTML или гипертекстовый документ состоит из двух частей:

- заголовка документа (HEAD)

- тела документа (BODY)

<HTML>

<HEAD>

Содержание заголовка

</HEAD>

<BODY>

Содержание тела документа

</BODY>

</HTML>

На практике, элементы HTML, HEAD и BODY не являются обязательными.

Документ HTML 4.0 должен начинаться с декларации <!DOCTYPE>, которая необходима, чтобы отличить документ HTML 4.0 от других версий HTML. Спецификация HTML не содержит никаких требований к объектам хранения (например, к файлам). Таким образом, HTML-документы могут генерироваться динамически.

Кроме того, документ HTML 4.0 должен включать наименование документа (TITLE). Минимальный документ HTML 3.2, таким образом, выглядит так:

<!DOCTYPE HTML PUBLIC "-//W3C//DTD HTML 4.0 Transitional//EN">

<TITLE>Минимальный документ HTML 4.0</TITLE>

Элементы заголовка:

<TITLE> поля документа;

<BASE> базовый адрес;

<ISINDEX> поисковый документ;

<LINK> общая гипертекстовая ссылка;

<META> содержит метаинформацию в виде пар имя/значение;

<STYLE> используется с таблицами стилей;

<SCRIPT> используется со скриптами.

Элемент ISINDEX показывает, что документ представляет собой оглавление, в котором можно производить поиск по ключевому слову. Ограничений на длину запроса нет. Для определения текста подсказки можно использовать атрибут PROMPT, например:

<ISINDEX PROMPT="Поиск по ключевому слову:">

Элемент BASE указывает базовый ресурс, относительно которого выполняются относительные ссылки, например:

<BASE href="http://www.acme.com/intro.html">

...

<IMG SRC="icons/logo.gif">

В этом случае изображение загружается из файла http://www.acme.com/icons/logo.gif

Элемент META определяет пару имя/значение, описывающую некоторое свойство документа: информацию об авторе, список ключевых слов и т.п. Атрибут NAME указывает имя переменной, а атрибут CONTENT - значение переменной.

<META NAME="Author" CONTENT="Dave Raggett">

Вместо атрибута NAME можно использовать атрибут HTTP-EQUIV. Серверы протокола передачи гипертекстов (HTTP) могут использовать свойства, определенные атрибутом HTTP-EQUIV для создания заголовка в соответствии с RFC 822, хотя некоторые элементы заголовков HTTP таким образом создать нельзя. Пример:

<META HTTP-EQUIV="Expires" CONTENT="Tue, 20 Aug 1996 14:25:27 GMT">

приведет к генерации заголовка HTTP: Expires: Tue, 20 Aug 1996 14:25:27 GMT

Такая переменная может использоваться в кэше для определения того, до какого времени действительна кэшированная копия документа.

LINK позволяет определять отношение текущего документа к другим документам и ресурсам. LINK входит в спецификации HTML уже очень давно, хотя очень немногие броузеры поддерживают этот элемент (большинство все еще его игнорирует).

В принципе, элемент LINK можно использовать:

- для навигации (создание меню или кнопок);

- для контроля над печатью HTML-файлов;

- для компоновки дополнительных ресурсов (списков стилей и скриптов);

- для показа альтернативных форм текущего документа.

Допустимые атрибуты элемента LINK:

href - указывает ресурс для компоновки.

rel - прямое отношение, или "тип связки". Определяет отношение текущего документа к ресурсу, указанному в атрибуте HREF. Отношения в HTML пока не стандартизованы, хотя уже существуют некоторые соглашения на этот счет.

rev - определяет обратное отношение. Связка от документа A к документу B с указанием REV=отношение отражает то же самое отношение, что связка из B к A with REL=отношение. Иногда для указания автора (домашней страницы или адреса электронной почты в виде ресурса типа mailto:) используется отношение REV=made.

title - Необязательное наименование скомпонованного ресурса.

