Автоматизированная обучающая система по дисциплине "Программирование"

Федеральное агентство по образованию РФ

ГОУ ВПО "Брянский государственный университет имени академика И.Г. Петровского"

Социально-экономический институт

Финансово-экономический факультет

Кафедра автоматизированных информационных систем и технологий

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине "Разработка и применение пакетов прикладных программ"

на тему:

Автоматизированная обучающая система по дисциплине «Программирование»

Брянск 2010

Содержание

Введение

1. Аналитическая часть

1.1 Описание предметной области

1.2 Описание и сравнение программ-аналогов

2. Техническое задание

3. Конструкторская часть

3.1 Постановка задачи

3.2 Выбор инструментальных средств и языка разработки

3.3 Функциональная схема

3.4 Алгоритм работы программы

3.5 Проектирование интерфейса

4. Эксплуатационная часть

4.1 Требования к вычислительной системе

4.2 Установка программного продукта

4.3 Инструкция по эксплуатации

4.4 Демонстрационная часть работы продукта

5. Экспериментальная часть

6. Экономическая часть

6.1 Определение вида и длительности работ

6.2 Определение заработной платы исполнителей

6.3 Составление сметы затрат

6.4 Расчет предполагаемой прибыли

6.5 Экономическая целесообразность разработки

Заключение

Список литературы

Приложение

Введение

Постоянное увеличение объема информации и ограниченность учебного времени обуславливают необходимость интенсификации обучения, разработки и внедрения нетрадиционных технологий, базирующихся на использовании вычислительной техники с применением активных методов обучения во всем их разнообразии и комплексности. Реализация активных методов обучения – одна из основных задач дидактики, которая предполагает активизацию всего процесса, выявление системы, способов, приемов, способствующих повышению активности обучаемых через формирование положительной мотивационной структуры учебно-познавательной деятельности [12].

Лекционно-семинарная форма обучения давно потеряла свою эффективность - практика доказала, что почти 50% учебного времени тратится впустую. Изучая зарубежный опыт, можно выделить следующий важный аспект: преподаватель выступает не в роли распространителя информации (как это традиционно принято), а в роли консультанта, советчика, иногда даже коллеги обучаемого [9].

Это дает некоторые положительные моменты: студенты активно участвуют в процессе обучения, приучаются мыслить самостоятельно, выдвигать свои точки зрения, моделировать реальные ситуации.

Развитие информационных технологий предоставило новую, уникальную возможность проведения занятий с внедрением автоматизированных обучающих систем по дисциплинам в вузах. Она, во-первых, позволяет самому обучаемому выбрать и время и место для обучения, во-вторых, дает возможность использовать в обучении новые информационные технологии, в-четвертых, в определенной степени сокращает расходы на обучение. С другой стороны, внедрение в образование новых автоматизированных обучающих систем усиливает возможности индивидуализации обучения [11].

Достоинствами автоматизированных обучающих систем (АОС), являются: во-первых, их мобильность, во-вторых, доступность связи с развитием компьютерных сетей, в-третьих, адекватность уровню развития современных научных знаний. С другой стороны, создание АОС способствует также решению и такой проблемы, как постоянное обновление информационного материала. В них также может содержаться большое количество упражнений и примеров, подробно иллюстрироваться в динамике различные виды информации. Кроме того, при помощи АОС осуществляется контроль знаний - компьютерное тестирование [15].

В настоящее время традиционные подходы в области преподавания информатики и программирования в вузе не способны отследить быстроменяющуюся действительность в области информационных технологий, связанную с бурным развитием вычислительной техники, операционных систем, парадигм программирования, организацией, анализом, представлением информации и обеспечением доступа к ней, в том числе и в сетях.

Выход из создавшегося положения видится в несколько иной расстановке акцентов, как на принципы обучения, так и на сам процесс и условия обучения, позволяющие не только и не столько учить в прямом смысле этого слова, сколько помогать учиться, организовать процесс обучения так, чтобы развивались не только практические навыки в области информатики и программирования, но и соответствующее мировоззрение и творческий потенциал, позволяющие будущему специалисту с минимальными затратами осуществлять доступ к требуемым информационным ресурсам (в том числе и мировым), самостоятельно адаптироваться к действительности, определяемой появлением новых парадигм, сред и инструментальных средств [13].