Основные классы элементов тела

Тело документа состоит из:

- Заглавий (от H1 до H6);

- Блоков (параграфы, списки, формы, таблицы, картинки и т. п.);

- Текста, разбитого на области действия стилей (подчеркивание, выделение, курсив), математические описания, графику и гипертекстовые ссылки.

Заголовки

В заголовках документов используются элементы H1, H2, H3, H4, H5 и H6. Открывающие и закрывающие метки обязательны. Заголовки H1 -- самые крупные, H6 -- самые мелкие. С помощью необязательного атрибута ALIGN можно установить выравнивание заголовка, например:

<H1 ALIGN=CENTER> ... центрированный заголовок ... </H1>

Форматирование осуществляется при помощи стандартных тегов HTML.

Гипертекстовые контекстные ссылки

<a href="Оглавление.html">на оглавление</a>

Элемент img

<IMG height=”50” hspace=”0” src=”Images/UTP2.gif” width=”600” border=”0”>

Таблицы

Общий вид таблицы:

<TABLE BORDER=3 CELLSPACING=2 CELLPADDING=2 WIDTH="80%">

<CAPTION> ... заголовок таблицы ... </CAPTION>

<TR><TD> первая ячейка <TD> вторая ячейка

<TR> ...

...

</TABLE>

Формы

<Form>

<input name="name1" style="WIDTH: 322px; HEIGHT: 22px">

<TEXTAREA style="WIDTH: 322px; HEIGHT: 166px" name=text1 rows=10 cols=40></TEXTAREA>

<input type="button" value="Добавить" name="add" onClick=add()>

<input type="button" value="Очистить" name="Reset" onClick=reset()>

</Form>

2.2.2 Таблицы каскадных стилей (CSS)

CSS - Cascading Style Sheets (Таблицы Каскадных Стилей) - это язык, содержащий набор свойств для определения внешнего вида документа. Каскадные таблицы стилей были предложены w3c(WWW Consorcium) в рамках разработки спецификации HTML 3.0. Однако реализованы в реально действующих навигаторах они были только в 1997 году. Фактически, в качестве применяемой HTML-разметки они стали доступны только с версий Netscape Navigator 4.0 и Internet Explorer 4.0.

Идея, положенная в основу таблиц достаточно проста. Контейнеры во многом походят на блоки в универсальных языках программирования. При этом свойства контейнеров можно интерпретировать как переменные, которые принимают определенные значения в пределах каждого из контейнеров. Как и в языках программирования, описание свойств можно вынести в специальную секцию данных в начале документа. Такой секцией и является секция описания каскадных стилей. Обычно стиль описывается внутри контейнера STYLE. С его помощью дизайнер имеет полный контроль над стилем и расположением каждого элемента WEB страницы.

CSS является простым механизмом таблиц стилей, который позволяет авторам и читателям приписывать стиль (например, шрифта, цвета или отступов) HTML документам. Язык CSS является языком высокого уровня и использует стандартную терминологию, принятую в электронной полиграфии. Одним из фундаментальных свойств CSS является каскадирование; авторы могут приписывать предпочтительную таблицу стилей, в то время как читатель может иметь персональную таблицу стилей для исправления физиологических или технологических проблем.

2.2.3 DHTML

DHTML(Dynamic HTML) - возможность управлять содержанием документа внутри самого документа, т.е. все элементы внутри документа - это программируемые объекты с поддержкой для действий мыши и ввода с клавиатуры.

2.2.4 Visual Basic Script

Visual Basic Script подмножество языка Visual Basic (BASIC - Begginners Allpurpose Symbolic Instruction Code, т.е. символический командный универсальный код для начинающего). Свою историю этот язык программирования высокого уровня начал в далеком 1963 году. Именно тогда небольшой группой студентов последнего курса Дортмутского колледжа под чутким руководством профессора Дж. Кемени и была разработана самая первая версия этого языка. VBScript позволяет решать задачи, связанные с Internet, а именно создавать сценарии (или скрипты) управления объектами (кнопками, списками, ниспадающими меню и т. д.) на Web-страничках. Сценарии могут быть использованы в браузере Microsoft Internet Explorer 3.0 и выше. Другие браузеры попросту не понимают этого языка.