Цель: создать автоматизированную обучающую систему по дисциплине «Программирование» для студентов ВУЗов.

Задачи:

1.  Изучить и проанализировать предметную область.

2.  Изучить и сравнить программы-аналоги.

3.  Обобщить и систематизировать материал для автоматизированной обучающей системы.

4.  Написать техническое задание к проекту.

5.  Разработать автоматизированную обучающую систему, протестировать, провести эксперименты исключительных ситуаций.

6.  Провести экономический анализ эффективности проектного решения.

Источниками информации при написании курсовой работы служили учебные пособия для вузов, нормативные документы, электронные ресурсы сети Интернет.

Методы исследования:

1.  Метод математического моделирования.

2.  Монографический метод.

3.  Метод экономического анализа.

4.  Экспериментальный метод.

5.  Аналитический метод.

6.  Синтетический метод.

Курсовая работа насчитывает 46 страниц основного текста, 26 рисунков, -4 таблицы и 7 формул.

1.  Аналитическая часть

1.1 Описание предметной области

В данной курсовой работе требуется автоматизировать процесс обучения студентов по дисциплине «Программирование». Для описания предметной области воспользуемся диаграммой IDEF0, составленной в программе AllFusion Process Modeler R7.

Рисунок 1.1. Описание предметной области IDEF0 диаграмма №1

На рисунке 1.1 рассмотрен учебный процесс изучения курса программирования в вузе. Этот процесс регламентируется учебной программой курса и учебным планом. Обучение ведется под контролем преподавательского состава, которому оказывается помощь со стороны учебно-вспомогательного персонала (лаборанты и мастера производственного обучения). Также в процессе обучения задействованы программные и технические средства. В качестве итогового испытательного мероприятия выступает экзамен, позволяющий оценить уровень облученности студента. По результатам сдачи экзамена выставляется итоговая оценка.

При разбиении сложного процесса на составляющие его функции применяется принцип декомпозиции. Декомпозиция позволяет представить модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко усваиваемой. На рисунке 1.2 изображена декомпозиция учебного процесса.

Рисунок 1.2. Описание предметной области. IDEF0 диаграмма №2

Декомпозиция наглядно отражает этапы реализации образовательного процесса: вводная часть, сообщение теоретического материала, практические задания, проверка знаний и подведение результатов. На каждом из этапов обязательно взаимодействие преподавателей с обучаемым с целью передачи последним знаний и опыта. В некоторых подпроцессах участвует также вспомогательный персонал. Во время обучения используются ПО и технические средства. Весь процесс обучения регламентируется программой курса и учебным планом. В конце подводятся итоги обучения, выносится оценка знаний студента.

На рисунке 1.3 представлена декомпозиция процесса проверки знаний. Проверка знаний студента проходит с помощью тестирования. После того, как студент получает задания и решает их, преподаватель проверяет правильность решения и выставляет оценку.

Рис 1.3. Описание предметной области. IDEF0 диаграмма №3

Итак, в ходе изучения предметной области были выявлены следующие проблемы:

·  на прохождение каждого этапа в процессе обучения затрачивается слишком много времени;

·  тестирование и проверка тестов не всегда осуществляется с помощью ПО и технических средств, а зачастую происходит вручную;

·  сообщение теоретического материала происходит в традиционной форме и требует активного участия, как студентов, так и преподавателей;

·  при подведении результатов и оценивании знаний студента играет роль людской фактор, что зачастую не всегда сказывается благоприятным образом на знании студента.

Анализ научной литературы показывает, что данные проблемы могут быть решены с использованием автоматизированных обучающих систем.

Автоматизированные обучающие системы представляют собой комплексы научно-методической, учебной и организационной поддержки процесса обучения, проводимого на базе компьютерных, или, как их также называют, информационных технологий. С позиций современной дидактики введение информационной среды и программного обеспечения внесло огромное количество новых возможностей во все области процесса обучения. Компьютерные технологии представляют собой принципиально новые средства обучения. За счет своего быстродействия и больших резервов памяти они позволяют реализовывать различные варианты сред для программированного и проблемного обучения, строить различные варианты диалоговых режимов обучения, когда так или иначе ответ учащегося реально влияет на ход дальнейшего обучения.

Вследствие этого современный педагог с неизбежностью должен осваивать новые образовательные подходы, опирающиеся на средства и методы индивидуального компьютерного обучения. В общем случае педагог получает доступ к компьютерным средствам, информационной среде и программным продуктам, предназначенным для обеспечения преподавательской деятельности. Все эти средства образуют комплексы автоматизированных обучающих систем.

В рамках автоматизированных обучающих систем на сегодняшний день решается ряд задач обучения. В первую группу можно отнести задачи проверки уровня знаний, умений и навыков учащихся до и после обучения, их индивидуальных способностей, склонностей и мотиваций. Для таких проверок обычно используют соответствующие системы (батареи) психологических тестов и экзаменационных вопросов. К этой же группе относятся задачи проверки показателей работоспособности учащихся, что осуществляется путем регистрации таких психофизиологических показателей, как скорость реакции, уровень внимания и т.д. [7]. К таким системам относится система «Федерального интернет - тестирования в сфере профессионального образования».

Рисунок 1.4. Сайт Федерального интернет - тестирования в сфере профессионального образования

Интернет-экзамен в сфере профессионального образования (ФЭПО) проводится в форме компьютерного тестирования студентов и направлен на проверку выполнения требований Государственных образовательных стандартов профессионального образования. Целью ФЭПО является формирование единых требований к оценке качества подготовки специалистов.

В целях оказания помощи вузам при создании систем управления качеством подготовки специалистов на основе независимой внешней оценки Национальное аккредитационное агентство в сфере образования проводит эксперимент по введению Федерального экзамена в сфере высшего профессионального образования (ФЭПО). Содержанием эксперимента является проведение компьютерного Интернет-тестирования в части внешней оценки уровня подготовки студентов на соответствие требованиям государственных образовательных стандартов.

Принципы ФЭПО:

·  принцип добровольности участия вузов;

·  принцип полного доверия вузам по вопросам соблюдения технологии проведения экзамена;

·  проведение экзамена в единое время по единым измерительным материалам;

·  два режима проведения экзамена: on-line off-line.

ФЭПО – это тестирование студентов совокупности образовательных программ или одной образовательной программе всех вузов Российской Федерации с использованием среды Интернет в режиме off-line или в режиме on-line.

ФЭПО позволит объективно оценить степень соответствия содержания и уровня подготовки студентов требованиям государственных образовательных стандартов.

ФЭПО позволит сравнить результаты освоения стандарта студентами данного вуза с результатами других вузов.

Результаты ФЭПО оформляются в виде информационно-аналитической карты, содержащей материалы, предназначенные для принятия решений в системе внутривузовского управления качеством подготовки.

ФЭПО позволит эффективно использовать результаты экзамена при самообследовании для комплексной оценки вуза.

Участие вузов в ФЭПО будет способствовать созданию системы обеспечения качества подготовки студентов на основе независимой внешней оценки [14].

Вторая группа задач связана с регистрацией и статическим анализом показателей усвоения учебного материала: заведение индивидуальных разделов для каждого учащегося, определение времени решения задач, определение общего числа ошибок и т.д. К этой же группе логично отнести решение задач управления учебной деятельностью. Например, задач по изменению темпа предъявления учебного материала или порядка предъявления учащемуся новых блоков учебной информации в зависимости от времени решения, типа и числа ошибок. Таким образом, эта группа задач направлена на поддержку и реализацию основных элементов программированного обучения [7]. К таким системам относится «Интернет университет информационных технологий» (Интуит).

Рисунок 1.5. Интернет университет информационных технологий

Интернет-Университет Информационных Технологий (ИНТУИТ) это частная организация, которая ставит следующие цели:

·  финансирование разработок учебных курсов по тематике информационно-коммуникационных технологий;

·  координация учебно-методической деятельности предприятий компьютерной индустрии по созданию учебных курсов по ИКТ;

·  обеспечение профессорско-преподавательских кадров вузов и их библиотек учебниками и методическими материалами по курсам ИКТ;

·  содействие органам государственной власти в области развития образовательных программ, связанных с современными информационными технологиями.