2.2.5 Java Script

Современные гипертекстовые информационные системы условно можно представить в виде совокупности нескольких компонентов: системы хранения гипертекстовых объектов, системы отображения гипертекстовых объектов, системы подготовки гипертекстовых объектов и системы программирования просмотра совокупности гипертекстовых объектов. С этой точки зрения технология World Wide Web только к 1996 году получила законченный, функционально полный вид. Первыми были разработаны системы хранения и просмотра (1989-1991 г.г.), которые продолжают развиваться и в настоящее время. После 1990 года стали появляться первые системы подготовки документов. Наконец, в 1995 году были предложены первые языки управления сценариями просмотра.

Программирование процедуры просмотра гипертекстовой базы данных не является изобретением Netscape, Microsoft или Sun. Практически все локальные гипертекстовые системы в той или иной степени имеют программные средства манипулирования гипертекстовыми объектами. В ряде случаев вся гипертекстовая база данных может быть представлена как одна большая программа, в которой гипертекстовые узлы - это программные модули, а связи между ними - это передача управления от одного модуля другому. Преимущества такого подхода перед традиционной статической разметкой очевидны: гибкость построения гипертекстовой сети, возможность создания программ прокрутки фрагментов базы дынных, генерация составных гипертекстовых объектов из существующих элементарных компонентов. Динамические объекты могут быть легко получены из статических, т.к. в случае существования программы просмотра система может быть переведена из интерактивного режима просмотра гипертекстовой базы данных в пакетный, когда действия оператора будут заменяться командами программы.

Программы просмотра гипертекстовых страниц традиционно называют скриптами (scripts) по аналогии с исполняемыми файлами, написанными для командных интерпретаторов типа sh. Собственно как это было и раньше в локальных системах, в программировании просмотра гипертекстовых документов World Wide Web существуют два подхода: создание интерпретируемых программой просмотра скриптов или компиляция байт-кода. Первый подход следует традиции World Wide Web, согласно которой для разработки гипертекстовой страницы нужен только обычный текстовый редактор и сам гипертекстовый документ должен легко читаться человеком-оператором. Второй подход позволяет повысить эффективность исполнения программы и защищенность кода от несанкционированных модификаций. Как первый, так и второй способ опираются на объектно-ориентированный подход к программированию. По поводу байт-кодов или мобильных кодов, как их еще называют, написано в контексте технологии программирования Java достаточно много, поэтому сосредоточим свое внимание на скриптах, а точнее на скриптах, написанных на языке JavaScript. Язык Java произошел от языка программирования Oak (а не от C++), который был приспособлен для работы в Internet и затем переименован в Java.

2.2.6 Организация навигационного меню

Модуль навигационного меню учебника (оглавление) реализован на языке Java, в качестве апплета. В виду того, что Java является машинно-независимым языком, то данный модуль способен работать на любой аппаратной платформе.

Обоснование выбора среды программирования

На этапе подготовки задания на дипломный проект рассматривалось несколько возможных вариантов реализации данного модуля.

Сформулируем основные критерии, по которым производился выбор среды программирования для создания данного модуля.

Создание максимально возможного удобства в работе. Для этого модуль должна иметь удобный и современный интерфейс пользователя.

Модуль должен интегрироваться с электронным учебником, чтобы при работе с ним была возможность сразу же просмотреть интересующий раздел в учебнике.

В ходе последующего анализа в качестве языка для реализации модуля был выбран язык Java, а в качестве инструмента для разработки - пакет Java-Workshop 2.0 фирмы Sun Microsystems. Данное решение основывалось на следующем.

Электронный учебник, работа с которым ведется, написан на языке HTML и для его просмотра может использоваться любой стандартный браузер Internet. Соответственно интеграция модуля с учебником означает, что данный модуль тоже должен работать под управлением браузера, чтобы иметь возможность доступа к учебнику.

2.2.7 Требования к аппаратному и программному обеспечению

...