Это частная организация, учредителями которой являются физические лица. Это даже не учебное заведение, по крайней мере, в том смысле, в котором этот термин используется в официальных документах. Проект существует за счет учредителей. Финансовую поддержку ему оказывают ряд российских и иностранных компаний и частных лиц. Некоторые курсы создаются при поддержке компаний и частных спонсоров, информация об этом специально указывается на сайте [10].

Третья группа задач АОС связана с решением задач подготовки и предъявления учебного материала адаптации материала по уровням сложности, подготовки динамических иллюстраций, контрольных заданий, лабораторных работ самостоятельных работ учащихся. В качестве примера уровня таких занятий можно указать на возможности использования различных инструментов информационных технологий. Другими словами, использования программных продуктов, дающих возможность формирования различных сложных лабораторных и др. практических работ. Например, таких, как сборка «виртуального» осциллографа с последующей демонстрацией его возможностей по регистрации усилению или синхронизации различных сигналов. Аналогичные примеры из области химии могут касаться моделирования взаимодействия сложных молекул, поведения растворов или газов при изменении условий эксперимента. К этим системам относят электронные учебники [7].

Электронный учебник – это продукт образовательного характера, отличие которого от традиционного учебника в том, что просмотреть его можно только с помощью компьютера. Электронный учебник так же, как и обычный, соответствует всем нужным учебным программам [17].

Техническое обеспечение автоматизированных обучающих систем основано на локальных компьютерных сетях, включающих автоматизированные рабочие места (АРМ) учащихся, преподавателя и линии связи между ними. Рабочее место учащегося, кроме монитора (дисплея) и клавиатуры, может содержать принтер, такие элементы мультимедиа, как динамики, синтезаторы звуков, текстовые и графические редакторы. Цель этих всех технических и программных средств состоит в обеспечении учащихся средствами решения, справочным материалом и средствами регистрации ответов [15].

В настоящее время разработано большое число электронных учебных материалов, в качестве которых выступают электронные учебники, электронные учебные пособия, автоматизированные обучающие системы и т.п. Существующие электронные учебные материалы решают те или иные задачи обучения с большей или меньшей эффективностью, которая определяется, прежде всего, степенью управляемости обучаемым в процессе обучения. В условиях нарастающего интереса, к созданию различных вариантов электронно-методических материалов возникает необходимость в классификации этих материалов с целью оценки их различия и определения области применения. Уже существует ряд классификаций обучающих систем по различным их свойствам. Однако нет классификации, отражающей управляемость обучаемого системой, что при расширяющемся использовании электронных учебных материалов, является важным на данный момент [12].

Сайты, посвященные дисциплине «Программирование». В настоящее время существуют множество сайтов посвященных дисциплине «программирование». На сайтах изложено много теоретического материала, на форумах можно найти помощь по выполнению практического материала. В основном эти сайты настроены на самообучение.

Информация на сайтах содержится разнородная. Это информация для начинающих, «середнячков» и профессионалов.

1.2  Описание и сравнение программ-аналогов

Таблица 1.1 Сравнение обучающих систем

Признак	ФЭПО	ИНТУИТ	Сайты по программированию
Соединение с интернетом	+	+	+
Возможность работы в автономном режиме	_	_	_
Теоретический материал	-	+	+
Практические задания	-	-	+
Тестирование	+	+	-
Возможность тиражирование на диске	-	-	-
Оценка знаний студента	+	+	-

В итоге сравнения хотелось бы заметить, что ни одна из выше перечисленных информационных систем не обладает всеми функциональными возможностями. Нам нужна система, обладающая следующими возможностями:

·  работа без соединения с сетью Интернет;

·  наличие теоретического материала;

·  наличие практического задания;

·  наличие системы тестирования и оценивания студента;

·  возможность распространять программу на диске.

2.  Техническое задание

Введение

Настоящее техническое задание распространяется на разработку электронного учебника по дисциплине «Программирование» для использования студентов специальности «Прикладная информатика в экономике» при изучении курса программирование.

Основание для разработки

Программа разрабатывается на основе учебного плана кафедры "Автоматизированных информационных систем и технологий" СЭИ БГУ.

Наименование работы: "Автоматизированная обучающая система по дисциплине «Программирование»".

Исполнитель: ________________.

Соисполнители: нет.

Назначение разработки

Программа предназначена для использования студентами при изучении курсов "Программирование", «Высокоуровневые методы информатики и программирования».

Технические требования

Требования к функциональным характеристикам.

Программа должна обеспечивать возможность выполнения следующих функций:

·  содержать теоретический материал тем по дисциплине «Программирование»;

·  содержать систему тестирования;

·  содержать систему оценивания знаний по результатам тестирования;

·  хранение результатов тестирования в памяти;

·  содержать задания для практических работ.

Исходные данные:

Материал по дисциплине «Программирование».

Организация входных и выходных данных.

Входные данные поступают с клавиатуры.

Выходные данные отображаются на экране и при необходимости выводятся на печать.

Требования к надежности.

Предусмотреть контроль вводимой информации.

Предусмотреть блокировку некорректных действий пользователя при работе с системой.

Требования к составу и параметрам технических средств.

Система должна работать на IBM-совместимых персональных компьютерах.

Минимальная конфигурация:

·  тип процессора – Pentium III и выше;

·  объем оперативного запоминающего устройства – 256 Мб и более;

·  объем свободного места на жестком диске – 40 Мб.

Рекомендуемая конфигурация:

·  тип процессора – Pentium Celeron 1,6 ГГц;

·  объем оперативного запоминающего устройства – 512 Мб;

·  объем свободного места на жестком диске – 60 Мб.

Требования к программной совместимости.

Программа должна работать под управлением семейства операционных систем Windows (Windows ХР / Vista / 7 и т.п.).

Требования к программной документации

Разрабатываемые программные модули должны быть самодокументированы, т.е. тексты программ должны содержать все необходимые комментарии.

Разрабатываемая программа должна включать справочную информацию о работе программы, описания методов сортировки и подсказки учащимся.

В состав сопровождающей документации должны входить:

·  пояснительная записка на пяти листах, содержащая описание разработки;

·  руководство пользователя.

Календарный план работ

 

Таблица 2.1 Календарный план работ

№ этапа	Название этапа	Сроки этапа	Чем заканчивается этап
1	Изучение предметной области. Проектирование системы. Разработка предложений по реализации системы	05.09.2010 – 15.10.2010	Предложения по работе системы
2	Разработка программного модуля по сбору и анализу информации со счетчиков и устройств управления. Внедрение системы в процесс обучения	16.10.2010 – 20.10.2010	Программный комплекс, решающий поставленные задачи для автоматизации учебного процесса.
3	Тестирование и отладка модуля. Пробное внедрение системы в процесс обучения	21.10.2010 – 5.11.2010	Готовая автоматизированная система по дисциплине «Программирование»

3. Конструкторская часть   3.1 Постановка задачи

На основе анализа, проведенного в курсовой работе, нами установлено, что учебный процесс в его классической его форме в связи с развитием новых информационных технологий устарел. В результате внедрения предлагаемого программного продукта существенно изменяются подходы к организации учебного процесса. Произошедшие изменения наглядно иллюстрируют диаграммы IDEF0 А, Б, В на рисунках 3.1, 3.2, 3.3.

Рисунок 3.1. Диаграмма IDEF0 А

Рисунок 3.2. Диаграмма IDEF0 Б

Рисунок 3.3. Диаграмма IDEF0 В

После внедрения автоматизированной обучающей системы учебный процесс должен выглядеть следующим образом:

1.  Лекции преподавателей заменены электронными лекциями, с которыми студент должен будет ознакомиться самостоятельно.

2.  После изучения лекционного материала студент должен будет выполнить лабораторные работы.

3.  После выполнения лабораторный работы по каждой теме пройти тестирование.

Процесс тестирования после внедрения АОС заметно упростится. Компьютер самостоятельно посчитает правильные ответы студента и выдаст результаты, которые будут записаны в файл. В файле будут все итоги тестирования студента и его оценка. На основе этих результатов преподаватель будет смотреть за успехами студентов.